Impact Sciences - Livre-cahier complet - 1re année

LIVRE-CAHIER

IMPACT

SCIENCES

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Auteurs

Frédéric Baudoin

Soumaya Chobba

Danny Nonnweiler

Fabio Rolland

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Auteurs : Frédéric Baudoin, Soumaya Chobba, Danny Nonnweiler et Fabio Rolland

Couverture : Nor production

Mise en page : Nord Compo

Dessins : CPIG

Remerciements : Athénée Royal de Bruxelles II (laboratoire pour les vidéos), Léonore De Schryver et Séverine Duchenne (Centre de Planning Familial et de Consultations Familiales et Conjugales Infor Famille Brabant Wallon), Dr Fabienne Godin (cabinet vétérinaire Vet'Attitude)

Crédits : page 12 carte © Parc naturel Hautes Fagnes-Eifel ; page 29 décomposeurs et page 40 vidéo © Réjouisciences –Université de Liège – Quentin Bolland ; page 61 © Science Photo Library/QA International ; page 72 © Par Hans Erren ; page 75 © Science Photo Library/Philippe Psaila ; page 91 © Shutterstock/ArieStudio ; pages 99-100 © Illustrations Gabriel Pissondes ; page 108 Alamy/Imageselect/Album ; pages 121 à 124 et 129 © ENGIE ; page 122 vidéo © ENGIE ; pages 182 et 183 © Science Photo Library/Martyn F. Chillmaid ; page 200 © Science Photo Library/Charles D. Winters ; page 228 © Alamy/Imageselect/DPL ; page 230 © Shutterstock/IA ; pages 240 à 243 schémas centraux © Anatomical diagram from the pedagogical tool « Anatomia » published by the FCPPF ASBL and O’YES ASBL. Illustrations freely inspired by the work of Vincent Guili (www.svt-egalite.fr) ; pages 261 et 262 © O’YES ASBL - www.o-yes.be.

L’orthographe telle que rectifiée le 6 décembre 1990 par le Conseil Supérieur de la langue française est d’application dans la collection. Toutefois, afin de respecter les écrits des auteurs des citations, l’orthographe d’origine y est respectée.

Les photocopieuses sont d’un usage très répandu et beaucoup y recourent de façon constante et machinale. Mais la production de livres ne se réalise pas aussi facilement qu’une simple photocopie. Elle demande bien plus d’énergie, de temps et d’argent. La rémunération des auteurs, et de toutes les personnes impliquées dans le processus de création et de distribution des livres, provient exclusivement de la vente de ces ouvrages.

En Belgique, la loi sur le droit d’auteur protège l’activité de ces différentes personnes.

Lorsqu’il copie des livres, en entier ou en partie, en dehors des exceptions définies par la loi, l’usager prive ces différentes personnes d’une part de la rémunération qui leur est due.

C’est pourquoi les auteurs et les éditeurs demandent qu’aucun texte protégé ne soit copié sans une autorisation écrite préalable, en dehors des exceptions définies par la loi.

L’éditeur s’est efforcé d’identifier tous les détenteurs de droits. Si, malgré cela, quelqu’un estime entrer en ligne de compte en tant qu’ayant droit, il est invité à s’adresser à l’éditeur.

© Éditions VAN IN, Mont-Saint-Guibert – Wommelgem, 2025

Tous droits réservés. L'exploration de textes et de données (TDM) n'est pas autorisée.

1re édition : 2025

ISBN 978-94-647-0741-0

D/2025/0078/65

Art. 607328/01

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La méthode Impact Sciences te propose une façon active et amusante d’apprendre les sciences et de mesurer l’impact des choix de chacun sur le monde.

En observant des situations de la vie quotidienne, tu vas poser des questions, imaginer des hypothèses et faire des expériences pour les tester. Tu apprendras progressivement à organiser tes idées et à construire activement tes nouvelles connaissances.

Les sciences sont liées à des sujets importants comme l’environnement ou l’énergie : tu seras amené(e) à réfléchir à tes choix et à leurs conséquences sur ce qui t’entoure. Tu développeras ainsi et exerceras ton esprit critique, notamment à travers des activités ludiques !

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Au fil de ce parcours, tu te forgeras une véritable culture scientifique et tu gagneras en autonomie. Tu pourras alors explorer le monde avec curiosité, rigueur et confiance.

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Ton livre-cahier se compose de 6 thèmes , couvrant les 3 domaines scientifiques : la biologie (en vert), la chimie (en mauve) et la physique (en bleu).

Un thème, c’est une suite de chapitres au terme desquels tu pourras accomplir une activité finale (jeu, défi…) portant sur un enjeu de société.

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Au début de chaque thème, tu feras la connaissance d’un(e) scientifique qui t’accompagnera tout au long de tes découvertes.

Prêt(e) à te lancer dans l’aventure ?

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EXPÉRIMENTATION

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Cette rubrique rassemble les informations à retenir au terme de chaque chapitre.

Cette rubrique te propose une série d’exercices au terme de chaque chapitre.

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Dian Fossey

Dian Fossey nait en 1932 à San Francisco, aux États-Unis. Très tôt, elle se passionne pour les animaux. Elle rêve de devenir vétérinaire, mais ses études la mènent finalement vers l’Afrique, où elle découvre les gorilles des montagnes. C’est le coup de foudre !

Elle s’installe au Rwanda, dans une cabane en pleine jungle, pour observer ces grands singes de près. Elle leur parle, les imite, et apprend à les connaitre un par un. Mais tout n’est pas paisible : les gorilles sont menacés par les braconniers.

Alors Dian se bat pour les protéger, parfois au péril de sa vie.

En 1985, elle est retrouvée assassinée dans sa cabane. Le mystère reste entier. Mais son travail a marqué les esprits. Aujourd’hui encore, des scientifiques et des défenseurs de la nature poursuivent son combat, notamment à travers la fondation qu’elle a créée. Grâce à elle, les gorilles ont gagné de précieux alliés. Son livre Gorilles dans la brume est un bestseller : il a même été adapté en film !

Dian Fossey n’a pas seulement étudié les gorilles : elle a changé leur destin. Elle est enterrée auprès d’eux dans un cimetière qu’elle leur avait aménagé. Une primatologue hors du commun !

Forêt de Halle, près de Bruxelles, au printemps.

Thème 1 LES ÉCOSYSTÈMES

L’apparition de la vie sur notre planète est le fruit d’une longue évolution de presque 4 000 000 000 années. Depuis lors, la Terre abrite une remarquable diversité de formes de vie, qui évoluent dans des environnements variés. Dans ce thème, nous allons découvrir des milieux belges où se déroulent ces interactions, des organismes vivants les peuplant ainsi que l’équilibre dynamique se réalisant entre eux.

MILIEUX ET VIVANTS DE NOTRE PLANÈTE

La Terre abrite une incroyable diversité de milieux de vie accueillant une multitude d’êtres vivants. Des milieux aquatiques aux savanes africaines, en passant par les forêts luxuriantes, utilisons ces environnements variés pour découvrir ce qui les caractérise.

Forêt européenne

è À l’aide des cinq milieux représentés sur ces pages, réponds aux questions suivantes.

a) Énonce des éléments permettant de décrire un milieu.

b) Trie-les en deux groupes et donne un titre à chacun de ceux-ci.

c) Complète ce texte lacunaire.

Peu importe l’endroit sur la planète, on y retrouve des qui évoluent dans un Ces éléments sont en relation permanente les uns avec les autres. Cet ensemble dynamique est ce que l’on appelle un écosystème

Un écosystème est donc composé : – de l’ensemble des êtres vivants qui interagissent entre eux dans leur milieu : c’est la biocénose ; – du milieu dans lequel vivent ces êtres vivants : c’est le biotope

Dans les chapitres suivants, nous verrons en détail ces deux parties.

è À l’aide des notions que l’on vient de voir, complète l’organigramme.

è D’après les illustrations, explique ce que sont la faune et la flore. Faune Flore

Écosystème

CONNAITRE

L’ écosystème est un ensemble dynamique constitué d’une biocénose en relation avec son biotope.

Le biotope correspond au milieu de vie de la biocénose.

La biocénose est l’ensemble des êtres vivants peuplant le biotope.

Biotope

Écosystème

Biocénose

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Les éléments suivants font-ils partie de la biocénose ou du biotope ? Souligne en rouge ceux qui appartiennent à la biocénose et en bleu au biotope.

Hibou Vent Champignon

Température

Eau de mer

Nénufar Pierre

Pommier

Air Abeille

2. Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ?

Les champignons font partie du biotope.

L’écosystème est constitué d’un biotope et d’une biocénose.

La lumière est un facteur du biotope.

L’eau de la rivière est considérée comme un élément de la biocénose.

Les animaux herbivores appartiennent à la biocénose.

Écureuil

Humidité

BIOTOPES BELGES

1. Les Fagnes

1.1.

Localisation

Les Fagnes offrent tout au long de l’année des paysages changeants et enchanteurs.

Une région exceptionnelle qui, depuis les années septante, est devenue le « Parc naturel Hautes Fagnes-Eifel ».

Cette vaste étendue de près de 74 000 hectares constitue, à ce jour, la plus grande réserve naturelle de Belgique.

Le Parc naturel Hautes Fagnes-Eifel s’étend en partie le long de la frontière allemande. Au nord, il est bordé par Eupen et, au sud, c’est Malmedy qui le délimite. C’est dans les Hautes Fagnes que se trouvent les points culminants de Belgique, à savoir le signal de Botrange et la Baraque Michel.

è Colorie sur la carte de Belgique la zone du Parc naturel Hautes Fagnes-Eifel.

è À quelle altitude maximale se situe le Parc ?

Coche la proposition exacte.

 0 m  15 m  70 m  132 m  694 m

Les quatre altitudes restantes correspondent à des lieux en Belgique.

è Recopie l’altitude moyenne à côté du lieu qui lui correspond.

Bruxelles : Mer du Nord : Liège : Charleroi :

1.2. Un sol particulier

Le sol des Fagnes est en partie constitué de tourbe. Les tourbières sont des milieux acides. La tourbe se forme quand l’eau est stagnante ou qu’elle s’écoule très lentement. De ce fait, le sol fagnard est assez marécageux par endroits. C’est pourquoi des structures particulières en bois balisent le chemin. On les appelle caillebotis. Les caillebotis permettent aux promeneurs de circuler en toute sécurité en leur évitant de s’enfoncer dans le sol. Ils aident à la préservation de la nature environnante en limitant les zones accessibles au public.

è Énonce deux caractéristiques physiques du sol fagnard.

1.3. Promenade au fil des saisons

 Caillebotis

 Couleur de la végétation

 Hauteur de la végétation

 Couverture nuageuse

 Précipitations

 Luminosité

 Type de végétation

 Température supposée

 Autres :

Voici des parcours sur caillebotis à différents moments de l’année.

è Inscris dans le cadre le nom de la saison correspondant à chaque photo.

è Coche, dans la liste proposée à la suite des images, les informations qui t’ont permis de reconnaitre la saison.

è Complète le texte suivant en t’aidant de tes observations.

Au fil des saisons la et les changent. Ceci influence directement

1.4. Au fil des jours

Dans un milieu de vie, les conditions peuvent changer sur une même journée ou sur quelques semaines.

Voici quatre paires de photos de paysages des Fagnes. Chaque paire illustre une différence.

è Parmi ces deux propositions, coche celle qui montre l’élément responsable du changement de luminosité observé ici.

 La présence de beaucoup de végétation

 La présence de beaucoup de nuages

è Rédige une phrase simple qui explique le lien entre la luminosité et la proposition que tu as choisie.

è Identifie la différence qui est illustrée par ces deux photos et cite l’élément qui crée cette différence.

è Identifie la différence illustrée par cette paire de photos.

è Précise quelles sont les observations qui t’ont permis de répondre à la question précédente.

è Explique le phénomène naturel qui a dû se produire pour changer l’aspect du chemin.

1.5. L’influence est partout

Tu viens de découvrir que, dans un milieu de vie, beaucoup d’éléments sont liés les uns aux autres. Structurons nos découvertes.

è À partir des propositions ci-dessous, recopie la partie manquante dans la case adéquate afin de retrouver l’influence décrite.

Les parties manquantes sont : – comme la température, l’humidité et la luminosité.

– Des relations s’établissent entre les vivants et le milieu.

– La succession des saisons joue un rôle important pour la flore. – la succession des saisons.

– Les milieux de vie sont caractérisés par leur localisation.

– De la neige peut se former plutôt que de la pluie.

Les Fagnes, par exemple, présentent des paysages directement liés à l’altitude à laquelle elles se trouvent ainsi qu’à la nature de leur sol.

Les milieux de vie sont influencés par des caractéristiques physiques

Les variations de température et de précipitations déterminent

Il existe des relations entre les caractéristiques physiques d’un milieu. Par exemple, en hiver, une chute de la température va influencer le type de précipitations.

L’humidité présente dans le sol ou dans l’air influence la végétation.

C’est au printemps que les plantes recommencent à bourgeonner et en automne que les feuilles tombent des arbres.

1.6. La faune est-elle influencée ?

La faune fagnarde est variée, mais fragile.

L’oiseau emblématique des Fagnes est le coq de bruyère, également appelé tétras lyre.

Dans l’avifaune, il est loin d’être le seul habitant des lieux.

Néanmoins, certains oiseaux ne sont que de passage dans les Fagnes : c’est le cas des traquets motteux.

A. Le traquet motteux

Lors de leur migration, qui leur permet de rejoindre l’Afrique tropicale, les traquets motteux utilisent les Fagnes comme halte migratoire au printemps et en automne. Ces oiseaux volent la nuit et chassent le jour dans les lieux où ils se sont arrêtés.

En été, ils ne restent quasi jamais dans les Hautes Fagnes, préférant les endroits plus rocailleux pour y faire leur nid.

è À l’aide de ce texte, identifie trois influences des conditions physiques du milieu sur le traquet motteux.

B. Le cerf

Le cerf fréquente les Hautes Fagnes, surtout leurs massifs forestiers. Il vient à l’occasion dans les tourbières et les landes, de nuit, pour se nourrir. C’est un animal crépusculaire et nocturne. Il est connu pour son brame, qui commence à l’automne et qui indique que la période de reproduction débute. Il est également admiré pour la majesté de ses bois. Chaque année, entre fin février et début mai, les cerfs perdent leur ramure. Cette chute des bois est liée au changement de la durée du jour et de la nuit. Les nouveaux bois pousseront assez rapidement après ce phénomène.

è À l’aide de ce texte, identifie trois influences des conditions physiques du milieu sur le cerf.

2. Dans les points

d’eau de l’Ardenne

À présent, vérifions s’il en est de même pour un milieu plus aquatique. Pour cela, tu pars à la découverte d’un cours d’eau plutôt rapide comme une rivière et d’une mare toute calme situés tous les deux en Ardenne.

è Voici deux illustrations qui représentent ta visite, liste les différences entre ces deux milieux en ce qui concerne les points d’eau.

L’eau va plus vite dans le premier milieu que dans le second.

Tout ceci est étonnant. Comment peut-il y avoir autant de différences ?

Investiguons afin de le découvrir. Pour cela, tu réalises une série de mesures et d’observations.

è À partir de celles-ci, réponds aux questions.

a) Nomme les trois paramètres relevés au cours de l’enquête.

b) Compare l’aspect de l’eau des deux milieux.

c) Coche la (les) case(s) correspondant à l’endroit où se trouve la végétation de chaque milieu.

Sur les berges

Sur le fond

À la surface

d) Coche le milieu qui possède des perches communes.

 La mare

 La rivière

e) Coche le milieu qui possède le plus d’espèces de poissons (à volume d’eau égal).

 La mare

 La rivière

Tu constates donc que les paramètres de l’eau influencent fortement les vivants du milieu et leur manière de se développer dans celui-ci. Pour comprendre ces interactions, tu interroges un guide nature sur les besoins des plantes et des poissons.

è Lis sa réponse ci-dessous.

Dans la rivière, il y a plus de courant, donc les plantes qui n’ont pas de racines profondes comme les cératophylles ne peuvent y rester longtemps. Les plantes produisent de l’oxygène. Comme elles sont peu nombreuses, on pourrait croire qu’il y a moins d’oxygène dans la rivière que dans la mare. Ce n’est pas le cas, en effet, le courant permet d’apporter beaucoup d’oxygène.

On peut donc voir des perches dans la rivière, car elles ont besoin de beaucoup d’oxygène ou des brochets plus gros. Et même des larves de plécoptère.

è Complète le texte ci-dessous avec les mots suivants.

courant – lumière – taux d’oxygène – taux d’oxygène – température

Si nous trouvons des espèces différentes dans ces deux milieux, c’est à cause de leurs exigences spécifiques. Ainsi, elles ont besoin de vivre dans une eau à une précise et avec un certain pour respirer. Les plantes peuvent s’ancrer dans le sol là où le est faible et ont besoin de pour pousser.

La taille des espèces aquatiques est d’autant plus importante que le dissout dans l’eau est plus grand.

Télécharge le document « À la découverte d’un écosystème », qui t’explique comment aborder une visite dans la nature !

CONNAITRE

Influences dans l’écosystème

Le biotope est un milieu de vie dont on peut mesurer les caractéristiques physiques, celles-ci étant à la base de nombreuses influences.

Parmi les caractéristiques physiques , retenons : – la température ; – l’ensoleillement ; – l’humidité ; – l’altitude ; – le type d’eau ; – l’acidité de l’eau ou du sol ; – la luminosité ; – les précipitations ; – la composition du sol, de l’eau, de l’air.

Les caractéristiques physiques s’influencent entre elles

Par exemple, quand la température baisse, les précipitations changent (la pluie devient de la neige).

Le biotope influence également la biocénose

Par exemple, les saisons déterminent des migrations ou la chute des feuilles ; l’acidité ou la quantité d’oxygène dans l’eau joue sur les espèces présentes.

Légende : influence

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Pour chacune des phrases suivantes, cite le ou les facteurs physiques qui influencent l’être vivant.

a) Le cloporte est un animal actif dans l’obscurité et l’humidité. En journée, ses activités sont très limitées.

b) L’ Iris pseudacorus est une plante qui aime pousser au bord des étangs, des marais ou des rivières pour répondre à ses besoins élevés en eau.

c) Les éphémères sont des insectes caractérisés par une forte attirance envers les sources lumineuses la nuit.

d) La grenouille vit dans les endroits humides bordant les biotopes aquatiques. Sa respiration s’effectue par la peau, qui doit rester humide afin d’assurer les échanges gazeux.

e) Les rhododendrons sont des espèces végétales qui se développent dans les régions montagneuses à sol acide.

2. Voici deux illustrations d’un même écosystème pendant l’été et l’hiver. Analyse ces deux paysages, puis réponds aux questions qui suivent.

a) Coche les caractéristiques physiques qui changent entre ces deux illustrations.

 L’altitude

 La température

 Les saisons

 L’humidité

 La nature du sol

 L’ensoleillement

 Les précipitations

b) Décris l’influence des caractéristiques physiques sur la flore de cet écosystème pendant l’hiver.

c) Liste les animaux absents de l’illustration de l’écosystème pendant l’hiver.

d) Émets des hypothèses concernant l’influence du biotope sur leur absence.

BIOCÉNOSES BELGES

Comme tu viens de le voir, les relations qui viennent du biotope exercent une influence importante au cœur de l’écosystème.

Mais ce ne sont pas les seuls liens qui se tissent dans un écosystème. Les êtres vivants de la biocénose établissent également énormément de relations.

è Cite des relations que des êtres vivants établissent entre eux ou avec le biotope.

1. Dans les Fagnes, qui mange qui ?

1.1. Simplifions, modélisons !

Dans un milieu de vie, si petit soit-il, le nombre d’êtres vivants peut être très élevé. On estime qu’une petite quantité de terre, comme une cuillère à soupe, contient plus d’organismes vivants qu’il n’y a d’humains dans le monde. À notre niveau, l’étude systématique de chaque vivant, de chaque influence est impossible. Pour comprendre le fonctionnement du milieu de vie, il va falloir simplifier la réalité. Pour y arriver, nous allons modéliser le milieu de vie, c’est-à-dire que nous allons utiliser une représentation simplifiée de cette réalité beaucoup plus complexe.

On parle alors de modèle scientifique , car cette représentation permet de mieux comprendre les relations dans le milieu étudié. Nous reviendrons à plusieurs reprises sur cette notion de modèle dans d’autres thèmes.

1.2. Chaines alimentaires et réseau trophique

Cette illustration, reproduite en grand sur les deux pages suivantes, représente les liens trophiques entre quelques vivants des Fagnes.

Tourbière boisée

Pie-grièche

Glands

Tourbière active

Tarier pâtre

Nacré de la canneberge

è Voici une chaine alimentaire issue de l’illustration de la double page :

Myrtille de loup  mulot  pie-grièche

a) Indique la signification de la flèche.

b) Dénombre les maillons présents dans cette chaine. Justifie ta réponse.

è À partir de l’illustration, identifie une chaine alimentaire à quatre maillons et écris-la.

Dans un milieu de vie, il existe des chaines alimentaires, c’est-à-dire une suite d’êtres vivants dans laquelle chaque vivant est la nourriture du suivant.

è À partir de l’illustration :

a) identifie trois chaines alimentaires différentes ayant au moins un maillon en commun et écris-les ;

b) nomme le maillon commun.

Dans un milieu de vie, il est possible d’identifier des chaines alimentaires ayant des maillons communs. Cette particularité fait apparaitre une nouvelle notion : le réseau trophique

En conclusion, nous pouvons dire que, dans un milieu de vie, il est possible d’identifier une succession d’êtres vivants liés entre eux par la relation de nutrition : c’est une chaine alimentaire. Chaque être vivant de cette chaine en constitue un maillon. Lorsque ces chaines alimentaires présentent des maillons communs, elles forment un réseau trophique.

1.3. De la chaine à la pyramide

La représentation des liens trophiques à travers une chaine alimentaire nous permet de visualiser seulement une succession de liens « mangé/mangeur ». Pour tenir compte de l’ensemble du réseau alimentaire, il nous faut une autre représentation.

è À l’aide de la représentation du réseau fagnard (pages 24-25), complète ce tableau.

Caractéristique des êtres vivants

Êtres vivants zoophages

Êtres vivants phytophages

Êtres vivants auxquels n’aboutit aucune flèche

Nom des êtres vivants

Si tu observes la colonne de droite, tu constates que plus on descend dans le tableau, plus il y a de vivants par case. Cette constatation donne lieu à une autre représentation des liens trophiques dans un écosystème : une représentation à l’aide d’une pyramide. Les étages d’une pyramide permettent de représenter les quantités différentes d’êtres vivants.

Dans cette pyramide, il est convenu de rassembler les vivants en deux catégories : – les producteurs sont ceux qui produisent la matière organique ; – les consommateurs sont ceux qui se nourrissent de cette matière organique.

Le phytophage étant le premier consommateur, on le désigne par le nom de consommateur primaire ou consommateur de premier ordre . Celui qui s’en nourrit est le consommateur secondaire ou consommateur de deuxième ordre , et ainsi de suite.

La pyramide des relations trophiques d’un écosystème présente de manière schématique les différentes catégories d’êtres vivants ainsi que leur diversité et leur abondance dans le milieu.

Chaque étage de la pyramide procure la matière organique nécessaire à la nutrition de l’étage suivant.

Consommateur tertiaire

Consommateur secondaire

Consommateur primaire

Producteur

Quant aux végétaux, à la base des chaines trophiques, de quoi ont-ils besoin pour se nourrir ?

è Renseigne-toi : que doit-on apporter aux végétaux cultivés pour qu’ils se développent correctement ?

è Dans un écosystème, où les végétaux trouvent-ils ces ressources ?

2. Faites circuler la matière

2.1. Le rôle du biotope

Le biotope renferme la matière inerte, c’est-à-dire la matière minérale, l’eau dont les végétaux ont besoin pour croitre.

Les végétaux se développant souvent sur le sol, le biotope leur fournit également un support.

Mais un problème se pose : à force de puiser les sels minéraux du sol, les végétaux les font disparaitre complètement. Sans minéraux, il n’y a plus de végétaux ; et, sans producteurs, il n’y a plus de consommateurs. Les écosystèmes devraient disparaitre… Or, ce n’est pas le cas.

è À ton avis, que se passe-t-il dans les écosystèmes qui permet d’éviter l’épuisement des sels minéraux ?

Tu as découvert que, quand on cultive une terre ou un jardin, il est nécessaire d’apporter de l’engrais ou du compost.

Regardons de plus près le compost.

2.2. Du compost aux décomposeurs

Mais qui transforme ces déchets ?

Pour faire du compost, il faut passer par plusieurs étapes : d’abord, rassembler une matière de base ; ensuite, la transformer pour enfin l’utiliser au jardin.

è Décris la matière qui permet de faire du compost.

Observe cette photo. Le compost en formation a été retourné.

è Quels êtres vivants y sont à l’œuvre ?

Ce ne sont pas les seuls êtres vivants capables de s’attaquer à la matière organique.

è Sur cette autre photo, que vois-tu à la surface des fruits et du pain ?

Pour transformer les déchets organiques, une multitude d’êtres vivants entrent en action. On les appelle les décomposeurs

Certains sont visibles à l’œil nu, comme les vers de terre, les champignons (moisissures), les scolopendres. D’autres ne sont visibles qu’au microscope, comme les bactéries.

Ces vivants se nourrissent de déchets organiques laissés par d’autres vivants et ils transforment cette matière organique en matière minérale.

è Avec toutes ces informations, explique pourquoi le fait de recevoir du compost est bénéfique aux cultures.

En faisant du compost, l’être humain reproduit ce qu’il se passe naturellement dans les écosystèmes.

Les décomposeurs transforment la matière organique rejetée en matière minérale. Cette matière retourne dans le biotope et recharge les sols en sels minéraux utilisés par les producteurs.

2.3. Le trio : producteurs, consommateurs, décomposeurs

è À l’aide de tes connaissances et des mots proposés, complète le texte suivant.

consommateurs – producteurs – phytophages – zoophages – déchets organiques –nutrition – matière minérale – végétaux – biotope – transformée – décomposeurs

Une relation importante qui lie les êtres vivants entre eux est la relation de Dans un écosystème, tous les se nourrissent de matière organique, qu’ils vont chercher chez d’autres êtres vivants. Les , ou consommateurs de premier ordre, mangent des . Les consomment des animaux. Seuls les végétaux ne prélèvent pas de matière organique dans le milieu. Ils sont appelés , car ils sont capables de fabriquer leur matière organique à partir de . C’est dans le qu’ils vont chercher les sels minéraux et l’eau dont ils ont besoin pour fabriquer leurs feuilles, leurs racines, etc.

Chaque être vivant de l’écosystème rejette des (cadavre, branche morte, excréments). Cette matière organique est en matière minérale grâce aux . En agissant de la sorte, ces vivants restituent la matière minérale au biotope.

Cycle de la matière à travers la pyramide des liens trophiques

Légende : transforme en est mangé par matière organique est assimilé par

Consommateur tertiaire

Consommateur secondaire

Consommateur primaire

Producteur

Matière minérale

À travers ce trio de producteurs , consommateurs , décomposeurs , la matière circule dans les écosystèmes. La matière minérale du biotope est transformée en matière organique par les producteurs. Celle-ci circule alors, dans la biocénose, de consommateur en consommateur. Finalement, elle aboutit sous forme de déchets organiques au niveau des décomposeurs, qui la transforment en matière minérale. La matière transformée quitte donc la biocénose pour revenir au biotope. Le cycle peut ainsi recommencer.

3. Dans la rivière, qui mange qui ?

3.1. Chaines alimentaires et réseau trophique

Dans les milieux aquatiques, les facteurs physiques ont une importance capitale. Mais qu’en est-il des relations trophiques ? Maintenant que tu en sais plus sur celles-ci, partons, une nouvelle fois, à leur découverte dans la rivière.

è Lis le document suivant afin de compléter les questions qui suivront.

Dans la rivière, la végétation se trouve principalement sur les berges. Elle permet à de nombreux animaux de s’y cacher et d’y trouver de la nourriture. Les têtards de grenouilles vertes “ ou les larves de plécoptères (des insectes) y trouvent des algues pour se nourrir. Ce milieu leur permet également d’échapper aux truites Œ, qui s’en nourrissent.

Sur le fond de la rivière, parmi les rochers, on retrouve des écrevisses ’ à la recherche de nourriture : algues, têtards, larves d’insectes… À côté d’elles, on peut y voir des moules , qui filtrent l’eau et captent des algues et des animaux microscopiques (= le zooplancton).

Il y a également de nombreux poissons : des truites fario, des perches fluviatiles Ž et des barbeaux communs  . Les perches ont tendance à manger tout être vivant qui passe à leur portée et qui entre dans leur bouche : des jeunes de poissons, des grenouilles (adultes ou têtards), des écrevisses, des insectes… tandis que les barbeaux se nourrissent exclusivement d’insectes (comme les larves de libellules  ou de plécoptères) et d’écrevisses.

Le brochet ‘ est le superprédateur de ce milieu de vie. Il peut chasser et manger tous les poissons ou les écrevisses qu’il rencontre.

è Complète le tableau ci-dessous en indiquant ce dont se nourrit chaque vivant et en précisant son régime alimentaire.

Être vivant Ce dont il se nourrit… Régime alimentaire

Barbeau commun Larve de libellule et de plécoptère, écrevisse

Brochet

Écrevisse

Algue, têtard et larve de libellule et de plécoptère

Être vivant

Grenouille verte (têtard)

Ce dont il se nourrit… Régime alimentaire

Libellule (larve) Têtard et larve de plécoptère Zoophage

Moule d’eau douce Algue et animal microscopique

Plécoptère (larve)

Perche fluviatile

Truite fario

è Trace des flèches signifiant « est mangé par » dans ce réseau trophique.

Écrevisse

Tu viens de construire un réseau trophique. C’est un outil qui te permet de mieux comprendre les relations de prédation qui ont lieu au sein d’un écosystème. La prédation est une interaction entre deux organismes vivants au cours de laquelle un animal prédateur mange un autre animal, la proie

è À partir de ce réseau trophique, réponds aux questions.

a) Cite trois prédateurs.

b) Cite trois proies.

c) Cite le producteur du milieu.

d) Comment appelle-t-on un prédateur qui n’est pas une proie ?

e) Explique pourquoi la moule n’est pas un maillon indispensable dans ce réseau trophique.

f) Émets une hypothèse expliquant pourquoi la population des moules reste stable.

3.2. D’autres relations ?

On présente souvent les relations trophiques dans un écosystème. Mais celui-ci s’effondrerait vite s’il n’y avait que ce type d’interactions entre les vivants.

Dans le document suivant, d’autres relations te sont présentées.

è Lis le document et réponds aux questions.

Au printemps, si les conditions sont remplies, les moules peuvent se reproduire. Quand les œufs sont prêts à éclore, de petites larves en sortent : les glochidies.

a) Précise l’impact négatif de la relation sur la truite au début de la reproduction de la moule.

Celles-ci sont des larves dotées de crochets. Elles s’ancrent dans les branchies des truites fario et s’y développent.

Cette action est indolore pour le poisson. Toutefois, s’il y a beaucoup de larves, celui-ci respire moins bien. En s’accrochant aux truites, les larves sont protégées et profitent du transport pour aller vivre plus loin dans la rivière. C’est ce qu’on appelle du parasitisme.

Une fois bien développées, les glochidies se détachent, souvent là où la truite pond. Elles se nourrissent alors des champignons parasites qui pourraient tuer les œufs du poisson. Les bénéfices sont donc mutuels. On parle de coopération.

Autrefois, les rivières d’Europe abritaient le saumon des rivières (encore abondant en Amérique du Nord). Ce cousin de la truite fario se nourrissait des mêmes espèces. Il était lui aussi un hôte des glochidies et avait, dans les rivières, le même rôle que les truites fario. Ces deux espèces étaient donc en compétition. Cela signifie que, s’il y avait beaucoup de saumons, moins d’œufs de truite profitaient de la protection des glochidies, et inversement.

3.3. Mais pourquoi tant d’espèces ?

b) 1. Précise l’impact de la relation sur la moule.

2. Recopie le nom de cette relation.

c) 1. Précise l’impact de la relation sur le poisson à la fin de la reproduction de la moule.

2. Recopie le nom de cette relation.

d) Explique en quoi le saumon des rivières et la truite fario étaient autrefois en compétition.

Des relations unissent donc de nombreuses espèces d’un écosystème. Ce ne sont pas seulement des relations trophiques. Mais est-ce si important ? Quel est l’intérêt de la présence de nombreuses espèces dans un même milieu de vie ?

è Émets une hypothèse pour expliquer l’avantage, pour un écosystème, d’abriter de nombreuses espèces ?

Pour le comprendre, partons à la découverte d’un nouveau cours d’eau qui héberge presque les mêmes espèces que la rivière décrite précédemment (p. 31), mais d’où les larves de libellules ont disparu.

À gauche, tu disposes de la pyramide trophique de la rivière déjà étudiée et, à droite, de la pyramide trophique de ce nouveau cours d’eau.

è Réponds aux questions.

a) Coche la bonne représentation de chaque pyramide si les écrevisses devaient disparaitre.

Pyramide trophique de la rivière étudiée

Pyramide trophique du nouveau cours d’eau

b) Précise quel écosystème pourrait survivre à leur disparition.

c) Explique pourquoi tu as choisi cette réponse.

d) Explique ce qui permet à cet écosystème de tenir le coup malgré la disparition d’une espèce.

e) Complète la conclusion concernant cette situation. Dans un milieu de vie, si plusieurs espèces remplissent le même rôle,

C’est ce que l’on appelle la biodiversité . Il s’agit de la variété de vivants qu’abrite un écosystème. Les scientifiques estiment que plus celle-ci est grande, plus un milieu de vie est résilient. Cela signifie qu’il peut résister beaucoup plus à un phénomène négatif, comme une épidémie, une tempête, une canicule…

CONNAITRE

Liens trophiques et autres relations entre vivants

Au cœur de la biocénose, il existe une relation primordiale : la nutrition.

Cette relation est modélisée de plusieurs façons, chacune mettant en évidence un point particulier.

Tout d’abord, il y a les chaines alimentaires , qui correspondent à une succession d’êtres vivants où chacun est mangé par le suivant. Cette relation est symbolisée par une flèche ( ). Chaque vivant y représente un maillon

Une autre modélisation est le réseau trophique , qui représente un ensemble de chaines alimentaires ayant un ou des maillons communs.

Légende : transforme en est mangé par matière organique est assimilé par

Finalement, la pyramide des relations trophiques présente de manière schématique les différentes catégories d’êtres vivants ainsi que leur diversité et leur abondance dans le milieu. Elle permet de visualiser la circulation de la matière organique , c’est-à-dire la matière issue du vivant ou qui la constitue.

Chaque étage de la pyramide procure la matière organique nécessaire à la nutrition de l’étage suivant :

Consommateur tertiaire

Consommateur secondaire

Consommateur primaire

Producteur

Matière minérale

– les végétaux sont capables de produire leur matière organique à partir de la matière minérale du biotope : ils sont appelés producteurs et sont à la base de toutes les relations de nutrition ;

– tout être vivant qui consomme un autre vivant est appelé consommateur  : les animaux qui se nourrissent de producteurs sont les consommateurs primaires ou phytophages ; les  zoophages sont des consommateurs secondaires quand ils consomment des phytophages et des consommateurs tertiaires quand ils se nourrissent de zoophages.

Les producteurs et les consommateurs rejettent des déchets organiques. Ceux-ci sont pris en charge par les décomposeurs , qui les transforment en matières minérales. Cette transformation permet de restituer la matière minérale au biotope, terminant de la sorte le cycle de la matière dans l’écosystème.

Il existe différentes relations entre les vivants :

la compétition  : relation dans laquelle deux êtres vivants luttent en vue d’obtenir une ressource (nourriture, territoire, accès aux femelles…) ;

la coopération  : relation dans laquelle deux êtres vivants œuvrent dans un but commun et en tirent chacun des bénéfices ;

le parasitisme  : relation dans laquelle un être vivant vit aux dépens d’un autre ;

la prédation  : relation dans laquelle un être vivant (appelé prédateur ) en chasse un autre (appelé proie ), le capture et le tue.

Biodiversité et écosystème

La biodiversité est la variété de vivants qu’abrite un écosystème. Plus il y a d’espèces différentes et plus l’écosystème est stable et peut résister aux conditions extrêmes ou exceptionnelles.

Un écosystème correspond à l’ensemble dynamique qui regroupe tous les êtres vivants et leurs relations ( biocénose ) ainsi que les caractéristiques physiques du milieu ( biotope ). Le biotope et la biocénose sont en interrelation permanente.

Écosystème

Biocénose

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Le tableau ci-dessous reprend quelques êtres vivants que l’on trouve dans la Semois, en Belgique, avec des exemples de ce qu’ils peuvent manger dans cet écosystème.

a)  Prends -en connaissance

Être vivant

Phytoplancton

Algue

Plante aquatique (ex. : renoncule aquatique)

Larve d’éphémère

Larve de libellule

Écrevisse

Ce dont il se nourrit

Algue, plante aquatique, débris végétal et animal

Petit crustacé (ex. : daphnie), larve d’éphémère

Algue et plante aquatique, petit insecte aquatique (larve d’éphémère et de libellule)

Daphnie Phytoplancton

Gardon

Être vivant

Ce dont il se nourrit

Algue, phytoplancton, daphnie, petit insecte aquatique (ex. : larve d’éphémère)

Héron cendré Gardon, écrevisse…

b) Complète le schéma du réseau trophique en utilisant les données du tableau.

Algue

Daphnie

c) Colorie sur le schéma du réseau trophique que tu viens de compléter : – la case du superprédateur en jaune ; – un exemple de consommateur primaire en vert ; – un exemple de consommateur secondaire en bleu.

d) Cite les producteurs de ce réseau trophique.

e) Écris deux chaines alimentaires différentes composées chacune de quatre maillons.

2. Dans les phrases suivantes, souligne en vert les producteurs et en rouge les consommateurs.

– La cistude d’Europe est une espèce de tortues se nourrissant essentiellement d’invertébrés aquatiques et d’insectes phytophages. Ces derniers se nourrissent à leur tour de végétaux présents sur les berges.

– Les chenilles qui mangent les jeunes feuilles des arbres fruitiers deviennent des proies pour les guêpes.

– Les mousses qui poussent sur les troncs servent de nourriture aux rennes. Ces derniers peuvent être chassés par des prédateurs comme le lynx.

3. Indique le type de relation entre les vivants décrits dans les énoncés suivants.

– L’araignée tisse une toile pour piéger des insectes : elle les enroule ensuite dans de la soie avant de les dévorer.

– Les éléphants protègent les éléphanteaux des prédateurs en formant un cercle défensif autour d’eux.

– La galle du chêne est causée par une petite guêpe qui pond ses œufs sur les feuilles de l’arbre. Celui-ci réagit en formant des boules, la galle, où les larves grandissent en se nourrissant de ses feuilles. Cela affaiblit localement le chêne.

– Pendant la saison des amours, les cerfs mâles se battent pour s’accoupler avec les femelles, en utilisant leurs bois pour s’affronter.

4. Les Fagnes sont connues pour leurs tourbières. Regarde la vidéo suivante qui explique la différence entre la tourbe et le compost. Ensuite, réponds aux questions

a) Vrai ou faux ? Coche la proposition correcte.

De nombreux êtres vivants sont présents dans le compost. La tourbe permet de décomposer la matière organique. Une pierre tombée dans du compost va se décomposer.

b) Explique la principale différence qui existe entre le compost et la tourbe.

5. Prends connaissance de l’enregistrement relatif au hérisson. Puis, réponds aux questions suivantes.

a) Nomme une relation avec un vivant négative pour le hérisson. Décris cette relation.

b) Quel type de consommateur est le hérisson ? Justifie ta réponse.

c) Cite un prédateur du hérisson.

6. Complète le schéma en utilisant la légende ci-dessous afin d’illustrer la circulation de la matière entre les maillons proposés.

Légende : assimilation de la matière organique circulation de la matière minérale transformation de la matière organique

Végétaux

Phytophages

Décomposeurs

Zoophages

LE POTAGER EN PERMACULTURE

Depuis plusieurs semaines, tu entends parler d’un endroit un peu particulier dans ta ville : un potager partagé ! C’est un lieu que la ville met à la disposition de ses habitants afin qu’ils puissent y planter les légumes ou les plantes aromatiques de leur choix.

Curieux(-se), tu passes la porte de l’endroit et on te confie une petite parcelle sur laquelle tu peux commencer à jouer les apprentis cultivateurs.

À toi de choisir ce que tu vas planter ou semer, mais pas n’importe comment ! Tu disposes de différents documents sur les plantes que tu peux planter. Tu sais qu’il faut faire attention aux facteurs physiques du biotope pour choisir soigneusement tes plantes, mais aussi qu’il existe de la coopération entre les espèces.

è Prends connaissance des documents qui suivent.

è Voici une représentation de ta parcelle. À l’aide des documents et de ce que tu as appris lors de ce thème, conçois le potager de tes rêves ! Colorie les cases en plaçant soigneusement tes plantes. Complète également la légende.

Il y a quatre contraintes :

– tu dois utiliser une couleur différente par plante ; – tu dois tout semer/planter le même mois ; – tu dois tout récolter le même mois ; – les plantes doivent avoir les mêmes besoins en eau.

Légende

è Colorie une ou plusieurs sections de l’arrosoir pour montrer quels sont les besoins hydriques de tes cultures.

Lecture des étiquettes de plantes

Nom de la plante

Taille sur le potager en cases

2 × 2 Basilic

Si le contour est jaune, c’est une culture basse. Si le contour est bleu, c’est une culture haute. Pour représenter le type de culture dans le potager, colorie le contour de la zone s’il s’agit d’une plante haute et l’intérieur de la zone s’il s’agit d’une plante basse. Veille à utiliser une couleur di érente par plante.

Illustration de la plante

Au soleil

Pénombre

À l’ombre

Besoin faible d’eau

Besoin modéré d’eau

Besoin important d’eau

Les plantes à disposition

Vocabulaire

Culture basse : culture/plante qui occupe le ras du sol et ne se développe pas en hauteur.

Culture haute : culture/plante qui se développe en hauteur. On peut donc l’associer à une culture basse qui poussera à sa base.

Plantation : mise en terre d’un jeune plant qui a déjà germé.

Récolte : collecte d’une partie d’une plante.

Semis : graines mises en pleine terre ou en pot.

Le compagnonnage

Dans un potager en permaculture, les plantes s’associent entre elles. Dans ce tableau, les relations positives sont notées en vert et les négatives en rouge.

Basilic

Carotte

Ciboulette

Concombre

Courgette

Fraise

Haricot

Laitue

Pois

Le calendrier du potager

JANV. FÉVR. MARS AVR. MAI

Basilic

Carotte

Ciboulette

Concombre

Courgette

Fraise

Haricot

Laitue

Pois

Pomme de terre

Sauge

Tomate

Légende :

Dates du semis

Dates de la plantation

Dates de la récolte

Arrivé(e) au terme de ces chapitres, tu es maintenant capable de…

Chapitre 1 : Milieux et

vivants de

notre planète

 définir un écosystème et le décrire brièvement

 définir le biotope et donner des exemples à partir d’un écosystème donné

 définir la biocénose et donner des exemples à partir d’un écosystème donné

Chapitre 2 : Biotopes belges

 citer les composants d’un biotope

 identifier les caractéristiques physiques du biotope

 décrire les influences qui s’exercent entre les composants du biotope

 décrire les influences qui existent entre le biotope et la biocénose

 compléter la définition de l’écosystème en tenant compte des interactions entre ces composants

 décrire l’influence d’un facteur physique ou chimique sur le vivant

 examiner un écosystème pour en relever les caractéristiques physiques

Chapitre 3 : Biocénoses belges

 expliquer ce qu’est un modèle

 distinguer chaine alimentaire, réseau trophique et pyramide des relations alimentaires

 définir une chaine alimentaire et l’identifier sur la base de documents

 définir un réseau trophique

 définir une pyramide des relations alimentaires

 définir un maillon d’une chaine alimentaire

 définir un producteur, un consommateur, des consommateurs primaires, secondaires et tertiaires

 définir et expliquer le rôle des décomposeurs

 expliquer en quoi consiste le cycle de la matière dans un écosystème

 définir et identifier des relations particulières au sein de la biocénose à savoir : compétition, coopération, parasitisme et prédation

 expliquer ce que sont la biodiversité et les conditions de stabilité d’un écosystème

 identifier un réseau trophique et l’utiliser pour expliquer le fonctionnement d’un écosystème

 modéliser un réseau trophique

 examiner un écosystème pour en décrire les relations entre les vivants

Le potager en permaculture

 décrire les facteurs physiques d’un écosystème et les relations entre les vivants pour organiser un potager cohérent et tenant compte de tous ces aspects

Georges Lemaître

Georges Lemaître nait à Charleroi en 1894. À neuf ans, il sait déjà que les sciences seront importantes pour lui, mais il aime aussi la spiritualité. Après l’école, il étudie les maths et la physique à l’université de Louvain. Lorsque la Première Guerre mondiale éclate, Georges rejoint l’armée. Il retourne ensuite à l’université et devient prêtre.

Curieux et brillant, il étudie encore à Cambridge, Harvard et au MIT. Il aime remettre en question les théories de l’époque. Depuis toujours, les scientifiques cherchent à expliquer le monde par des « modèles », basés sur leurs observations. Mais la communauté a parfois un peu de mal à les faire évoluer !

Fasciné par la matière qui compose notre Terre et l’Univers, Georges propose un modèle inédit : celui de « l’atome primitif ». Selon lui, toute la matière et l’énergie étaient rassemblées en un point, puis se sont écartées pour donner naissance à l’Univers en expansion. Cette idée, appelée ironiquement « Big Bang » par un autre scientifique, restera célèbre.

Georges enseigne à Louvain de 1925 à 1964 et reçoit plusieurs prix pour ses travaux. Il meurt en 1966, après avoir aidé à comprendre l’Univers. La consécration pour un prêtre et un scientifique !

Thème 2

LES RESSOURCES NATURELLES EN MATIÈRES PREMIÈRES

À une époque où les défis environnementaux se multiplient, le traitement des déchets prend une importance cruciale. Nos modes de vie modernes nous poussent à réfléchir sérieusement à notre impact environnemental si nous ne voulons pas que notre planète se vide de ses ressources. En effet, les sols et les sous-sols sont des endroits de vie sensibles à nos actions, mais également des réservoirs de matières premières épuisables. Il est de notre responsabilité de les préserver. Face à cette réalité, il devient impératif de modifier nos habitudes de consommation et de traitement des déchets afin de protéger et de maintenir l’équilibre fragile de notre écosystème.

QUE TROUVONS-NOUS SOUS NOS PIEDS ?

Notre planète est constituée de plusieurs couches. Dans ce thème, nous allons nous attarder sur celle qui se trouve le plus à l’extérieur, la lithosphère 1 . Ce nom provient en partie du mot grec lithos , signifiant « pierre ». C’est donc la partie rigide supérieure de la planète sur laquelle nous vivons.

La lithosphère est constituée elle-même de différentes couches, la plus fine étant la croute terrestre, variant de dix à environ cinquante kilomètres.

La croute terrestre est composée de plusieurs couches : le sol , qui est la couche supérieure de la surface de la Terre où les plantes poussent, et le sous-sol , qui est la couche de roches situées sous la surface du sol.

1. Différence entre sol et sous-sol

Il t’est probablement déjà arrivé de creuser la terre avec un outil, que ce soit pour faire un potager, jardiner ou planter un arbuste. Mais t’es-tu déjà demandé ce qu’il y a sous tes pieds et ce que tu découvrirais si tu pouvais creuser à plusieurs mètres de profondeur ?

En faisant cet effort, tu te rendrais vite compte que la terre change progressivement. Au début, tu rencontrerais une couche de terre meuble, facile à travailler : c’est la couche arable. Elle est souvent de couleur brun foncé à noire, car elle contient beaucoup de matière organique en cours de décomposition, appelée humus. Cette couche est essentielle à la vie des plantes. Elle est composée de minéraux, d’eau, d’air, mais aussi d’une multitude d’organismes vivants : des microorganismes, des champignons, des insectes, et surtout des lombrics, qui participent à l’aération et à la fertilité du sol. En creusant un peu plus profondément, tu pourrais rencontrer une couche intermédiaire, moins riche en minéraux. Tu arriverais ensuite à une couche de terre plus compacte, plus sèche et de couleur plus claire. C’est une zone moins riche en vie et en matière organique.

1 La composition des couches de la Terre sera traitée en deuxième année.

Si tu continuais ce travail, tu atteindrais une couche encore plus dure composée de fragments de roche. À ce niveau, tu aurais quitté le sol pour entrer dans le sous-sol. C’est la zone où les racines des plantes s’arrêtent en général, car elle est trop dure et trop pauvre en nutriments. Enfin, tu rencontrerais la roche mère. C’est une couche très dure, parfois faite de granite, de calcaire ou de schiste, qui constitue le support de toutes les couches supérieures. Il est presque impossible de la creuser sans outils spécialisés.

Le sous-sol fait quelques dizaines de kilomètres d’épaisseur et est constitué de roches. Celles-ci sont issues d’un assemblage naturel de minéraux. Certaines de ces roches contiennent des minéraux ou des métaux précieux, qui peuvent être extraits : ces roches exploitables sont des minerais.

Maintenant que tu as découvert ce que sont le sol et le sous-sol, il est temps de comprendre comment le sous-sol peut devenir… un sol !

2. Formation du sol

Le sol peut être considéré comme un petit écosystème. Pour rappel, un écosystème se compose d’êtres vivants, d’un milieu de vie et d’interactions entre tous les composants.

è Rappelle-toi : quel nom porte l’ensemble des êtres vivants ?

è Quel nom porte le milieu de vie ?

Mais un écosystème ne se limite pas à la présence d’êtres vivants dans un milieu de vie. Des interactions apparaissent et sont mêmes indispensables au maintien de la stabilité de l’écosystème voire à son évolution.

La formation du sol passe par différentes étapes. Ces étapes sont le résultat tantôt d’interactions venant du biotope, tantôt d’interactions avec la biocénose. Finalement, toutes ces actions permettent la rencontre du sous-sol et d’éléments tombés à sa surface.

Examinons ces différentes étapes qui, en fonction des conditions climatiques, peuvent mettre des siècles à se réaliser. sol

sous-sol

2.1. Action mécanique

La roche mère est une structure compacte. Elle est composée de matières minérales.

è Connais-tu des phénomènes qui sont capables de fractionner, de casser la roche ?

Au départ, cette roche mère est « à l’air libre », c’est-à-dire exposée aux intempéries : pluies, neige, gel, vent, etc. De ce fait, l’eau s’infiltre dans ses fissures. En cas de gel, l’eau se transforme en glace et augmente de volume 1

La glace élargit alors les fissures. D’année en année, ces fissures deviennent de plus en plus grandes, laissant passer de plus en plus d’eau et accentuant le phénomène. Arrive un moment où des blocs de roche mère se détachent complètement de la structure de base.

À leur tour, les blocs de la roche mère ainsi formés subissent une fragmentation mécanique. Apparaissent des morceaux de plus en plus petits, qui s’accumulent les uns sur les autres. Ces couches de roche compacte, puis constituées de morceaux de plus en plus petits, composent la partie minérale du sol.

è Identifie à quoi, entre le biotope et la biocénose, on peut attribuer l’origine des actions mécaniques. Justifie ta réponse.

2.2. Actions des vivants

D’année en année, la biocénose d’un écosystème apporte au sol de la matière organique : par exemple, le cadavre d’un animal mort, qui se retrouve naturellement sur le sol, ou, lorsque l’automne arrive, les feuilles mortes s’accumulant au pied des arbres.

De son côté, le biotope contribue aussi à un apport : celui de l’eau. En effet, les précipitations (pluie, neige, grêle) tombent sur le sol.

1 Le phénomène sera expliqué plus en détail dans le thème 4 « L’énergie, la dilatation et les changements d’état », page 187.

è Ces éléments s’accumulent-ils encore et encore ?

è En biologie, tu as déjà rencontré ce mécanisme. Comment se nomme-t-il ?

è Qu’est-ce qui se charge de ce mécanisme ?

è Complète ce texte avec les termes appropriés.

Avant l’action des vivants, il est aisé de reconnaitre les débris qui jonchent le sol. On distingue clairement une feuille morte d’une branche ou d’une carcasse. Cette partie superficielle du sol porte le nom de

Après la décomposition, la litière a disparu et laisse place à une matière brunâtre, noirâtre. Cette matière s’appelle

2.3. Actions combinées

L’écosystème qu’est le sol est le résultat d’une combinaison d’actions qui aboutissent à la rencontre entre la partie minérale, issue de l’altération de la roche mère, et la partie organique, venant de la surface.

Sans la présence et l’action des êtres vivants, il n’y a pas de formation du sol ; seule la partie minérale existe et présente une roche mère plus ou moins altérée.

Tout au long du processus, l’eau joue un rôle important. C’est elle qui permet de fractionner la masse compacte de la roche en blocs plus petits. Plus tard, c’est encore elle qui, en ruisselant, emporte la matière organique, issue de la décomposition, vers les couches minérales.

Finalement, quand ces processus montants et descendants se sont complétés, les différents horizons qui composent le sol sont clairement visibles.

3. Biodégradabilité des déchets produits par l’être humain

Quand tu te balades dans la nature, il arrive malheureusement que tu découvres un spectacle peu réjouissant : des ordures ont été jetées sur le sol.

En Wallonie, chaque année durant le mois de mars, les citoyens sont invités à participer à un grand nettoyage. Munis de gants et de sacs poubelles, ils vont ramasser les déchets qui se trouvent sur les chemins, dans les bois, dans les prairies, etc.

À l’occasion, n’hésite pas à faire cette activité bénévole et bénéfique.

Es-tu capable d’identifier correctement un déchet et de sélectionner ceux à ramasser ?

Voici une série d’images qui représentent ce qui peut se trouver sur le sol.

è Coche les images qui correspondent à des déchets.

è Coche les images qui illustrent des matières, des corps qui peuvent disparaitre sous l’action des décomposeurs.

Bouteille en verre

Trognon de pomme

Cadavre de souris

Planche en bois peint

Feuilles mortes d’automne

è Quels critères as-tu appliqués pour identifier un déchet ?

è As-tu coché les deux cases pour certaines images ?

è Que signifie le fait de cocher les deux cases ?

è Comment qualifie-t-on ces déchets qui peuvent disparaitre ?

Déchet Peut disparaitre

Canette de soda

Pain moisi

Bouteille en plastique

Pile AA

Ampoule

Pot de yaourt

Bocal en verre fermé d’un couvercle

Smartphone dans sa boite d’origine

Boites à œufs

Tu viens donc de découvrir deux notions importantes à partir d’exemples : le déchet et son caractère biodégradable . Mais comment définir ces notions ?

Pour t’aider à construire la définition de « déchet », voici une liste de mots.

è Coche les mots qui sont toujours en lien avec la notion de déchet.

{ Produit par la nature

{ Produit par l’être humain

{ Neuf

{ Vieux

{ Qui disparait tout seul

{ Qui ne disparait pas tout seul

{ Usagé

{ Abandonné

{ Toxique

{ Inoffensif

è Afin de construire la définition de « biodégradable », propose une liste de mots que tu associes naturellement à ce caractère.

è Après cette réflexion, propose une définition du mot « déchet ».

Tous les déchets ne sont pas égaux ! Certains sont polluants, d’autres réutilisables, d’autres encore qualifiés de biodégradables.

è Propose une définition du caractère biodégradable des déchets.

Maintenant que tu y vois un peu plus clair dans la notion de déchet, reviens à la situation de départ et du ramassage des ordures laissées dans la nature.

Sachant que certains déchets sont biodégradables, que vas-tu ramasser ?

è Barre les déchets à mettre dans le sac poubelle. Nous nous occuperons plus tard du sac poubelle.

Sol et sous-sol

Sur notre planète, la croute terrestre est composée de plusieurs couches :

– le sol est le résultat de la rencontre entre la partie minérale fragmentée de la roche provenant du sous-sol et de la matière organique décomposée venant de l’activité des êtres vivants. Tout au long du processus de formation du sol , l’eau joue un rôle capital en permettant l’altération des roches et en entrainant lors de son infiltration la matière organique ;

– le sous-sol se situe en profondeur, au-delà des racines des végétaux. Il correspond aux roches, à la partie minérale. Sa couche la plus profonde s’appelle la roche mère.

Déchet et biodégradabilité

CONNAITRE

Le processus naturel de la formation du sol tend à être perturbé par l’activité de l’être humain. Ce dernier produit de nombreux déchets qui sont loin d’être tous biodégradables.

Un déchet est un objet ou une matière, utilisé(e) ou produit(e) par l’être humain ou issu(e) d’un cycle de transformation, qui a été rejeté(e) car devenu(e) inutile.

La biodégradabilité désigne la caractéristique de la matière organique qui peut être dégradée grâce à l’intervention des décomposeurs.

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Voici des images représentant les différentes étapes de formation du sol. Ces étapes sont dans le désordre. Numérote les images par ordre chronologique.

2. Chez toi, tu as peut-être déjà un lieu où faire du compost. Si ce n’est pas le cas, documente-toi via une personne ressource ou sur Internet.

a) Renseigne-toi sur les matières que l’on peut mettre dans un compost.

b) Que deviennent ces matières après quelque temps ?

c) Comment utilises-tu ces matières obtenues ?

3. Explique pourquoi il y a peu de décomposeurs sous la couche arable

4. Combien de temps ces déchets peuvent-ils rester dans l’environnement avant d’être désagrégés ?

Réécris leur nom en dessous de la ligne du temps.

Masque

Reste de pomme

Verre Sachet en plastique Papier

Plastique compostable Mégot de cigarette

6 à 8 semaines 3 mois 3 à 6 mois 2 ans 400 ans 100 à 1 000 ans 4 000 ans

5. Parmi ces objets, coche ceux qui vont prendre moins de temps pour disparaitre dans la nature que le chewing-gum.

{ Ticket de caisse { Canette en aluminium

{ Pile { Mégot de cigarette

{ Bois non traité { Peau de banane

{ Brique de lait

{ Ceinture en cuir naturel

Chapitre 2

LES RICHESSES DU SOUS-SOL

1. Exploitation des roches

Un élément essentiel du sous-sol est la roche. Elle est présente sous plusieurs formes et possède donc plusieurs noms en fonction de sa composition ou de sa nature.

Le lien entre ces roches et le téléphone peut te sembler flou. Pourtant, sans certaines d’entre elles, cet objet et bien d’autres n’auraient pas pu être fabriqués.

è Émets une hypothèse concernant la ou les matières qui composent chacun des objets de l’illustration.

La canette :

Le bocal :

Le smartphone :

1.1. Ces matériaux, tous des roches ?

Partons à la recherche d’informations sur ces fameux composants. Voici différents matériaux.

è Classe-les dans la bonne catégorie en recopiant leur nom.

1.2. Définissons ces termes !

Tu as été capable de réaliser ce classement. Mais il y a un petit problème ! En sciences, nous ne nous basons pas sur des notions sans les définir. L’élaboration de définitions objectives, communes à tous, nous permet de travailler le plus précisément possible.

Étudions les différents matériaux afin de construire des définitions objectives.

è Lis le texte suivant et rédige une définition pour chaque catégorie.

Une roche est

Un minerai est

Un métal est

Si tu observes le monde autour de toi, tu peux voir que de nombreuses pierres sont utilisées pour la construction d’édifices en tout genre. En effet, cela fait plus de cinq-mille ans que l’être humain exploite le sol à la recherche de pierres pour la construction d’habitations ou de monuments.

Les roches sont des matériaux naturels composés de minéraux. Les endroits où sont exploitées les roches utilisées pour la construction s’appellent des carrières. Les minéraux qui composent ces roches ne sont pas utilisables.

À l’inverse, certaines roches contiennent des minéraux utiles. On appelle ces roches des minerais. Celles-ci sont en effet exploitées dans des mines : on les transforme grâce à de nombreuses étapes pour extraire leurs minéraux.

Par exemple, l’être humain exploite des minerais de fer ou d’aluminium, que l’on appelle respectivement la magnétite et la bauxite. Des assemblages de minerais et/ou minéraux formeront alors une roche.

En transformant la magnétite ou la bauxite, on en extrait deux métaux fort utiles dans l’industrie et la vie courante.

è Utilise les termes définis pour donner un titre à chaque cadre.

Pierre ponce

Calcaire

Chalcopyrite

Bauxite

Magnétite

Cuivre

Fer Aluminium

1.3. Particularités des métaux

Dans l’activité précédente, tu as pu rédiger une définition d’une roche, d’un minerai et d’un métal. Cependant, les métaux possèdent tous des propriétés communes. Étudions-les.

1

è Après chaque manipulation, complète le tableau pour y consigner tes résultats.

EXPÉRIMENTATION

L’éclat

En plaçant le matériau à la lumière, on remarque un éclat lumineux ou un reflet. Si celui-ci ressemble à l’éclat d’un métal, on le nomme métallique

Matériel

– Aluminium, calcaire, cuivre, fer, graphite, pierre ponce, quartz et zinc

2

Mode opératoire

Pour chacun des matériaux : – l’approcher d’une source de lumière afin de vérifier son éclat métallique.

3

La conductibilité électrique

Matériel

– Une pile

– Trois fils électriques et de quoi les raccorder

– Une ampoule et un soquet

– Aluminium, calcaire, cuivre, fer, graphite, pierre ponce, quartz et zinc

La malléabilité

Mode opératoire

– Attacher les pinces aux extrémités de chaque fil.

– Construire le circuit électrique suivant :

Matériaux à tester +

– Placer le matériau dans le circuit.

– Réitérer avec les autres matériaux.

Un corps est malléable si on peut le déformer sans le casser.

Matériel

– Aluminium, calcaire, cuivre, fer, graphite, pierre ponce, quartz et zinc

– Marteau

Mode opératoire

Pour chacun des matériaux : – le frapper à l’aide du marteau.

Cette expérience doit être réalisée avec des lunettes de sécurité.

La conductibilité thermique

Matériel

Une source de chaleur

–

– Une pince en bois

– Des morceaux de paraffine

– Aluminium, calcaire, cuivre, fer, graphite, pierre ponce, quartz et zinc

Mode opératoire

– Placer un morceau de paraffine à l’extrémité de chaque matériau.

– Allumer la source de chaleur.

– Tenir l’échantillon à l’aide de la pince.

– Placer l’autre extrémité du matériau dans la flamme.

– Attendre.

Cette expérience doit être réalisée par le (la) professeur(e).

Résultats des expériences

è Consigne tes résultats dans ce tableau.

Matériau

Aluminium

Calcaire

Cuivre

Fer

Graphite

Pierre ponce

Quartz

Zinc

Éclat métallique

Malléabilité Conduction électrique

thermique

è Souligne en couleur le nom des matériaux qui répondent positivement aux quatre critères.

Interprétation

Tu peux désormais identifier les quatre propriétés des métaux.

è Quelles sont les conditions qui permettent de qualifier un matériau de métal ?

1.4. Exploitation des roches

A. Exemple du cuivre

è Lis le texte et réponds aux questions.

Le cuivre est un métal qui se situe dans le sous-sol de notre planète. Il est présent en grande quantité dans plusieurs minerais : soit sous forme de pépites cuivrées, soit dans la chalcopyrite ou la chalcocite.

Le cuivre est connu et utilisé depuis plusieurs millénaires. C’est d’ailleurs le plus ancien métal utilisé par l’être humain, qui l’a associé à l’étain pour former un alliage : le bronze. Il a été utilisé pour des objets de la vie courante, comme des ustensiles de cuisine et des armes, mais aussi pour des objets d’art ou des instruments de musique.

Le cuivre doit être isolé de la gangue (partie non utile) du minerai, après que ce dernier a été extrait de la mine.

Pour ce faire, dans un premier temps, le minerai passe dans un énorme tamis pour que ne soient gardés que les morceaux les plus volumineux. Il y a ensuite plusieurs étapes de concassage et de broyage, qui visent à réduire la taille des morceaux de minerai.

Par la suite, il se passe un enrichissement par flottation : les différents composants du mélange de cuivre et de déchets vont flotter ou couler. On récupère le cuivre, puis on le sèche. Cette étape consomme énormément d’eau. Le problème est que, souvent, les régions productrices de cuivre sont pauvres en eau. Cela se fait donc au détriment des populations locales.

Mais le cuivre n’est pas encore pur ! C’est à ce moment qu’on entre dans l’élaboration. Cette étape peut se réaliser selon deux méthodes.

– Avec la première, l’hydrométallurgie, on arrose le minerai d’acide sulfurique pour détruire la gangue et ne garder que le cuivre. Le but est d’augmenter la pureté du cuivre petit à petit. On enlève ensuite les résidus de soufre de l’acide.

– Avec la seconde méthode, on chauffe le minerai à plus de 1 000 °C et on sépare le cuivre liquide d’un déchet solide, le laitier. On verse le cuivre fondu dans un moule et on le laisse refroidir pour obtenir un cuivre solide.

Cette seconde méthode consomme énormément d’énergie. Les hautes températures des fourneaux engendrent également quelques polluants atmosphériques.

Après avoir appliqué l’un de ces deux procédés, on passe à l’affinage. En général, on plonge le cuivre dans un bain et on y fait passer un courant électrique. Cela sépare le cuivre des autres substances qui sont restées en place.

Une fois le cuivre obtenu, on peut le fondre dans la forme dans laquelle il sera utilisé : câble, lingot… et on peut l’employer pour fabriquer des fils électriques, des composants pour des téléphones, des ordinateurs, des tuyaux…

Cette extraction pose parfois un problème social : en effet, dans certains pays en situation de pauvreté qui produisent le cuivre, on peut être confronté au travail des enfants.

è Cite le nom du matériau initial extrait par l’être humain.

Coche la réponse la plus précise. C’est… { une roche. { un minerai. { un métal.

è Cite le nom du matériau obtenu.

Coche la réponse la plus précise. C’est… { une roche. { un minerai. { un métal.

è Remets les étapes de son exploitation dans l’ordre chronologique.

L’élaboration

L’utilisation

L’extraction du minerai

L’affinage

La concentration (l’enrichissement)

è Cite deux utilisations modernes de ce matériau.

è Cite deux impacts négatifs de cette exploitation.

B. Exemple du lithium

è Lis le texte et réponds aux questions.

Avec l’essor de la téléphonie mobile, de l’informatique portable et des voitures électriques, il a fallu trouver le moyen de fabriquer des batteries qui ont une meilleure durée de vie et plus d’efficacité. Ceci a été possible grâce au lithium. Mais il a bien d’autres utilisations : les industries du verre, du métal, du caoutchouc, des thermoplastiques et des céramiques y ont recours.

Ce métal se présente en filons facilement exploitables : il est dispersé dans les roches, l’argile ou la saumure (un mélange d’eau et de sels). Il faut donc parvenir à l’extraire et à l’isoler, ce qui demande énormément d’énergie et d’eau.

Le lithium des roches est obtenu après leur réduction, par broyage, en gravillons. Puis, en mélangeant ces gravillons à de l’eau, on forme une pâte dans laquelle on insuffle de l’air : cela permet de séparer le lithium du reste. Il faut filtrer ce mélange pour récolter chaque constituant dans des réservoirs différents.

Afin de purifier le lithium (car celui obtenu précédemment contient encore des impuretés), on pratique le raffinage : le lithium est chauffé à plus de 1 000 °C. On y ajoute de l’eau et des produits chimiques avant une nouvelle filtration. Ce processus nécessite jusqu’à deux mois.

Le lithium de la saumure est situé profondément dans le sol. On pompe l’eau et on la dépose dans des bassins pour laisser le soleil évaporer l’eau. Les sels solidifiés sont ensuite mélangés à de l’eau et des produits chimiques. Après plusieurs filtrations, on obtiendra du lithium pratiquement pur.

è Cite le nom du matériau étudié.

Coche la réponse la plus précise. C’est…

{ une roche.

{ un minerai.

{ un métal.

è Remets dans l’ordre chronologique les étapes de son exploitation dans les roches.

Mélange avec de l’eau et de l’air

Broyage

Filtration

Raffinage

Extraction

è Remets dans l’ordre chronologique les étapes de son exploitation à partir de la saumure.

è Cite la principale utilisation de ce matériau.

è Cite deux impacts négatifs de cette exploitation.

C. Et mon téléphone dans tout ça ?

Tu viens de voir que le lithium et le cuivre sont des composants importants de nombreux appareils électroniques. Ton smartphone n’y fait pas exception.

è Place le lithium et le cuivre sur l’image suivante.

Batterie

Dalle tactile

Écran

Carte et composants

Boitier

è Lis le texte suivant et place au minimum un matériau pour chaque composant.

Un smartphone est un concentré de technologie qui renferme un véritable trésor de métaux précieux et stratégiques.

L’élément incontournable en est la batterie, qui lui permet de fonctionner en fournissant l’énergie nécessaire à son alimentation. On y retrouve du lithium, mais également du cobalt ou de l’aluminium. L’intérêt du lithium est de permettre d’augmenter l’efficacité des batteries et d’éviter l’effet « mémoire », c’est-à-dire une perte continue de leur capacité.

Au cœur du smartphone, on trouve la carte mère et ses composants électroniques. C’est à partir de cette petite pièce que tout est contrôlé et orchestré. En effet, c’est elle qui te permet de lancer tes applications de manière optimale. Elle est constituée de cobalt pour les circuits électroniques, de cuivre pour les connexions, d’or pour les contacts électroniques, d’aluminium pour sa structure…

L’écran, lui, est composé de deux parties : l’écran proprement dit, qui est l’interface par laquelle tu interagis avec ton smartphone, et la dalle tactile, qui te permet de le faire.

Le premier, pour afficher les informations et les applications utilisées, nécessite du mercure, du soufre (qui n’est pas un métal) et du bore. Quant à la seconde, elle requiert de l’indium, du silicium ou de l’aluminium afin de te permettre d’entrer tes commandes de manière intuitive et agréable.

Le tout est enfermé dans un boitier qui peut nécessiter du zinc ou du carbone (qui n’est pas non plus un métal).

Chacun des métaux employés est essentiel au bon fonctionnement de ton smartphone et contribue à en faire un outil indispensable de notre quotidien.

Comme tu peux le voir, ton téléphone contient beaucoup de métaux. Mais, pour passer des métaux au téléphone, il y a encore plusieurs étapes.

è Regarde la vidéo et complète le tableau.

Illustration Nom de l’étape Impact(s)

2. Exploitation des nappes phréatiques

À l’école primaire, tu as vu le cycle de l’eau.

è À l’aide du schéma et des explications ci-dessous, écris le nom des différentes étapes.

1) : l’eau des mers et des océans s’évapore sous l’action du soleil, et les plantes rejettent une quantité non négligeable de vapeur d’eau par leurs feuilles.

2) : dans l’atmosphère, l’eau se refroidit et se transforme en gouttelettes ou en cristaux de glace. Ceux-ci vont former les nuages, la brume, le brouillard…

3) : sous l’action des conditions météorologiques, les gouttes deviennent plus lourdes et retombent sous forme de pluie ou de neige.

4) : une partie de l’eau de pluie qui atteint le sol peut s’infiltrer, une autre ruisseler et une dernière s’évaporer. On peut considérer qu’environ un quart de l’eau s’infiltre dans le sol. La grande majorité s’évapore.

Nous traitons dans ce chapitre des eaux souterraines. Une fois que l’eau s’est infiltrée, elle peut former des nappes relativement immobiles, qui vont alimenter les sources et les puits, ou bien circuler en creusant la roche. L’eau peut rester de quelques jours à plusieurs milliers d’années dans ces conditions. L’étude des eaux souterraines se nomme l’hydrogéologie.

Un puits peut être foré dans une nappe phréatique , permettant le pompage de l’eau minérale. Sa profondeur est variable.

3. Exploitation des énergies fossiles

Depuis des millions d’années, des animaux et des plantes finissent par mourir et la matière organique qui les compose est digérée et transformée par des décomposeurs. Mais, dans certaines conditions, si cette matière organique n’est pas décomposée, elle peut former des couches organiques. Celles-ci sont à l’origine du charbon, du pétrole et du gaz.

3.1.

Formation des énergies fossiles

Le charbon provient de végétaux ayant vécu il y a environ 300 millions d’années. À la suite de changements climatiques, le niveau d’eau est monté et a transformé ces zones végétales en marécages. Les plantes n’ont pas survécu à ces changements, mais ne se sont pas fait décomposer comme d’ordinaire. Par la suite, des sédiments ont recouvert ces couches organiques. Ce processus a eu lieu plusieurs fois, formant ainsi plusieurs couches. Sous l’action de la pression et en plusieurs millions d’années, ces couches végétales se sont alors transformées en charbon.

Concernant la formation du pétrole , c’est à la suite de la mort de microorganismes aquatiques pendant des centaines de millions d’années qu’une couche de matière organique s’est formée dans le fond des océans. Une fois recouverte d’autres sédiments et sous l’action de la chaleur et de la pression géologique, cette couche de matière organique s’est transformée en gaz et en pétrole. En remontant vers la surface, le pétrole et le gaz se font piéger sous une couche de roche imperméable.

3.2. Extraction des énergies fossiles

Grâce à des études géologiques du sol, l’être humain est capable de repérer les couches les plus propices à contenir du pétrole, du gaz ou du charbon.

Concernant le charbon, il est possible de l’extraire directement à la surface, comme en Allemagne. S’il se trouve en profondeur, comme en Belgique, alors un carottage permet de déterminer cette profondeur et la qualité du charbon. Si l’étude est concluante, une mine est construite afin qu’il soit extrait. En Belgique, la profondeur d’une mine peut aller de quelques dizaines de mètres à 1 200 mètres.

Carte des zones minières

Si un réservoir de pétrole et de gaz est trouvé, un forage est généralement entrepris. Celui-ci peut avoir lieu sur le continent ou en mer à l’aide d’une plateforme pétrolière. La majorité des réservoirs de pétrole exploités actuellement se trouvent entre 2 500 et 3 500 mètres de profondeur.

CONNAITRE

Exploitation du sous-sol

Les roches sont des matériaux naturels composés d’un assemblage de minéraux.

Un minerai est une roche contenant des minéraux jugés utiles pour l’être humain et exploitée dans une mine.

On parle de métaux quand les minéraux possèdent les caractéristiques suivantes : – ils ont un éclat métallique ; – ils sont malléables ; – ils conduisent l’électricité ; – ils conduisent la chaleur.

Pour passer du matériau à l’objet, plusieurs étapes sont nécessaires.

– L’ extraction  : étape lors de laquelle le minerai est séparé de la roche ou remonté du sous-sol.

– La concentration  : c’est l’ensemble des procédés qui sont employés pour augmenter le pourcentage de métal exploité par rapport à la quantité de roche. Généralement, la concentration contient un broyage des roches et plusieurs étapes qui séparent les métaux des nombreux déchets.

– Le traitement  : c’est l’ensemble des processus qui permettent de transformer le métal en une forme utilisable par l’industrie.

Ces trois premières étapes permettent d’isoler le métal de la roche.

– La fabrication  : les composants des objets sont fabriqués et assemblés en un produit final.

– Le transport  : c’est l’acheminement du produit manufacturé jusqu’au lieu de distribution ou de vente. –

L’ utilisation  : étape au cours de laquelle le métal brut inséré dans un produit est utilisé.

L’ensemble de ces étapes forme le processus de transformation du matériau en objet : c’est une représentation qui met en évidence l’extraction des matières premières jusqu’à l’utilisation de l’objet.

Le sous-sol peut être exploité pour différentes raisons : – pour ses minerais , dont on extrait des minéraux ; – pour ses nappes phréatiques , dont on extrait l’ eau minérale ; – pour ses énergies fossiles , comme le pétrole , le charbon ou le gaz .

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Lis le texte puis réponds aux questions.

L’exploitation de l’or

Pour fabriquer des écouteurs Bluetooth, un des composants essentiels est l’or, qui est utilisé pour ses propriétés conductrices et résistantes à la corrosion.

L’or est extrait dans des mines à ciel ouvert ou sou terraines, principalement en Afrique du Sud, en Australie et au Pérou. Son exploitation est très polluante pour l’environnement, notamment à cause de la déforestation et de la contamination des sols et des cours d’eau par des produits chimiques toxiques comme le cyanure.

Une fois extrait, l’or est réduit en fines particules pour qu’on puisse mieux le séparer de ses impuretés. Ces particules sont mélangées avec du mercure, formant ainsi un amalgame. On chauffe ce mélange afin de vaporiser le mercure. À ce stade, tout n’a pas encore été éliminé. Afin de finir le procédé, on utilise du cyanure pour dissoudre les impuretés restantes du métal. Celui-ci est ensuite fondu pour être transformé en lingots ou en granulés, prêts à être utilisés dans la fabrication d’objets.

L’or est ensuite acheminé vers les usines de fabrication, où il est intégré dans les composants électroniques des écouteurs sans fil. Cette étape nécessite une grande précision et une habileté technique importante pour que soient garanties la qualité et la performance des écouteurs.

Enfin, les écouteurs sont embarqués dans des conteneurs et envoyés vers les magasins, où ils peuvent être vendus et utilisés par les consommateurs.

a) Décris les étapes dans le tableau.

Étape

Extraction

Concentration

Traitement

Fabrication

Transport

Utilisation

Description

b) Complète le schéma du processus de transformation à partir du tableau précédent.

c) Écris les impacts négatifs de l’exploitation de l’or.

2. Lis le texte, puis réponds aux questions.

L’exploitation du coltan

Le coltan est un minerai de couleur noire ou brun-rouge essentiel dans la fabrication de nombreux appareils électroniques. Il sert pour des composants électroniques, notamment des condensateurs présents dans les smartphones ou dans la fabrication de réacteurs aéronautiques. On l’exploite majoritairement en République démocratique du Congo où se trouvent les plus grandes réserves mondiales.

La création des mines de coltan se fait au détriment de l’environnement et on déforeste énormément de terres dans ce but. Ainsi, la faune et la flore n’ont plus d’habitat mais pas seulement : les gens aussi peuvent être touchés !

L’exploitation du coltan se fait souvent de manière illégale et non encadrée. Ainsi, les mineurs travaillent pour une bouchée de pain dans des conditions très difficiles, sans équipement de protection adéquat, et sont exposés à de nombreux dangers, tels que les accidents miniers ou l’inhalation de poussières nocives. De plus, ils sont payés trop faiblement.

Le coltan extrait est purifié par un procédé chimique qui consiste à le traiter avec de l’acide pour éliminer les impuretés. Il est ensuite lavé et séché pour obtenir un concentré de coltan de haute pureté. On utilise à nouveau de l’acide pour en extraire le tantale. Lors de ces étapes, on utilise énormément d’eau pour nettoyer les matériaux et de l’acide peut être relâché dans les sols et les polluer. Le tantale est ensuite fondu sous forme de barres prêtes à être utilisées dans la fabrication d’équipements électroniques.

Un autre grand problème de cette extraction est social : dans les pays pauvres, producteurs de coltan, certains enfants travaillent dans cette industrie, au lieu d’aller à l’école.

a) Cite le nom du matériau étudié.

b) Coche la réponse la plus précise. C’est…

{ une roche.

{ un minerai.

{ un métal.

c) Complète le cycle de transformation du coltan pour la fabrication d’un condensateur.

purification à l’acide et à l’eau Transport

d) Cite une utilisation moderne de ce matériau.

e) Cite deux impacts négatifs de cette exploitation.

LA VALORISATION DES DÉCHETS

Nous avons vu que les éléments d’origine biologique réintègrent le cycle naturel de la matière grâce à la biodégradabilité.

Par contre, à l’instar du smartphone, une bonne partie des objets de notre vie moderne sont fabriqués à partir de différents matériaux extraits des roches. Après leur utilisation, ces objets et leurs emballages se transforment en déchets.

Afin de préserver notre planète, nous avons la responsabilité de les valoriser de manière respectueuse de l’environnement.

è Observe l’illustration ci-dessous et classe les déchets en plusieurs catégories selon leur composition commune.

Composition

Déchets

Déchets constitués de

Déchets constitués de

Déchets constitués de

Déchets constitués de

Autres déchets

Nous constatons que les déchets illustrés sont composés de matériaux différents. Certains sont fabriqués à partir du bois ou du pétrole, d’autres sont extraits des minerais du sous-sol…

Face à la demande continuelle et croissante des industries qui tentent de satisfaire les besoins de l’être humain moderne, pourra-t-on continuer à exploiter les matières premières à l’infini ?

1. Le caractère non renouvelable des métaux

De nos jours, nous sommes de plus en plus connectés. En effet, le smartphone est l’objet le plus utilisé dans notre quotidien.

Tu as découvert que, tout comme la production de la majorité des appareils électroniques, la fabrication de cet objet, très gourmand en métaux, nécessite plusieurs étapes très couteuses en ressources naturelles.

De plus, le nombre de smartphones vendus et utilisés dans le monde ne cesse d’augmenter : plus d’un milliard par an ! Les minerais sont donc de plus en plus exploités.

En nous basant sur le stock des ressources naturelles connues à ce jour ainsi que sur la vitesse avec laquelle nous les exploitons à l’échelle mondiale, nous pouvons estimer les dates probables auxquelles chacune de ces ressources sera épuisée.

Voici un tableau qui regroupe quelques exemples de dates d’épuisement des stocks d’éléments naturels 1

è Complète la troisième colonne en indiquant l’âge que tu auras quand la ressource naturelle sera épuisée.

Élément naturel

Temps estimé d’épuisement

Fer De 60 à 70 ans

Plomb

Ton âge quand la ressource risque d’être épuisée

De 20 à 30 ans

Argent 15 à 20 ans

Cuivre 30 à 60 ans

Or 20 à 30 ans

Lithium 30 à 50 ans

Zinc 20 à 50 ans

1 Ces estimations sont basées sur les minerais connus actuellement et sur nos habitudes de consommation actuelles. Les découvertes de nouveaux minerais et l’amélioration du recyclage pourront prolonger ces périodes.

è Puisque 40 à 60 % d’un smartphone est constitué de métaux, quel est le risque provoqué par la fabrication et l’utilisation massive des smartphones ?

Les matières premières utilisées dans la fabrication des smartphones sont extraites de ressources qui se constituent, à l’échelle géologique, pendant des millions d’années. Ces ressources sont dites non renouvelables . Il s’agit des minerais.

è Émets des propositions d’actions qui préserveraient les ressources naturelles non renouvelables.

2. Valorisation des métaux

En Europe, nous changeons trop rapidement de smartphone. La durée d’utilisation moyenne d’un smartphone ne dépasse pas les deux ans. Souvent, sous la pression publicitaire, ou tentés par des nouvelles technologies et fonctionnalités, nous achetons un nouvel appareil bien avant que l’ancien ne tombe en panne.

Si ce smartphone est abandonné dans un tiroir, les matériaux précieux le constituant sont perdus.

Reprenons le processus de transformation des matériaux composant le smartphone.

è Entoure l’étape après laquelle nous pouvons agir afin de réutiliser les matières premières.

Une fois extraits, contrairement aux éléments d’origine biologique, les métaux ne peuvent plus être réintroduits dans un cycle naturel. Néanmoins, nous pouvons les réutiliser dans la fabrication de nouveaux appareils électroniques. Ce processus est appelé le recyclage

è Complète le cycle de transformation des métaux en ajoutant une flèche pour symboliser l’étape du recyclage. La flèche reliera l’étape qui précède le recyclage et celle qui lui succède.

3. À vos déchets : triez !

Actuellement, en Europe, nous produisons beaucoup trop de déchets : en moyenne 500 kg de déchets ménagers par habitant et par an. Ce chiffre varie d’un pays à l’autre en fonction de plusieurs facteurs tels que les habitudes de consommation et le mode de vie de chacun.

En Belgique, chaque habitant produit une moyenne de 400 kg de déchets par an. Cela reste élevé, même si la Belgique demeure un bon élève européen en la matière.

Nous avons découvert que le recyclage joue un rôle primordial dans la récupération des matériaux et la préservation des ressources naturelles. Ce processus permet également de diminuer les quantités de déchets produits par l’être humain moderne. Cependant, afin que soit garantie l’efficacité du recyclage, nos déchets doivent passer par une étape cruciale : le tri .

Trier, c’est sélectionner, parmi l’ensemble des déchets, ceux qui sont recyclables, et les séparer en fonction des types de matériaux qui les composent.

Reprenons l’exemple qui nous a permis d’étudier les métaux dans le chapitre précédent : le smartphone

Avant même d’utiliser ton smartphone, tu as la possibilité de trier et de recycler les déchets qui l’accompagnent. (Le processus de recyclage des éléments qui le composent sera expliqué plus en détail dans ce chapitre.)

En effet, nous achetons des produits et, une fois leur emballage ouvert, celui-ci finit souvent à la poubelle.

Souviens-toi : lorsque tu as acheté ton smartphone, il se trouvait dans une boite en carton. En l’ouvrant, tu as aussi probablement remarqué que l’appareil et le chargeur étaient soigneusement maintenus dans un support en plastique.

è Liste les éléments qui restent une fois le contenu récupéré.

è Quels sont les déchets directement produits par cet achat ?

è Propose une manière responsable de valoriser ces déchets.

4. Les déchets ménagers

Les politiques de traitement des déchets varient en fonction des pays et d’une région à l’autre. Cependant, elles s’accordent toutes sur un point primordial : la nécessité de fournir plus d’efforts à l’échelle mondiale afin de réduire au maximum la quantité de déchets ménagers produits et ainsi garantir à nos générations futures une vie épanouie sur une planète durable.

Dans notre pays, on se concentre sur les points suivants : – la prévention : inciter à ne pas gaspiller, à adopter une consommation responsable ; – la réutilisation : réparer les appareils électriques, encourager à acheter les produits de seconde main ; – mais surtout le tri et le recyclage !

4.1. Nos actions

Des actions individuelles peuvent réduire notre impact environnemental global. Consommer de manière responsable, réparer nos appareils et, surtout, trier les déchets et recycler de plus en plus d’objets sont autant d’actions qui nous permettent d’adopter un mode de vie durable et de préserver l’environnement.

Commençons par analyser nos efforts à la maison, mais aussi à l’école.

À la maison…

è Que fais-tu des déchets à la maison ?

è Comment ta famille trie-t-elle vos déchets ménagers (types de poubelles, sacs poubelles) ?

è Comment ta ville assure-t-elle la collecte des déchets ?

è Existe-t-il des déchets qui ne sont pas collectés de cette manière ? Donne des exemples.

Et à l’école ?

è Quels types de poubelles sont présents à ton école ?

è Que deviennent les déchets de l’école ?

4.2. Le smartphone, un déchet précieux

Le recyclage des appareils électroniques permet non seulement la récupération de métaux rares, mais aussi la réduction considérable des déchets électroniques très nocifs pour l’environnement.

La valorisation de nos smartphones commence par l’étape de leur collecte. Ils sont rassemblés dans des points de collecte. Des entreprises se sont spécialisées dans le recyclage des appareils électroniques où ceux-ci y subissent une inspection minutieuse en fonction de leur état et leur modèle.

À la suite de cette inspection, les appareils encore fonctionnels sont acheminés vers la filière de reconditionnement, tandis que les appareils jugés irréparables sont envoyés au recyclage. Plusieurs matériaux sont alors récupérés afin de servir de matières premières à de nouveaux appareils électroniques.

Le texte suivant résume les étapes permettant de recycler les matériaux contenus dans le smartphone.

è Complète le texte avec les mots ou les groupes de mots suivants.

les métaux – la dalle LCD – les métaux précieux – batterie – démontage –plastique – la carte électronique

Le recyclage des smartphones est un processus complexe impliquant plusieurs étapes.

Tout d’abord, les smartphones sont ouverts et débarrassés de leur . Ses composants contiennent des éléments toxiques et potentiellement dangereux. Ils sont donc acheminés vers d’autres entreprises spécialisées dans leur traitement.

Ensuite vient l’étape du , qui consiste à séparer les composants internes des smartphones. Cette étape permet la récupération de certaines pièces, comme et , contenant des matériaux recyclables.

Le reste des smartphones est broyé. Les différents matériaux qui le constituent, comme le et , sont triés et envoyés à des entreprises de recyclage.

Enfin, les cartes électroniques récupérées sont acheminées dans des fonderies spécialisées afin qu’en soient extraits , comme l’or, l’argent et le platine.

5. Trier, recycler

Le processus du recyclage commence par le tri des déchets recyclables en fonction de leurs matériaux.

En Belgique, trier les déchets représente une obligation légale. Selon les régions, chaque type de déchet est collecté dans des conteneurs ou dans des sacs spécifiques. Ainsi nous pouvons lui offrir une seconde vie en réexploitant ses matières premières.

Les déchets ménagers recyclables sont triés en quatre catégories différentes : – les déchets organiques ; – les PMC  : emballages en p lastique, emballages m étalliques et c artons à boissons ; – les papiers et les cartons ; – le verre

Chaque catégorie est collectée dans une poubelle séparée et d’une couleur précise.

Remarque : les papiers et les cartons sont constitués de cellulose, une substance organique extraite du bois. Les papiers et les cartons sont donc biodégradables. Néanmoins, leur recyclage est très important, car il permet de réduire la demande en bois, de limiter la déforestation massive et de maintenir l’équilibre naturel des écosystèmes.

Plusieurs poubelles permettant le tri des déchets dans une gare en Belgique

Revenons à la situation de départ de ce chapitre.

Dans notre pays, le système de tri n’est pas le même partout : les couleurs et les types de poubelles varient d’une région à l’autre.

è Colorie les poubelles suivantes selon la couleur qui leur est attribuée dans la commune où tu habites.

è Coche le contenant associé à chaque type de déchets dans ta commune.

è Réalise un tri des déchets de la situation de départ (page précédente) en dessous de la poubelle adéquate.

Déchets organiques

Couleur

Déchets collectés dans…

Déchets dans la poubelle

{ Un conteneur

{ Un sac poubelle

{ Des bulles

{ En vrac

{ Un conteneur

{ Un sac poubelle

{ Des bulles

{ En vrac

{ Un conteneur

{ Un sac poubelle

{ Des bulles

{ En vrac

{ Un conteneur

{ Un sac poubelle

{ Des bulles

{ En vrac

è As-tu pu placer tous les déchets dans les poubelles proposées ?

è Si non, quels sont les déchets non triés ?

è Propose une idée permettant de recycler ces objets de manière responsable.

Grâce au recyclage, de plus en plus de produits sont fabriqués à partir de matériaux totalement ou partiellement récupérés des déchets. En prêtant attention aux inscriptions sur les emballages de ces produits, nous pouvons facilement les reconnaitre. Certains portent explicitement la mention « recyclé », d’autres sont identifiables au logo du recyclage : un triangle formé à partir de trois flèches.

Notons qu’une fois les déchets recyclables triés et récupérés, il reste malgré tout certains déchets non recyclables, appelés les déchets résiduels. Ces derniers sont incinérés et on profite de cette opération pour récupérer de l’énergie (thermique, électrique). Certains déchets ne peuvent être ni recyclés ni brulés, ils seront envoyés à la décharge : il s’agit du dernier recours de la politique de traitement de déchets.

CONNAITRE

Recyclage des métaux

La formation des métaux est un processus géologique très lent pouvant prendre plusieurs millions d’années.

Les réserves de métaux sur Terre sont considérées comme des ressources non renouvelables . Par conséquent, leur surexploitation peut conduire à leur épuisement dans un futur proche.

Afin qu’on puisse faire face à l’exploitation minière excessive tout en répondant à la demande croissante en métaux des différentes industries, de plus en plus de métaux sont destinés à être récupérés et recyclés.

Le recyclage des métaux consiste à récupérer ces métaux à partir de déchets et à les réintroduire dans le cycle de transformation de nouveaux objets

Valorisation des déchets

La valorisation des déchets est l’ensemble des processus et des techniques visant à récupérer, à partir des ordures ménagères, le maximum de matières premières comme les métaux , le plastique , et le verre

Les déchets ménagers recyclables sont les déchets ménagers dont on peut récupérer et réutiliser la matière première. Leur valorisation est assurée par deux étapes : – le tri , séparation des différents déchets recyclables en fonction de leurs types de matériaux ; – le recyclage , processus de transformation des déchets en matières premières réutilisables.

La valorisation des déchets ménagers permet de limiter notre impact environnemental en :

réduisant la quantité des déchets produits et en limitant le gaspillage d’énergie nécessaire à leur traitement ; – préservant les ressources en matières premières, comme les minerais.

Les déchets résiduels sont les ordures non recyclables destinées à être incinérées. Il s’agit des déchets restants une fois que tous les déchets recyclables ont été triés.

En Belgique, le tri des déchets ménagers est une obligation légale. Chaque ménage est tenu de réduire au maximum la quantité de ses déchets en séparant les matériaux recyclables dans différentes poubelles spécifiques.

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Voici une série de déchets ménagers.

a) Colorie la poubelle correspondant aux déchets illustrés.

b) Place le numéro de chaque déchet dans la bonne poubelle.

1) Boite de conserve

2) Bocal vide 3) Gobelet 4) Ail pourri

5) Bouteille de lait vide 6) Boite d’emballage

7) Épluchures de légumes 8) Bouteille d’huile vide

9) Emballage d’œufs 10) Trognon de pomme 11) Canette vide 12) Reste de pizza

2. a) Entoure , parmi les déchets suivants, ceux que nous ne pouvons pas trier dans les poubelles de recyclage.

Boite de conserve – Batteur de cuisine – Enveloppe d’une lettre –  Tablette de comprimés – Pot avec reste de peinture – Boite de céréales –Pot de yaourt – Sèche-cheveu cassé – Batterie – Bouteille de soda en plastique –Déodorant aérosol – Vieux journal

b) Comment peut-on les valoriser ?

3. Lis le texte suivant et entoure les bonnes propositions.

Afin de satisfaire ses besoins, l’être humain exploite les ressources naturelles de la planète. Or, certaines ressources naturelles, comme le verre / les métaux / le plastique, sont limitées.

Elles sont dites inépuisables / renouvelables / non renouvelables. Les matériaux extraits de ces ressources sont essentiels pour l’industrie et la technologie. Citons comme exemple le cuivre / le lithium / le fer, largement utilisé dans la construction des batteries rechargeables ou encore l’or / l’aluminium / le carbone, un métal précieux indispensable à la confection des cartes électronique des smartphones. Pour lutter contre la surexploitation de ces ressources et préserver l’environnement, nous sommes de plus en plus invités à trier nos déchets résiduels / recyclables / non recyclables. Le tri des déchets représente la première étape du recyclage, un processus permettant de jeter / d’incinérer / de récupérer la matière première des déchets et ensuite de la réutiliser pour former de nouveaux produits

UNE CONSOMMATION

RESPONSABLE

Ce thème t’a amené(e) à te pencher sur les origines des matériaux et sur leur usage responsable. Penses-tu que cela puisse s’appliquer à tous les domaines Nous t’invitons à y réfléchir à partir d’un objet qui t’est cher.

! Tu l’attends depuis des semaines et on te l’a promis : aujourd’hui, tu vas aller acheter un nouveau smartphone. Tu n’en peux plus de l’ancien. Il ne capte plus correctement, la batterie tient deux heures… Bref ! Il est temps de filer au magasin et d’enfin en acheter un neuf.

Mais tes parents y ont mis une condition ! Il doit être aussi écoresponsable que possible. Même si tu en veux un au look unique avec des performances incroyables, ce sont tes parents qui paient et ils auront donc le dernier mot : é-co-lo-gie avant tout !

Tu entres dans le magasin. Trois vendeurs viennent auprès de toi et, après que tu leur as expliqué la raison de ta présence, chacun te propose son modèle fétiche.

Un neuf ! Il ouvrira toutes tes applications très vite et il a une très bonne autonomie !

Un reconditionné ! C’est le même que le neuf, mais on lui a donné une seconde vie.

Un smartphone fairtrade !

Lui va durer longtemps !

è Lis les documents afin de choisir ton smartphone.

À condition de reconditionner !

Un smartphone reconditionné est un appareil qui a été remis à neuf. Cela signifie qu’il a été vidé de tout ce que l’ancien utilisateur avait installé dessus, que ses composants ont été réparés et qu’il a été remis dans une boite identique à celle d’un neuf. Il peut cependant avoir quelques défauts esthétiques, comme des rayures.

Un smartphone écoresponsable est conçu pour éviter l’obsolescence programmée. Cela signifie que le fabricant s’efforce d’allonger la durée de vie de l’appareil, afin que tu n’aies pas à le remplacer fréquemment. En effet, nous avons tendance à changer de smartphone tous les deux à trois ans en moyenne. L’idée ici est de faciliter la réparation du smartphone, soit en en simplifiant le processus, soit en permettant le remplacement de pièces détachées.

Un téléphone à construire !

Tu trouves que cela ressemble à un puzzle ? C’est en effet le principe : tu as accès à n’importe quelle partie et tout est fait pour que tu puisses remplacer chacune très facilement sans devoir envoyer ton téléphone en réparation. Tu le fais toi-même et cela ne te coute que le prix de la pièce. 40 € pour une batterie au lieu d’acheter un nouveau téléphone… En voilà une bonne surprise, non ?

Neuf ou reconditionné 1  ?

Quatre tours du monde pour un smartphone !

1) Extraction, concentration 2) Traitement 3) Fabrication 4) Distribution et utilisation

1 Source (données) : Fangeat , E., ADEME, Eskenazi , L., Fourboul , E., EFL consulting, Orgelet-Delmas , J., DDemain, Lees Perasso , E., Domon , F., LCIE Bureau Veritas. (2022). Évaluation de l’impact environnemental d’un ensemble de produits reconditionnés – synthèse intermédiaire smartphone. En ligne : https://librairie.ademe.fr/ged/6720/ademe_ impact_environnemental_smartphone_synthese.pdf

Conserver son smartphone le plus longtemps possible

Plus des trois quarts des impacts d’un téléphone ont lieu lors des premières étapes du cycle de transformation.

Batterie Pour préserver la batterie, il vaut mieux la maintenir entre 20 et 80 % de charge. Il faut éviter de laisser le chargeur branché ou de laisser la batterie s’éteindre totalement.

Un grand nettoyage Pour un bon fonctionnement, il faut que ton téléphone puisse accomplir ses tâches dans de bonnes conditions : nettoie-le avec une microfibre et laisse-lui plusieurs Go de libres pour qu’il ne chauffe pas. Il te remerciera !

La 5 G ! Dès que tu le peux, passe sur le Wi-Fi. En plus d’économiser ton forfait, cela économise ta batterie, et donc l’énergie que tu utilises, par rapport à la 4 G ou à la 5 G.

L’écran Les principales causes de changement de smartphone sont l’écran qui casse ou la surchauffe. Une protection en verre ou en plastique diminue énormément cela.

L’inutile Il existe des fonctionnalités très énergivores que l’on peut désactiver pour soulager la batterie : la géolocalisation, les notifications (tu peux bloquer celles d’applications inutiles)…

Vous avez dit fairtrade ?

Il existe plusieurs labels dits fairtrade. Un label est une étiquette apposée sur un produit qui répond à un ou plusieurs critères. Cela peut être une origine particulière ou des exigences de production qui ont été remplies.

Dans le cas du fairtrade , ce label est attribué lorsque le produit permet de rémunérer dignement les producteurs des matières premières, lorsqu’aucun enfant n’a travaillé pour cela et lorsque les conditions de travail sont respectueuses des personnes.

Mais pas seulement ! Pour obtenir ce label, il est également essentiel de veiller à ne pas dégrader la nature ni polluer.

è Rédige un texte dans lequel tu expliques ton choix.

Arrivé(e) au terme de ces chapitres, tu es maintenant capable de…

Chapitre 1 : Que trouvons-nous sous nos pieds ?

{ définir le sol

{ décrire les différentes étapes de création d’un sol

{ faire des liens entre ses différentes couches, la création du sol, les actions mécaniques et les actions des vivants

{ distinguer l’origine organique de l’origine minérale des composants du sol

{ définir un déchet

{ définir la biodégradabilité

{ trier des déchets suivant leur biodégradabilité ou non

Chapitre 2 : Les richesses du sous-sol

{ expliquer les différentes étapes du cycle de l’eau et ce qu’est une nappe phréatique

{ comprendre la formation du charbon et du pétrole ainsi que leurs méthodes d’extraction

{ définir « métal », « minerai » et « roche »

{ déterminer si un matériau est un métal, un minerai ou une roche

{ caractériser un matériau selon sa brillance, sa malléabilité, sa conduction (thermique ou électrique)

{ identifier les étapes d’un cycle de transformation d’un objet

{ construire le cycle de transformation d’un objet à partir de documents

{ identifier les aspects négatifs d’une étape d’un cycle de transformation d’un objet

Chapitre 3 : La valorisation des déchets

{ identifier les caractères non renouvelables et recyclables des métaux

{ expliquer le rôle de la valorisation des métaux dans la préservation des ressources naturelles en minerais

{ expliquer l’impact de l’utilisation responsable des objets sur la réduction de la consommation d’énergie et la production des déchets

{ définir le tri et le recyclage des déchets ménagers

{ comprendre les enjeux environnementaux du tri et du recyclage

{ connaitre des gestes simples permettant la valorisation des déchets ménagers

Une consommation responsable

{ donner ton avis concernant le choix d’un objet en fonction de son impact écologique

Edmond Becquerel

Edmond Becquerel nait à Paris en 1820, dans une famille de scientifiques. Très jeune, il se passionne pour la lumière, l’électricité… et les mystères de la nature. À 19 ans à peine, il fait une découverte étonnante : quand on éclaire certains matériaux, ils produisent de l’électricité. C’est ce qu’on appelle l’effet photovoltaïque, utilisé de nos jours par les panneaux solaires !

Mais Edmond ne s’arrête pas là. Il s’intéresse aussi à la couleur de la lumière, à la photographie, et même au magnétisme. En 1848, il réussit à créer la toute première photo en couleur. Elle ne résiste pas à la lumière du jour, mais c’est un début prometteur...

Professeur, chercheur, inventeur… Edmond Becquerel explore de nombreux domaines. Il transmet aussi sa passion à son fils, Henri Becquerel, qui découvrira plus tard la radioactivité.

Edmond meurt en 1891. Ses découvertes, elles, continuent de briller : elles ont ouvert la voie à des technologies que nous utilisons tous les jours. Un véritable éclaireur !

Thème 3 LES RESSOURCES NATURELLES EN ÉNERGIE

Notre monde est à un tournant : les ressources en énergie deviennent rares et leur consommation augmente.

L’électricité est de plus en plus présente dans notre vie quotidienne, ce qui explique la surexploitation de ces ressources. Or, le dérèglement climatique est lié à notre consommation : nous devons donc adapter nos comportements et nos lieux de vie pour réduire notre impact.

La « ville de demain », respectueuse de l’environnement, des ressources et du bienêtre, sera une version transformée de nos villes actuelles. En comprenant les enjeux énergétiques, nous pourrons faire des choix réfléchis pour l’avenir. Rêver la ville de demain, voilà ta mission ! Tu peux déjà l’imaginer aujourd’hui, en t’appuyant sur la science, et commencer à changer tes habitudes énergétiques.

L’ÉNERGIE, CETTE INCONNUE

Dans la ville du futur que tu imagineras à la fin de ce thème, tu seras amené(e) à gérer les besoins énergétiques des habitants.

Il est dès lors nécessaire que tu maitrises des notions comme celles de l’énergie et des ressources en énergie.

Comment, tout au long de l’histoire, l’être humain s’est-il fourni en énergie ? Voilà ce qui peut t’aider dans ta réflexion.

1. Qu’est-ce que l’énergie ?

è Découvrons ce terme que nous utilisons constamment.

a) Écris quatre phrases décrivant des moments où tu as utilisé de l’énergie entre ton réveil et ton arrivée à l’école.

b) Souligne le verbe d’action de chacune des phrases que tu viens d’écrire.

L’énergie est une notion difficile à définir. Bien que nous l’utilisions constamment, nous ne pouvons pas la saisir, la voir ni la sentir. Nous pouvons uniquement percevoir les actions que l’énergie permet d’effectuer.

La quantité d’énergie dépensée lors d’une action se mesure en joule ( J ) (ou en calorie 1 ). Cette mesure permet de mieux évaluer nos actions quotidiennes. Par exemple, grâce à elle, il est possible de connaitre la quantité d’énergie consommée par un sportif, afin que celui-ci adapte son alimentation, ou celle consommée par une voiture, pour savoir quelle distance il reste à parcourir avant de faire le plein.

c) À l’aide des notions vues précédemment, construis la définition de l’énergie.

d) Quelle est l’unité internationale de l’énergie ?

1 L’unité officielle de l’énergie est le joule ( J ), mais il est communément accepté d’utiliser la calorie (cal) (ancienne unité) dans le domaine de la nutrition. Une calorie équivaut à 4,184 joules.

2. Histoire de la conquête de l’énergie

Depuis toujours, l’être humain est à la recherche de ressources d’énergie afin de les utiliser sous diverses formes. Cette exploration façonne l’histoire de notre espèce, définissant nos progrès et influençant notre relation avec le monde qui nous entoure. Prenons le temps de découvrir ces ressources au travers des différentes époques.

2.1. De la préhistoire au Moyen Âge

è Lis le texte et surligne les noms des éléments de la nature qui permettent de produire de l’énergie.

Dès les premiers feux allumés par nos ancêtres préhistoriques du Paléolithique il y a environ 450 000 ans, l’être humain prend conscience du pouvoir de l’énergie. L’utilisation du bois pour faire du feu exerce une influence marquante sur divers aspects de notre quotidien. Le feu permet : de cuisiner des aliments, de se réchauffer, d’éclairer les nuits, et même d’assurer la sécurité en éloignant les animaux dangereux.

Le Néolithique est l’époque de transition de la chasse et de la cueillette vers l’élevage et l’agriculture. Il y a environ 10 000 ans, on domestique les bovins, en leur fournissant de la nourriture, en les protégeant, etc. En contrepartie, on utilise leur force, notamment pour labourer les champs ou tirer des charges lourdes.

L’Antiquité est une période de l’histoire humaine caractérisée par d’importants progrès sociaux, culturels et technologiques. Par exemple, les Phéniciens et les Égyptiens utilisent le vent comme moyen de propulsion de leur bateau à voile. On retrouve également l’utilisation de moulin à eau pour moudre le grain en Chine, en Grèce antique et romaine. Plus anecdotique, mais étonnant, les miroirs paraboliques sont utilisés dans l’Antiquité pour concentrer le rayonnement solaire sur un point, produisant ainsi de la chaleur. Par exemple, les Grecs l’utilisent, afin de garantir la pureté de la flamme, dans les temples du sanctuaire d’Olympie où un feu permanent brule. Aujourd’hui encore, cette flamme est toujours présente lors des Jeux olympiques. Pendant le Moyen Âge, on voit apparaitre de plus en plus de moulins à vent, d’abord en Perse, puis le long des littoraux, comme au Pays-Bas et au Danemark. Quant aux moulins à eau, ils ont un usage plus diversifié comme pour le sciage du bois ou les soufflets pour la métallurgie. On utilise le bois pour chauffer, éclairer, cuisiner, forger des métaux.

2.2. L’avènement des énergies fossiles

è Lis le texte et surligne les ressources naturelles, toutes permettant l’accès à une très grande quantité d’énergie.

À partir du 18 e  siècle, la révolution industrielle est permise grâce à une énorme quantité d’énergie disponible. Cette énergie est trouvée tout d’abord dans le charbon. Celui-ci sert à alimenter : – les machines à vapeur, comme les locomotives, accélérant le transport de marchandises et le déplacement de personnes ; – les bateaux à vapeur, ce qui rend les bateaux indépendants des conditions climatiques pour la première fois ; – les industries, permettant de produire beaucoup d’objets rapidement.

Plus tard, le charbon est utilisé pour le chauffage domestique et la production d’électricité.

Peu à peu, l’utilisation du charbon est remplacée par celle du pétrole (premier puits en 1859). Cette transition s’explique par la capacité du pétrole à produire une quantité d’énergie supérieure à celle du charbon à volume égal. Autres avantages : il est plus facile à stocker et à transporter. Des inventions de génie voient ainsi le jour, en particulier celle du moteur à combustion interne, servant notamment dans le transport automobile.

Le gaz naturel est fréquemment rencontré lors de l’extraction de pétrole. Son utilisation s’étend progressivement au cours du 19 e et au début du 20 e  siècle. Avant, le gaz naturel est souvent considéré comme un sous-produit gênant et rejeté dans l’atmosphère ou brulé. Avec l’amélioration des techniques d’extraction, de traitement et de transport, le gaz naturel devient une ressource d’énergie importante pour le chauffage, la cuisson et d’autres applications industrielles.

Plus récemment, l’utilisation de l’uranium, notamment après le choc pétrolier de 1973, permet le déploiement de l’énergie nucléaire pour la production d’électricité.

2.3. Et maintenant ?

è Lis le texte et surligne les noms des ressources en énergie de l’époque contemporaine

Une remise en question de notre dépendance au pétrole entraine une adaptation de notre manière de produire l’électricité. On a plus fréquemment recours aux éoliennes ou encore à la biomasse : celle-ci correspond à de la matière provenant du vivant (déchets agricoles, forestiers, alimentaires…). Les progrès technologiques rendent plus efficace la conversion de la biomasse en énergie, comme pour la biométhanisation.

La chaleur du sol ou du sous-sol peut être également exploitée et ainsi servir à produire de l’électricité ou à chauffer des bâtiments. Cette ressource en énergie, provenant de l’intérieur de la Terre, se nomme la géothermie.

2.4. Ressources d’énergie

Exploitons à présent les documents que tu viens de lire, pour rassembler nos connaissances.

è Complète le tableau à l’aide des ressources d’énergie que tu as surlignées précédemment. Chaque ressource ne doit apparaitre qu’une seule fois.

Époque

Paléolithique et Néolithique

Ressource

Antiquité et Moyen Âge

Temps modernes et époque contemporaine

è Où retrouve-t-on ces différentes ressources d’énergie ?

è Quelle est leur utilité ?

è À l’aide des réponses précédentes, construis la définition d’une ressource d’énergie.

è Cite une ressource d’énergie qui est sous forme de matière.

è Cite une ressource d’énergie qui est sous forme de phénomène naturel.

Les ressources d’énergie sous forme de matière sont considérées comme des réservoirs d’énergie.

3. Ressources d’énergie renouvelables et non renouvelables

À partir des années 2000, l’expression « transition énergétique » est plus fréquemment utilisée pour décrire les changements significatifs dans notre utilisation plus importante de ressources d’énergie renouvelables et durables. Néanmoins, aujourd’hui encore, environ 80 % de la production d’électricité mondiale est liée à l’énergie fossile…

L’urgence climatique actuelle nous amène à parler de plus en plus d’énergie renouvelable.

è Explique pourquoi, selon toi, le bois est considéré comme une ressource d’énergie renouvelable au contraire du charbon.

è Écris deux définitions.

– Une ressource d’énergie renouvelable est – Une ressource d’énergie non renouvelable est

è Selon les critères retenus :

– écris le nom de chacune de ces ressources ; – colorie en vert les symboles des ressources d’énergie renouvelables et en rouge ceux des ressources d’énergie non renouvelables.

Symbole de la ressource d’énergie

Nom de la ressource d’énergie

Symbole de la ressource d’énergie

Nom de la ressource d’énergie

4. Exploitation de l’énergie

4.1. Les formes d’énergie

Ces ressources d’énergie nous sont utiles seulement si elles sont exploitées. Par exemple, le bois sans être brulé ne fournit ni chaleur ni lumière.

è Pour quelle finalité exploite-t-on ces ressources ?

Ressource Exploitée pour…

Bois

Ressource Exploitée pour…

Pétrole

Vent

Gaz naturel

Eau

Soleil

Uranium Géothermie

Charbon Biomasse

Nous constatons que les ressources peuvent être exploitées à diverses fins. L’énergie existe donc sous différentes formes.

Une forme d’énergie désigne la manière dont l’énergie se manifeste ou est stockée.

Voici quelques exemples de formes d’énergie.

è Aide-toi des images et des textes pour replacer correctement les noms des formes d’énergie qui te sont proposées.

énergie chimique – énergie électrique – énergie mécanique –énergie lumineuse, rayonnante ou solaire – énergie nucléaire – énergie thermique

Cette forme d’énergie se manifeste par le rayonnement. Elle peut être émise par le soleil et ainsi se propager dans le vide de l’espace. Mais elle peut également se propager par des objets, comme les ampoules électriques.

Cette forme d’énergie est associée à la chaleur. Elle provient de l’agitation moléculaire au sein de la matière.

Cette forme d’énergie peut être associée soit au mouvement d’un corps − elle est alors qualifiée de cinétique −, soit à la position dans laquelle il se trouve − elle est alors qualifiée de potentielle.

Cette forme d’énergie est stockée au cœur des atomes qui composent les molécules. La fission atomique est un phénomène complexe libérant une énergie considérable.

Cette forme d’énergie contenue dans les molécules constituant la matière est libérée lors d’une réaction chimique. Par exemple, lors de sa combustion.

Cette forme d’énergie se manifeste lorsqu’il y a un déplacement de charges électriques dans un matériau conducteur.

4.2. Début de la modélisation des chaines énergétiques

Toutes les formes d’énergie citées ci-dessus peuvent être produites à partir des ressources naturelles renouvelables ou non renouvelables. Elles sont appelées formes d’énergie initiale ou primaire. Nous pouvons mettre en place des symboles pour modéliser le lien entre la ressource naturelle et la forme d’énergie initiale qu’elle peut produire.

Représentation

Ressource d’énergie renouvelable

Ressource d’énergie non renouvelable

Signification

Ressource d’énergie renouvelable : rayonnement solaire, vent, eau, géothermie, biomasse ou bois

Symbole de la production d’une forme d’énergie donnée à partir d’une ressource d’énergie renouvelable

Ressource d’énergie non renouvelable : uranium, charbon, gaz naturel ou pétrole

Symbole de la production d’une forme d’énergie donnée à partir d’une ressource d’énergie non renouvelable

Ressource d’énergie non renouvelable

Énergie initiale

Ressource d’énergie renouvelable

Énergie initiale

Exemples de modélisation

Énergie nucléaire Vent

Énergie mécanique

CONNAITRE

Énergie

L’ énergie est une grandeur physique qui permet de produire une action. Elle se mesure en joule ( J ).

Ressources d’énergie

Une ressource d’énergie est un élément de l’environnement utilisé pour produire de l’énergie.

Une ressource d’énergie renouvelable est celle qui, à l’échelle de temps de la vie humaine, se reconstitue naturellement. Elle peut donc être considérée comme inépuisable.

Rayonnement solaire

Vent

Eau

Géothermie

Biomasse

Bois

Une ressource d’énergie non renouvelable est toujours un réservoir d’énergie qui peut mettre des millions d’années à se constituer. Elle est limitée et donc épuisable.

Uranium

Charbon

Formes d’énergie

Gaz naturel

Pétrole

Une forme d’énergie désigne la manière dont l’énergie est manifestée ou stockée. – É lectrique – C himique – T hermique – L umineuse, rayonnante ou solaire – M écanique – N ucléaire

Début de la modélisation des chaines énergétiques

La forme d’énergie générée par une ressource naturelle d’énergie (renouvelable ou non renouvelable) est appelée énergie initiale . La production de l’énergie initiale est représentée comme suit :

Ressource d’énergie non renouvelable

Ressource d’énergie renouvelable

Représentation

Ressource d’énergie renouvelable

Ressource d’énergie non renouvelable

Énergie initiale

Énergie initiale

Signification

Ressource d’énergie renouvelable : rayonnement solaire, vent, eau, géothermie, biomasse ou bois

Symbole de la production d’une forme d’énergie donnée à partir d’une ressource d’énergie renouvelable

Ressource d’énergie non renouvelable : uranium, charbon, gaz naturel ou pétrole

Symbole de la production d’une forme d’énergie donnée à partir d’une ressource d’énergie non renouvelable

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Complète la modélisation de la production de l’énergie initiale à partir du gaz, de l’eau et du rayonnement solaire en utilisant les symboles adéquats.

Gaz

Eau

Rayonnement solaire

2. Écris la ressource d’énergie utilisée pour faire fonctionner ces dispositifs.

3. Pour chacune des ressources suivantes, précise s’il s’agit d’une ressource renouvelable ou non renouvelable. Coche la forme d’énergie initiale qui lui correspond.

Ressource Type de la ressource Énergie initiale correspondante

 Énergie chimique

 Énergie mécanique

Vent

Pétrole

 Ressource renouvelable

 Ressource non renouvelable

Uranium

 Ressource renouvelable

 Ressource non renouvelable

 Énergie thermique

 Énergie lumineuse

 Énergie nucléaire

 Énergie chimique

 Énergie mécanique

 Énergie thermique

 Énergie lumineuse

 Énergie nucléaire

 Énergie chimique

 Énergie mécanique

 Ressource renouvelable

 Ressource non renouvelable

 Énergie thermique

 Énergie lumineuse

 Énergie nucléaire

Chapitre 2 L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE

Parmi les formes d’énergie identifiées dans le chapitre précédent, l’énergie électrique est la forme d’énergie la plus exploitée. L’être humain l’utilise dans plusieurs domaines. L’électricité est aujourd’hui omniprésente dans notre vie quotidienne.

è Imagine un monde où l’on ne produirait plus d’électricité. Quels seraient les impacts majeurs sur la société ?

1. L’électricité, une histoire de transformation ?

Actuellement, la Belgique compte plus de 6 000 000 de véhicules particuliers en circulation et près de 90 % de ceux-ci roulent grâce au pétrole. Afin de lutter contre les problèmes climatiques que posent ces voitures, on nous incite de plus en plus à utiliser la voiture électrique. Cette dernière serait donc la voiture du futur !

Face à nos demandes croissantes en électricité, sommes-nous surs d’avoir un approvisionnement suffisant, continu et surtout accessible dans le futur ?

Cette énergie électrique est-elle stockée et disponible dans notre environnement ou doit-on la produire ? Dans la ville du futur que tu devras gérer, ce paramètre devra être pris en compte.

EXPÉRIMENTATION

Matériel

Quatre citrons

–

– Du cuivre (ex. : pièce de monnaie, lamelle de cuivre…)

– Du zinc (clou, lamelle de zinc…)

– Des fils électriques avec des pinces crocodiles

– Une ampoule LED

Mode opératoire

– Introduire dans chaque citron un morceau de cuivre et un morceau de zinc.

– Associer l’ensemble avec les fils électriques comme illustré ci-contre. La borne positive de la LED (la tige la plus longue) doit être connectée à la lamelle de cuivre et la borne négative (la tige la plus courte) à la lamelle de zinc. L’ensemble forme un circuit fermé constitué dans cet ordre : lamelle de cuivre + lamelle de zinc (assemblées en série et répétées quatre fois) et ampoule LED.

Observation

è Que constates-tu en ce qui concerne la LED ?

Interprétation

è Comment peux-tu expliquer cette observation ?

Conclusion

è Complète le texte lacunaire suivant avec les formes d’énergie illustrées par le montage.

L’ensemble citron-électrodes (zinc et cuivre) agit comme une pile électrique. Une réaction chimique se déroule entre les électrodes de zinc et de cuivre d’un côté et les citrons de l’autre côté, tout comme dans les bornes positive et négative d’une pile. Cette réaction crée une qui se transforme en . Le courant électrique circule dans les fils électriques et est utilisé par l’ampoule pour briller : c’est de l’

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« Fonctionnement d’une pile » pour en savoir plus !

2. Modélisation de la transformation énergétique

Les ampoules utilisent uniquement l’énergie électrique. L’expérience précédente nous a permis d’obtenir de l’électricité à partir d’une réaction chimique, puis de la lumière à partir de l’énergie électrique. Les deux éléments du montage expérimental qui ont assuré ces deux transformations successives sont appelés transformateurs.

Détaillons ces deux transformations.

–

La première transformation a converti l’énergie chimique en énergie électrique grâce à l’ensemble citron-électrodes, qui forme le premier transformateur. Celui-ci a permis la production d’un courant électrique : nous l’appelons générateur électrique . –

La seconde transformation a permis la production de la lumière par la LED, à partir de l’électricité. Ce transformateur a utilisé l’énergie électrique déjà produite par le générateur et l’a convertie en une autre forme d’énergie : il est appelé récepteur électrique

Nous pouvons dès lors schématiser la succession de formes d’énergie d’une situation donnée en suivant cette procédure : a) indiquer dans l’ordre les formes d’énergie transformées ; b) relier les formes d’énergie avec une flèche qui symbolise le passage d’une forme à l’autre.

Nous obtenons un schéma appelé chaine énergétique

Afin de représenter une chaine énergétique complète, nous reprenons les symboles des ressources d’énergie utilisés dans le chapitre précédent et nous les complétons avec ceux repris dans le tableau suivant.

Modélisation

Transformateur

Générateur

Récepteur

Signification

Transformateur  : appareil permettant la conversion d’une forme d’énergie donnée en une autre forme d’énergie.

Il existe deux types de transformateurs particuliers en lien avec l’énergie électrique : – un générateur  : un transformateur qui fournit l’énergie électrique à partir d’une autre forme d’énergie ; – un récepteur  : un transformateur qui reçoit l’énergie électrique et la convertit en une autre forme d’énergie.

Symbole du passage de l’énergie par un transformateur. Elle entre sous une forme et en sort sous une autre.

Symbole du passage de l’énergie par un dispositif qui la restitue sous la même forme.

è Représente les transformations énergétiques de l’expérience en utilisant les conventions citées ci-dessus.

3. Conservation de l’énergie lors d’une transformation

Voici à présent une énigme ! Ton (Ta) professeur(e) te présente trois ampoules classiques identiques. Une ampoule parmi les trois vient d’être allumée pendant quinze minutes.

è Comment peux-tu identifier celle-ci ?

è Quelles sont les formes d’énergie illustrées dans cette énigme ?

è Une de ces énergies n’est pas utile. Laquelle et pourquoi ?

En réalité, toute transformation d’énergie est accompagnée d’une perte sous forme d’ énergie thermique . Cette dernière se dissipe dans l’environnement sous forme de chaleur.

Dans notre exemple, l’énergie électrique s’est transformée en énergie lumineuse et en énergie thermique. La lumière produite est appelée énergie utile , car il s’agit de l’objectif premier de l’utilisation d’une ampoule. La chaleur est dite énergie perdue et se dissipe dans l’espace ambiant.

Nous pouvons écrire cette transformation sous la forme d’une équation qui illustre la loi de conservation de l’énergie . quantité totale d’énergie de départ = quantité totale d’énergie finale quantité totale d’énergie finale = quantité d’énergie(s) utile(s) + quantité d’énergie perdue

Dans une chaine énergétique, l’énergie thermique dissipée est représentée par une flèche oblique en zigzag orientée vers le haut et la droite.

è Réalise le schéma de la transformation énergétique de l’énigme.

è Reproduis et complète le schéma de la chaine énergétique de l’expérience de la « pile de citrons ».

D’un point de vue écologique, il est intéressant de réduire au maximum les pertes d’énergie d’un système donné afin de préserver notre planète. Dans le domaine de l’éclairage, il est conseillé d’utiliser des ampoules LED (diodes électroluminescentes) plutôt que des ampoules classiques. En effet, ces dernières fonctionnent en chauffant un filament métallique pour produire de la lumière. Ce processus de chauffage entraine une importante perte d’énergie thermique. Seule une petite partie de l’énergie consommée est convertie en lumière. Au contraire, les LED sont bien plus efficaces, car elles convertissent la quasi-totalité de l’énergie électrique en énergie lumineuse, limitant ainsi toute perte de chaleur.

Dans le cadre de la transition énergétique, et ce depuis 2012, l’Union européenne a interdit la fabrication et l’importation des ampoules à incandescence. Si tu en possèdes encore chez toi, tu devras les remplacer, lorsqu’elles seront hors d’usage, par des ampoules équivalentes en luminosité, mais beaucoup moins énergivores.

INCANDESCENT

CONSOMMATION D’ÉNERGIE

DURÉE DE VIE

Transformation d’énergie

CONNAITRE

L’électricité provient toujours d’ une transformation d’autres formes d’énergie (énergie chimique, énergie mécanique, énergie lumineuse…).

La modélisation de cette situation est appelée chaine énergétique

Conventions

Représentation

Ressource d’énergie renouvelable

Ressource d’énergie non renouvelable

Transformateur

Générateur

Récepteur

Signification

Ressource d’énergie renouvelable : rayonnement solaire, vent, eau, géothermie, biomasse ou bois

Symbole de la production d’une forme d’énergie donnée à partir d’une ressource d’énergie renouvelable

Ressource d’énergie non renouvelable : uranium, charbon, gaz naturel ou pétrole

Symbole de la production d’une forme d’énergie donnée à partir d’une ressource d’énergie non renouvelable

Symbole généralisé d’un transformateur

Générateur : transformateur qui fournit l’énergie électrique à partir d’une autre forme d’énergie

Récepteur : transformateur qui reçoit l’énergie électrique et la convertit en une autre forme d’énergie

Symbole du passage de l’énergie par un transformateur, laquelle entre sous une forme et en sort sous une autre

Symbole du passage de l’énergie par un dispositif qui la restitue sous la même forme

Symbole de la production de l’énergie perdue qui accompagne chaque transformation d’énergie

Modélisation généralisée des chaines énergétiques

Énergie thermique

Ressource naturelle d’énergie (renouvelable ou non renouvelable)

Énergie 1 = énergie initiale (Énergie…)

Transformateur 1

Énergie 2 (Énergie…)

Énergie thermique

Transformateur 2

N.B. : le nombre de transformateurs varie en fonction des montages.

Énergie 3 (Énergie…)

L’énergie initiale d’un montage donné, issue d’une ressource naturelle, subit une succession de conversions en passant d’un transformateur à un autre. Chaque transformation énergétique est accompagnée de la production d’ énergie thermique , perdue dans l’environnement sous forme de chaleur.

Loi de conservation de l’énergie

L’énergie ne peut être ni créée ni détruite. Elle est toujours convertie en une ou plusieurs nouvelles formes d’énergie.

quantité totale d’énergie de départ = quantité totale d’énergie finale

quantité totale d’énergie finale = quantité d’énergie(s) utile(s) + quantité d’énergie perdue

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Voici une série d’appareils de notre vie quotidienne. Tous ces appareils fonctionnent avec de l’électricité (énergie initiale). Indique pour chacun l’énergie utile.

Appareil

Brosse à dents électrique

Énergie utile

2. Les textes suivants expliquent différentes situations de transformations énergétiques. Lis -les attentivement, puis complète le tableau qui suit.

a) À Gembloux, la chaudière de la brasserie de Bertinchamps, d’une puissance de 110 kW, fonctionne en utilisant la biomasse provenant des déchets de bois des entreprises locales. Le puissant système de chaufferie permet de produire de l’énergie thermique à partir de plaquettes de bois et remplace ainsi l’utilisation de 28 600 L/an de mazout nécessaires à l’ancienne chaudière pour chauffer l’ensemble du bâtiment.

D’après le journal télévisé de la RTBF du 22 avril 2022.

b) Le fonctionnement d’une voiture hybride est basé sur une chaine énergétique complexe impliquant des transformations de ressources différentes. La voiture hybride comporte deux moteurs : un moteur à combustion, alimenté par de l’essence, dérivé du pétrole, et un autre moteur, électrique, alimenté par des batteries rechargeables.

Quand le conducteur fait démarrer la voiture, le moteur à combustion se déclenche et utilise l’essence en convertissant l’énergie chimique en énergie thermique, puis en énergie mécanique. Certains véhicules sont dotés d’un système de récupération d’énergie mécanique qui permet de recharger les batteries pendant que le véhicule roule ou quand il freine.

Cette énergie électrique stockée sera utilisée à la demande selon les besoins de conduite, mais aussi pour assurer le fonctionnement des accessoires de la voiture (clignotants, phares, autoradio, lampes du tableau de bord…). Situation

3. Complète les chaines énergétiques des deux montages expérimentaux suivants.

a) Montage 1

La pile fait fonctionner un moteur. Ce dernier est connecté à une hélice en plastique.

b) Montage 2

Le vent fait tourner une mini-éolienne. On connecte une ampoule au générateur de cette mini-éolienne par des fils électriques. L’ampoule brille.

4. Dans le cadre d’un programme Erasmus+, des étudiants belges de l’institut Robert Schuman d’Eupen, en collaboration avec d’autres jeunes Européens, ont conçu un bateau solaire qui fonctionne en totale autonomie grâce à des panneaux solaires. Ce navire, baptisé SUNA, peut atteindre la vitesse maximale de 20 km/h.

D’après le journal télévisé de la RTBF (13 h) du 1 er  septembre 2022. Établis la chaine énergétique de toutes les transformations qui s’opèrent dans ce navire.

LA PRODUCTION D’ÉLECTRICITÉ

Tu viens de découvrir que l’énergie ne se crée pas, qu’elle provient de la transformation d’une autre forme d’énergie.

À la fin de ce thème, ta mission sera d’imaginer la production d’électricité dans une ville de demain.

En examinant la manière dont l’électricité est aujourd’hui produite en Belgique, tu peux te rendre compte de certains points positifs ou négatifs.

Les points positifs à valoriser dans le futur sont ceux qui mettront l’accent sur le respect de l’environnement et l’utilisation de ressources renouvelables. À l’opposé, les points négatifs à éviter au maximum sont les modes de production polluants et qui épuiseront les ressources.

è Quels dispositifs permettant de produire de l’électricité connais-tu déjà ?

1. Comment produit-on l’électricité en Belgique ?

En Belgique, la production d’électricité est en majeure partie assurée par de grandes entreprises qui développent et exploitent des centrales électriques et d’autres dispositifs d’approvisionnement en électricité.

1.1. Centrales électriques

Une centrale électrique est une construction industrielle consacrée à la production d’électricité à partir d’une autre forme d’énergie. En Belgique, nous avons principalement des centrales thermiques, des centrales nucléaires et des petites centrales hydroélectriques.

A. Centrale thermique

è Lis ce texte et observe le schéma d’une centrale thermique.

Dans une centrale thermique, la ressource d’énergie de départ peut être du gaz naturel , du charbon, du pétrole ou, dans une moindre mesure, de la biomasse. En Belgique, seuls le gaz naturel et la biomasse sont utilisés. Ces ressources permettent un approvisionnement continu de la centrale et, de ce fait, assurent une production ininterrompue d’électricité.

u Chaudière à vapeur v Électrophiltre w Turbine à vapeur x Alternateur y Transformateur z Condenseur { Tour de refroidissement

Dans une centrale thermique, la matière de départ est utilisée comme combustible, c’est-à-dire qu’elle est brulée, pour chauffer une chaudière à vapeur. La vapeur produite par la chaudière est ensuite dirigée vers une turbine. Cette dernière est constituée d’immenses hélices actionnées par la vapeur. Le mouvement des hélices entraine un alternateur. L’alternateur a pour but de transformer l’énergie mécanique (liée au mouvement) en énergie électrique. Avant d’envoyer cette électricité dans les lignes à haute tension, il faut élever sa tension afin de limiter les pertes pendant le transport. On appelle également ce dispositif transformateur sans pour autant qu’il y ait de transformation de forme d’énergie.

Finalement, l’eau chauffée au départ doit être refroidie. C’est le rôle du condensateur et de la tour de refroidissement, qui permettent de refroidir la vapeur.

La centrale thermique libère dans l’atmosphère du dioxyde de carbone, car elle utilise un combustible fossile. Malheureusement, le dioxyde de carbone est responsable de l’effet de serre et contribue de ce fait au réchauffement climatique.

è Souligne la ou les ressources d’énergie utilisées dans une centrale thermique.

è À partir de ce document, énonce :

– un avantage de la centrale thermique ;

– un inconvénient de la centrale thermique.

B. Centrale nucléaire

è Visionne cette vidéo et lis ce texte sur le fonctionnement d’une centrale nucléaire.

Dans une centrale nucléaire, la chaleur nécessaire à la production de vapeur provient d’une ressource d’énergie spécifique : l’uranium.

Dans le réacteur ( ) se passe une fission nucléaire. Celle-ci libère de la chaleur qui est transmise à l’eau d’un premier circuit. Un échange de chaleur a lieu dans le générateur de vapeur ( ) entre cette eau et celle d’un second circuit fermé, avec laquelle elle n’entre jamais en contact. À partir de là, la vapeur est conduite vers les turbines ( et ) ; les turbines entrainent un alternateur ( ) qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. Le transformateur ( ) change la tension de l’électricité avant qu’elle ne soit envoyée dans les lignes à haute tension ( ).

Dans ce type de centrale, il n’y a pas de combustion, donc pas de rejet de dioxyde de carbone et l’approvisionnement est continu. Néanmoins, un autre problème se pose : celui du traitement de l’uranium une fois qu’il ne peut plus servir dans le réacteur. L’uranium est un corps radioactif qui émet des rayonnements pendant des dizaines de milliers d’années. Durant tout ce temps, il doit être stocké et isolé pour ne pas contaminer d’êtres vivants.

è Observe le schéma et indique dans chaque parenthèse du texte le numéro qui correspond à la machinerie décrite.

è Parmi ces propositions, coche celles qui correspondent à la centrale nucléaire.

 Non polluante

 Approvisionnement non continu

 Aucun rejet de dioxyde de carbone

 Polluante

 Ressource d’énergie renouvelable

 Risque de contamination des êtres vivants

 Approvisionnement continu

 Rejet de dioxyde de carbone

C. Centrale hydroélectrique

è Lis ce texte et observe le schéma d’une centrale hydroélectrique

Comme son nom l’indique (préfixe hydro- = « eau »), la centrale hydroélectrique utilise l’eau comme ressource d’énergie.

u Lac de retenue v Barrage w Rivière x Tour d’équilibre y Conduite forcée z Centrale

Quand le relief et la localisation du cours d’eau le permettent, un barrage est construit afin de retenir l’eau de la rivière et constituer un lac de retenue.

L’eau accumulée de la sorte est dirigée par un système de conduits vers la turbine, qui doit obligatoirement se trouver au pied du barrage ou plus en aval de la rivière. C’est le mouvement de l’eau qui actionne la turbine. Ensuite, le processus de transformation de l’énergie mécanique en électricité est, comme dans une centrale thermique, assuré par l’alternateur.

Cette centrale ne rejette pas de dioxyde de carbone et utilise une ressource d’énergie renouvelable.

è À partir de ce document, complète la chaine énergétique des transformations se déroulant dans une centrale hydroélectrique.

Turbine

1.2. Autres dispositifs d’approvisionnement en électricité

La production d’électricité peut également être assurée par des dispositifs qui ne sont pas des centrales électriques, comme les éoliennes ou les panneaux photovoltaïques.

A. Éolienne

è Lis ce texte et observe le schéma d’une éolienne.

L’éolienne est installée soit dans les terres – on parle d’éolienne « onshore » –, soit en mer – elle est désignée par le terme « offshore ». La ressource d’énergie utilisée est le vent (dont Éole est le dieu, dans la mythologie grecque).

u Nacelle v Pales w Mât x Multiplicateur y Générateur

L’éolienne est constituée d’une nacelle ( ), qui s’oriente toujours dans la direction du vent, de pales ( ) aux dimensions impressionnantes (de 75 à 100 mètres) et d’un mât ( ) creux.

Le vent fait tourner les pales qui entrainent le générateur ( ). Le multiplicateur ( ) permet de faire correspondre les différentes vitesses de rotation des pales et du générateur. L’électricité produite par le générateur est mise à la bonne tension par le transformateur logé au pied du mât.

L’éolienne ne rejette pas directement de dioxyde de carbone et son impact sur la faune (mort d’oiseaux, perturbation du milieu marin pendant l’installation, etc.) peut être limité au maximum si on choisit correctement son implantation. Malheureusement, les conditions climatiques ne garantissent pas un fonctionnement continu. En effet, le vent varie d’un jour à l’autre.

è À partir du schéma, indique dans chaque parenthèse du texte le numéro qui correspond à la machinerie décrite.

Tu peux scanner la page pour réaliser des visites virtuelles de différentes installations électriques !

B. Panneau photovoltaïque

è Visionne cette vidéo et lis ce texte sur le fonctionnement du panneau photovoltaïque.

Le panneau photovoltaïque peut être installé par des particuliers sur le toit des maisons, mais il existe aussi des « champs » de panneaux qui sont exploités par des entreprises.

Le panneau photovoltaïque utilise comme ressource d’énergie le rayonnement solaire, qu’il transforme directement en électricité. Néanmoins, avant d’être utilisée, l’électricité doit passer par un onduleur, qui transforme le courant continu en courant alternatif. Comme dans les autres systèmes de production, avant que l’électricité ne rejoigne les lignes à haute tension, elle doit passer par un transformateur.

Le panneau photovoltaïque ne rejette pas directement de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Malheureusement, sa fabrication peut engendrer de la pollution. Par ailleurs, l’ensoleillement variable d’un jour à l’autre ne garantit pas un approvisionnement électrique constant.

è À partir de ces documents, établis la chaine énergétique du panneau photovoltaïque.

è Rédige un court texte reprenant les avantages et les inconvénients de ce dispositif d’approvisionnement en électricité.

2. Penser demain en comprenant aujourd’hui

2.1. Situation actuelle

Afin de te faire une idée sur les exemples à suivre et ceux à éviter, un récapitulatif s’impose.

è Complète le tableau suivant en indiquant à quel mode de production d’électricité correspondent les points positifs et les points négatifs.

Points

Aucun rejet de dioxyde de carbone

Ressource d’énergie renouvelable

Aucun rejet de dioxyde de carbone

Ressource d’énergie renouvelable

Approvisionnement continu

Aucun rejet de dioxyde de carbone

Approvisionnement continu

Aucun rejet de dioxyde de carbone

Ressource d’énergie renouvelable

Pollution lors de sa fabrication

Production tributaire de l’ensoleillement (donc approvisionnement non continu)

Difficulté de trouver un lieu propice à sa construction

Ressource d’énergie non renouvelable

Radioactivité de longue durée de l’uranium

Combustibles fossiles

Rejet de dioxyde de carbone

Impact sur la faune

Production tributaire du vent (donc approvisionnement non continu)

è Quels sont les modes de production qui garantissent un approvisionnement continu en électricité ?

è À l’heure actuelle, est-ce possible d’avoir un approvisionnement continu en électricité sans polluer lors de sa production ?

è Ce mode de production permet-il de subvenir au besoin en électricité de tout le monde (en Belgique ou ailleurs) ?

è Comment envisager la production d’électricité en tenant compte des contraintes que sont l’approvisionnement en continu et la diminution de la pollution ?

Tout ceci nous conduit à la question de la transition énergétique.

2.2.

Les enjeux futurs

Nos sociétés sont face à un grand enjeu : la transition énergétique.

Afin de permettre le fonctionnement de nos industries, de nos véhicules, des objets du quotidien, il faut de l’énergie sous différentes formes (électrique, chimique, thermique, etc.).

Ces formes d’énergie viennent de la transformation de ressources d’énergie. Longtemps, on ne s’est pas soucié des phénomènes qui accompagnaient ces transformations : l’appauvrissement des ressources, le rejet de dioxyde de carbone ou la production de matières radioactives.

À force, la pollution liée à la production d’énergie a déréglé le climat en augmentant les gaz à effet de serre (comme le dioxyde de carbone) et, du même coup, en provoquant un réchauffement climatique.

La transition énergétique désigne le passage de ces anciens modes de production peu soucieux de l’environnement vers de nouveaux modes qui limitent leur impact écologique au maximum.

Elle désigne aussi tout ce qui est mis en place pour limiter les besoins énergétiques. C’est ce qu’on nomme la sobriété énergétique.

CONNAITRE

Centrales électriques

Une centrale électrique est une construction industrielle consacrée à la production d’électricité à partir d’une autre forme d’énergie.

En Belgique, nous avons principalement des centrales thermiques (au gaz), des centrales nucléaires et des petites centrales hydroélectriques

Dans les centrales, la ressource d’énergie est utilisée pour mettre en mouvement une turbine qui, à son tour, fait fonctionner un alternateur. Ce dernier génère l’électricité.

Énergie chimique

Énergie thermique

Gaz Chaudière Circuit d’eau

Uranium

Énergie nucléaire

Réacteur

Énergie mécanique

Énergie thermique

Générateur de vapeur

Énergie mécanique

Énergie électrique Turbine Alternateur

Énergie mécanique

Énergie électrique Turbine Alternateur

Énergie mécanique

Eau Turbine

Énergie mécanique

Énergie mécanique

Énergie électrique Alternateur

Autres dispositifs d’approvisionnement en électricité

Il existe d’autres dispositifs d’approvisionnement en électricité, comme les éoliennes ou les panneaux photovoltaïques.

Les panneaux photovoltaïques utilisent l’énergie rayonnante provenant du soleil et la transforment directement en énergie électrique.

Rayonnement solaire

Énergie lumineuse

Cellules photovoltaïques

Énergie électrique

Les éoliennes exploitent le vent pour actionner leurs pales. Cette énergie mécanique entraine un générateur qui produit de l’énergie électrique.

Vent Pales Énergie mécanique

Énergie mécanique

Générateur

Énergie électrique

Avantage de la diversification

Chaque mode de production d’électricité draine son lot d’avantages et d’inconvénients. Il est nécessaire de produire de l’électricité en continu tout en diminuant l’impact sur l’environnement. À long terme, il faut imaginer de composer un éventail de modes de production.

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. a) Lis le texte et observe le schéma d’une centrale d’accumulation par pompage.

Centrale d’accumulation par pompage

À Coo, en province de Liège, il existe une centrale un peu spéciale : la centrale d’accumulation par pompage. Cette centrale ne consomme pas d’eau. Elle permet de produire de l’électricité au moment où l’on en a le plus besoin en limitant l’utilisation des autres centrales plus polluantes. L’eau est accumulée dans des bassins supérieurs ( et ). Quand c’est nécessaire, l’eau de ces bassins entraine une turbine qui se trouve dans la salle des machines ( ). La turbine actionne un alternateur comme dans d’autres types de centrales électriques. En période de surproduction d’électricité, le sens de circulation de l’eau s’inverse. L’eau est pompée du bassin inférieur ( ) et reconduite vers les bassins supérieurs.

u Bassin supérieur v Bassin supérieur w Conduites forcées x Salle des machines y Liaison bassin inférieur z Prise d’eau inférieure { Bassin inférieur | Digues inférieures } Lignes haute tension

b) Indique dans chaque parenthèse le numéro qui correspond à la machinerie décrite.

2. À partir du document précédent, complète la chaine énergétique de la centrale d’accumulation par pompage.

3. a) Parmi ces propositions, coche celles qui correspondent à la centrale d’accumulation par pompage.

 Polluante

 Approvisionnement continu

 Consommation d’eau

 Ressource d’énergie renouvelable

 Approvisionnement non continu

 Rejet de dioxyde de carbone

b) À partir des caractéristiques que tu as cochées, rédige un court texte qui présente les avantages et les inconvénients de cette centrale.

LA VILLE DE DEMAIN

Te voilà formé(e) pour réaliser un jeu que nous te proposons ! Tu es désormais un(e) spécialiste capable de choisir la manière de fournir l’énergie dont aura besoin la ville de demain. C’est ce rôle que tu vas endosser.

En équipe, vous allez en effet devoir répondre par écrit à la sollicitation du bourgmestre d’une ville actuelle fictive pour le guider dans ses choix énergétiques, en vue de transformer celle-ci en « ville de demain » !

Pour ce faire, vous disposerez de vos connaissances, de cartes des modes de production ainsi que d’une carte du territoire où se trouve la ville.

Vous utiliserez ces ressources pour choisir la façon de fournir de l’électricité à la ville.

N’oubliez pas que les habitants :

– veulent avoir accès à l’électricité en permanence ; – sont soucieux de l’environnement et inquiets du dérèglement climatique ;

– ne veulent pas payer l’électricité trop cher.

1. Déroulement du jeu

Par équipe, vous allez sélectionner les jetons qui représentent des dispositifs de production et les placer sur votre carte du territoire.

Pour rappel, veillez à prendre en compte : – le cout  : la capacité à offrir une électricité à un prix acceptable ; – l’ empreinte carbone : la capacité à limiter l’impact environnemental et les effets sur le climat ; – la production  : la capacité à répondre aux besoins de la ville et à rendre l’électricité disponible en permanence.

Pour valider vos choix de dispositifs, un nouvel outil sera mis à votre disposition : un baromètre énergétique

Une fois votre sélection établie, vous reporterez les emplacements sur la carte officielle, reproduite à la page suivante. Vous rédigerez enfin la lettre au bourgmestre, afin de lui présenter vos choix et de les lui expliquer.

Pour rédiger ce document, voici un canevas qui pourra vous aider.

Monsieur le Bourgmestre,

À la suite de votre sollicitation, voici notre sélection de dispositifs énergétiques pour vous guider dans vos choix, en vue de transformer notre ville en ville respectueuse de l’environnement, des ressources et du bienêtre.

Nous vous suggérons d’installer…

Premièrement, nous avons choisi… car ce dispositif a comme avantage(s) de… Mais il a aussi un (des) inconvénient(s) : … Cependant, nous pensons que…

(Répéter ce paragraphe autant de fois que nécessaire, en y modifiant le connecteur : ensuite, enfin, etc.)

Veuillez trouver en annexe la carte du territoire où se trouve la ville, avec les endroits que nous pensons les plus appropriés pour l’installation de ces dispositifs.

Nous attirons votre attention sur le fait que nous ne remplissons pas entièrement toutes les attentes des habitants, telles que…

Nous espérons vous avoir aidé à poser les meilleurs choix énergétiques pour notre ville, et nous vous prions d’agréer, Monsieur le Bourgmestre, l’expression de notre considération la plus distinguée.

2. Ma ville !

Voici le document officiel que vous rendrez au bourgmestre de la ville. Il contient votre projet.

è Sur la carte, consignez vos choix individuellement.

Pour cela :

– complète la légende ci-dessous en précisant le type de dispositif énergétique choisi ; – reporte les dispositifs sur cette carte, en respectant la légende.

Légende

è Recopie ton texte au propre.

Monsieur le Bourgmestre,

À la suite de votre sollicitation, voici notre sélection de dispositifs énergétiques pour vous guider dans vos choix, en vue de transformer notre ville en ville respectueuse de  l’environnement, des ressources et du bienêtre.

Nous vous suggérons d’installer

Nous espérons vous avoir aidé à poser les meilleurs choix énergétiques pour notre ville, et nous vous prions d’agréer, Monsieur le Bourgmestre, l’expression de notre considération la plus distinguée.

3. Charte de sobriété énergétique

è Rédigez à présent la conclusion à laquelle vous êtes toutes et tous arrivés.

è Lisez les documents suivants. Retirez-en les informations qui vous semblent pertinentes en vue de rédiger une charte de bonne conduite en matière d’électricité.

Les appareils électriques

Tous les appareils ont une consommation qui leur est propre. L’infographie cicontre te donne un ordre de grandeur chiffré.

La consommation de ces appareils est importante quand ils sont utilisés, mais il ne faut pas oublier qu’un appareil en veille consomme aussi. Et des appareils en veille, tu en as beaucoup : la télévision, ton chargeur de GSM, ton microonde, ton ordinateur, ta console ou ta tablette…

Enfin, les vieux appareils ont tendance à consommer plus que les récents. On conseille généralement d’en changer pour consommer moins… Mais on aborde là un autre sujet : l’empreinte carbone d’un objet lors de sa construction ! Et on doit mettre cela et l’utilisation de l’ancien en perspective. C’est un vaste sujet très intéressant que nous n’abordons pas dans ce chapitre, mais sur lequel nous t’encourageons à faire plus de recherches.

© Infographie par écoconso, inspirée de la pyramide du projet Watt & Moi

L’éclairage

Toute lumière artificielle consomme de l’énergie. Il existe des ampoules de différents types qui ont différentes consommations : ainsi les ampoules LED consomment beaucoup moins que les vieilles ampoules à incandescence (qui chauffent beaucoup et perdent de l’énergie). Et utiliser celles-ci de manière pertinente permet de faire davantage d’économies d’énergie.

3

L’eau chaude

L’eau a besoin d’électricité ? Eh oui ! Pense au chauffe-eau électrique : tout est dans le nom ! Donc, si tu diminues tes besoins en eau chaude, tu diminues ta consommation électrique.

Comment ? Une douche peut être de trois à cinq fois plus économe qu’un bain… Sauf si tu y chantes tout un concert ! Il existe même des pommeaux qui mélangent de l’air à l’eau pour encore diminuer la consommation.

4

La conservation des aliments

Le réfrigérateur et le congélateur sont très importants dans une maison, mais consomment également beaucoup d’énergie. Cela parait difficile de s’en passer, il vaut mieux les utiliser intelligemment. Ainsi, vu qu’ils doivent refroidir les aliments, il vaut mieux éviter de les placer dans des pièces chaudes.

Plutôt que d’utiliser un microonde pour décongeler des aliments, s’organiser à l’avance permet… d’économiser de l’énergie ! Comment ? En plaçant l’aliment à décongeler dans le réfrigérateur ! Ce geste simple permet non seulement d’éviter la consommation d’énergie du microonde, mais aussi de contribuer au refroidissement du réfrigérateur, ce qui réduit sa consommation d’énergie.

Le chauffage

S’il est électrique, le chauffage consomme énormément ! Mais, ici aussi, des économies sont possibles.

Soit en diminuant la température de 1 °C : on fait de belles économies ! Il suffira juste de mettre un bon pull. De plus, toutes les pièces n’ont pas besoin de 20 ou 22 °C. Surtout si elles ne sont pas utilisées.

Et sais-tu qu’en nettoyant tes radiateurs, tu peux faire des économies ? En effet, s’il y a de la poussière, ton radiateur devra également la chauffer !

Le numérique

« Les e-mails polluent ! » Tu as surement déjà entendu cette phrase, sans qu’on te l’explique…

Voici la raison de cette pollution : la transmission et surtout le stockage des e-mails demandent énormément d’électricité ! C’est le cas de tous les centres de données mais aussi de l’exploitation de celles-ci, par exemple par l’intelligence artificielle.

Effacer régulièrement les e-mails inutiles, limiter les données stockées en ligne (drive, cloud…), ou utiliser l’intelligence artificielle de manière pertinente permet d’éviter une trop grande consommation d’énergie. Même si ces petits gestes ne diminuent pas la facture de tes parents, ils préserveront la planète.

Pour aller plus loin, voici les sources des informations précédentes. Elles contiennent d’autres informations ou des compléments à celles qui ont été présentées.

è Complétez la charte.

Charte de sobriété énergétique

Signature :

Arrivé(e) au terme de ces chapitres, tu es maintenant capable de…

Chapitre 1 : L’énergie, cette inconnue

 définir l’énergie et connaitre son unité

 définir une ressource d’énergie

 citer les ressources d’énergie

 définir une ressource d’énergie renouvelable et une ressource d’énergie non renouvelable

 trier les ressources d’énergie renouvelables et non renouvelables

 définir une forme d’énergie

 citer les formes d’énergie

 utiliser les ressources et les formes d’énergie pour réaliser des exercices

Chapitre 2 : L’énergie électrique

 énoncer que l’énergie électrique résulte toujours d’une transformation d’autres formes d’énergie

 énoncer que toute conversion d’énergie s’accompagne d’une dissipation sous forme d’énergie thermique

 énoncer et appliquer la loi de conservation de l’énergie

 à partir d’un exemple concret, comprendre l’intérêt écologique de limiter au maximum les pertes énergétiques liées à l’énergie thermique

 utiliser un symbole adéquat pour chacun des éléments d’un montage de transformation énergétique

 décrire une transformation énergétique simple

 modéliser une chaine énergétique complète d’un montage/objet donné

 définir les termes suivants : « transformateur », « générateur », « récepteur », « énergie utile », « énergie perdue »

 identifier les éléments suivants à partir d’une situation donnée et les représenter : transformateur, générateur, récepteur, énergie utile, énergie perdue

Chapitre 3 : La production d’électricité

 définir une centrale électrique

 décrire le fonctionnement global d’une centrale électrique

 représenter la chaine énergétique d’une centrale électrique

 repérer les avantages et les inconvénients des différents modes de production d’électricité

 citer au moins un type de centrale électrique et un autre type de dispositif d’approvisionnement en électricité pour la Belgique

 décrire simplement la transition énergétique

La ville de demain

 retrouver des informations pertinentes en lien avec l’objectif d’une recherche à partir d’un document

 comparer plusieurs ressources en utilisant des critères précis

 identifier les hypothèses, les jugements et les faits scientifiques

 donner ton avis par rapport à l’utilisation d’une ressource pour produire de l’électricité

James Joule

James Joule nait en 1818 près de Manchester. Enfant curieux, il s’intéresse aux sciences, surtout à l’électricité qu’il expérimente avec son frère. Ensemble, ils s’envoient des petites décharges électriques : n’essaie pas de les imiter !

Éduqué à domicile, il rejoint ensuite une société savante, un groupe de scientifiques, où John Dalton devient son mentor. Puis il travaille dans la brasserie familiale et se demande s’il ne serait pas plus malin de remplacer la machine à vapeur par… un moteur électrique. Une aubaine pour les affaires.

Ses théories, d’abord mal acceptées, deviennent importantes : l’effet Joule (un courant électrique chauffe le fil dans lequel il passe) et l’effet Joule-Thomson (un gaz se refroidit lorsque son volume augmente sans échange de chaleur). Il prouve aussi que la chaleur peut être créée ou détruite, contrairement à ce que l’on pense à l’époque. Il énonce alors la première loi de la thermodynamique. Bref, James fait de l’effet !

Aujourd’hui, l’unité de l’énergie porte son nom. Pas mal pour une figure d’abord contestée… James Joule meurt en 1889, mais ses découvertes continuent d’éclairer le monde des sciences !

Thème

4

L’ÉNERGIE, LA DILATATION ET LES CHANGEMENTS D’ÉTAT

Sur Terre, de tout temps, la chaleur et la lumière du Soleil ainsi que l’eau ont façonné notre planète et la vie qui s’y est développée.

En s’associant ou en agissant séparément, ces trois facteurs déterminent de nombreux phénomènes comme l’érosion des sols et des roches, la présence de l’eau sous trois états, le type de climat, les zones propices au développement de la vie, etc.

Depuis peu à l’échelle de la Terre, l’être humain s’invite dans l’équation. En bouleversant rapidement l’harmonie patiemment établie, l’activité humaine dérègle l’équilibre global de la Terre avec comme conséquences le réchauffement climatique ou la montée du niveau des océans.

1

LA MATIÈRE DANS TOUS SES ÉTATS

C’est l’été, il fait chaud, c’est le moment de se détendre au jardin. Des ballons d’eau fraiche sont préparés. Avant de les saisir, tu remarques qu’ils n’ont pas tous la même forme. Réalisons une série d’expériences1 pour en découvrir la raison.

EXPÉRIMENTATION

En forme la matière ?

Lors de ce rallye d’expériences, note tes observations et identifie la caractéristique physique de la matière qui est mise en évidence.

Matériel

– Trois récipients de formes très différentes

– Une pièce de monnaie

– Un morceau de craie

– De l’eau

– Du savon liquide

Mode opératoire

– Placer successivement chaque matière dans chacun des récipients en respectant l’ordre suivant : pièce, craie, eau et savon.

Observations

ö Quelle est la caractéristique physique mise en évidence ?

ö Quel changement observes-tu concernant les matières quand le corps passe d’un récipient à l’autre ?

Matériel

– Un erlenmeyer – De l’eau

Mode opératoire

– Verser un peu d’eau dans l’erlenmeyer.

– Incliner lentement l’erlenmeyer vers la gauche, puis vers la droite (l’eau ne doit pas s’écouler).

Observations

ö Représente le niveau du liquide dans les erlenmeyers.

ö Comment se présente la surface du liquide au repos ?

Matériel

– Un cristallisoir ou un récipient transparent équivalent

– Trois petits récipients de formes différentes

– Une grande seringue

– Un tuyau souple

– De l’eau

– De l’air

Mode opératoire

–

Remplir à moitié d’eau le cristallisoir.

– Remplir complètement les autres récipients d’eau et les retourner dans le cristallisoir en veillant à ne pas laisser l’eau s’écouler.

– Incliner légèrement un récipient retourné de manière à y glisser le tuyau souple.

– Injecter de l’air dans ce récipient à l’aide de la seringue raccordée au tuyau.

– Retirer lentement le tuyau et redresser ce récipient.

– Injecter de l’air dans les autres récipients en procédant de la même façon.

Observations

ö Que se passe-t-il quand on injecte de l’air dans les récipients ?

ö Quelle est la caractéristique physique mise en évidence ?

ö Quand l’air est emprisonné dans les récipients, comment varie cette caractéristique ?

Matériel – Trois seringues – De l’eau – De l’air

– De la plasticine

Mode opératoire

– Préparer trois seringues scellées contenant respectivement de l’eau, de l’air et de la plasticine.

–

Appuyer et ensuite tirer délicatement sur le piston de chaque seringue.

Seringue contenant de l’eau

Observations

Seringue contenant de l’air

Seringue contenant de la plasticine

ö Quelle est la caractéristique physique mise en évidence ?

ö Compare l’effet de la poussée et celui de la traction sur le corps.

– De l’acide nitrique – Du cuivre en poudre 5

Matériel

– Deux erlenmeyers

– Un bouchon – Une cuillère

Mode opératoire

Cette expérience a été réalisée sous hotte.

– Verser de l’acide nitrique dans un erlenmeyer.

– Verser du cuivre en poudre dans l’acide à l’aide de la cuillère et, le plus rapidement possible, fermer l’erlenmeyer à l’aide du bouchon.

– Ouvrir délicatement l’erlenmeyer et retourner par-dessus un autre erlenmeyer.

Observations

ö Que vois-tu apparaitre quand la réaction débute ?

ö Comment le gaz évolue-t-il dans l’erlenmeyer ?

ö Comment le gaz évolue-t-il quand on place le second erlenmeyer ?

ö Quelle est la caractéristique physique mise en évidence ?

Conclusion des expériences

ö Indique dans les parenthèses le numéro de l’expérience qui a permis de mettre en évidence la propriété.

Les solides présentent une forme propre ( ), et leur volume est constant, on ne peut pas le faire varier ( ).

Les liquides prennent la forme du récipient qu’ils occupent ( ). Quand ils sont au repos, ils présentent une surface libre (c’est-à-dire la surface du liquide en contact avec l’air) toujours horizontale peu importe la position du récipient ( ). On ne peut pas comprimer les liquides, leur volume est constant ( ).

Les gaz prennent la forme du récipient qu’ils occupent ( ) et tendent à occuper naturellement un maximum d’espace ( ), car ils sont expansibles. Les gaz sont compressibles et extensibles, leur volume peut être modifié quand il est soumis à une action ( ).

Nous avions commencé les manipulations avec une question : pourquoi les ballons d’eau n’avaient-ils pas tous la même forme ?

ö Explique cette différence de forme.

CONNAITRE

Comparaison des états de la matière

Solide

 forme propre

Liquide Gaz

Propriétés macroscopiques de la matière

volume constant  forme du récipient

volume constant  forme de tout le récipient

volume variable

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Toutes ces propositions sont fausses.

Barre un mot et remplace le terme barré afin de corriger les propositions.

– Les solides ont un volume qui ne varie pas, mais ils prennent la forme du récipient.

– Les liquides prennent la forme de tout le récipient.

– Il est impossible de réduire le volume d’un gaz et de le faire couler dans un récipient.

2. Sur Terre, la matière se présente sous trois états : solide, liquide, gaz. Complète le texte suivant à l’aide des (groupes de) mots proposés.

forme propre – forme de tout le récipient – volume – volume – propriétés –forme – volume constant – volume constant – forme du récipient – l’œil nu

Les macroscopiques

(c’est-à-dire observables directement à ) que sont le et la permettent de distinguer les états les uns des autres.

Un solide sera identifiable par une et un

Un liquide présentera un et prendra la qu’il occupe.

Un gaz aura un qui pourra être diminué si on le comprime ou bien augmenté si on le détend et qui, sans action, prendra la

3. Quand on place un diffuseur de parfum dans une pièce de la maison, on constate que l’odeur s’y répand. Explique , à partir des caractéristiques des états de la matière, comment ce phénomène est possible.

4. Représente la surface libre des liquides se trouvant dans les récipients suivants. Si le récipient est gradué, il doit être rempli à 100 mL, sinon il doit être rempli au maximum possible.

5. Détermine quels sont les états de la matière représentés dans les deux situations et justifie ta réponse par un argument.

Dans ce récipient, la matière est à l’état , car

Dans ce récipient, la matière est à l’état , car

6. Tu es à la piscine et tu t’apprêtes à plonger. Malheureusement, tu rates ton plongeon et tu regagnes le bord du bassin les cuisses rougies par l’exercice. Explique ce phénomène du « plat » à partir des caractéristiques des liquides.

MODÈLE ET ÉTATS DE LA MATIÈRE

Le dernier exercice du chapitre 1 traitait d’un plongeon raté, et tu es parvenu(e) à expliquer cet échec grâce aux caractéristiques des liquides. En revanche, quand on y regarde de plus près, ni le volume ni la forme du liquide ne permettent d’expliquer la réussite d’un plongeon.

Il semblerait donc que les seules caractéristiques de forme et de volume des états de la matière ne soient pas suffisantes pour expliquer des phénomènes de notre quotidien.

Bien que l’on observe la partie visible du phénomène, il n’est pas possible de l’expliquer « en profondeur » sans faire appel à une réflexion.

1. Retour sur le modèle

Comme vu précédemment, un modèle est une représentation simplifiée d’un corps, d’un phénomène ou d’un concept que l’on ne peut observer directement (parce que trop lointain ou trop petit), mais dont on recueille des informations indirectes ou des mesures.

Le modèle explique et permet de comprendre la réalité, mais il n’est pas la réalité : c’est pourquoi il est voué à évoluer, à se transformer et parfois même à être complètement abandonné et remplacé par un autre.

2. Les pixels de la matière

Voici une image représentant la composition de la couleur noire à partir de pixels. Lorsque les pixels noirs s’accumulent (sur la droite de l’image), on ne les distingue plus, et seule la couleur noire apparait.

La couleur noire est donc composée d’un ensemble de petits pixels noirs invisibles à l’œil nu.

Il en est de même pour la matière qui nous entoure. Les « pixels de la matière » portent un nom : il s’agit des molécules

Les molécules sont les structures de base qui composent la matière. Elles sont infiniment petites et donc invisibles à l’œil nu.

3. Comparaison entre deux états de la matière

Tu sais que l’eau est une matière qui, sur Terre, se trouve à l’état solide, liquide ou de gaz. Et bien que la matière soit toujours la même, les caractéristiques physiques de la glace sont bien différentes de celles de la vapeur. L’eau n’est pas la seule matière à présenter des changements en passant d’un état à un autre. Tentons d’observer une autre substance : la paraffine.

La paraffine est la matière avec laquelle la plupart des bougies sont fabriquées.

Nous allons manipuler la paraffine : attention, c’est une matière inflammable qui nécessite des précautions 1 quand on la manipule.

1 Ne pas la chauffer directement sur un réchaud, mais la faire fondre au bainmarie ; ne pas l’approcher d’une source vive de chaleur et toujours être vigilant(e) pendant sa manipulation.

EXPÉRIMENTATION

Étude de la paraffine

Matériel

– Un petit récipient résistant à la chaleur

– Une balance

– Un cylindre gradué

– Une pipette Pasteur ou compte-goutte

– De la paraffine fondue au bain-marie

Mode opératoire

–

Déterminer la capacité du récipient.

– Peser le récipient.

– Laisser le récipient sur la balance.

– Remplir à ras bord le récipient de paraffine liquide ou le remplir jusqu’à un volume défini.

– Mesurer la masse du récipient avec la paraffine.

– Quand la paraffine est solidifiée, mesurer la masse du récipient avec la paraffine.

– Mesurer le volume de la paraffine.

Mesures et calculs

Récipient vide

Récipient + paraffine liquide

Récipient + paraffine solide

Paraffine liquide

Paraffine solide

Observations

Couleur

Transparence

Surface

Schéma de la surface

Masse (g)

Volume (mL)

Récipient vide

Paraffine liquide

Paraffine solide

Paraffine liquide

Paraffine solide

Conclusion

ö Complète le texte à l’aide des mots proposés.

masse – liquide – liquide – translucide – blanche – solide – solide –volume – volume

La paraffine est une substance qui peut se présenter à l’état . Sous cette forme, c’est une matière opaque et de couleur

Par contre, quand elle est à l’état , elle devient et presque incolore.

Quand la paraffine se refroidit et passe de l’état à l’état , d’une part, elle change d’aspect et, d’autre part, elle change aussi de . En effet, la paraffine se contracte et son diminue. Néanmoins, elle garde la même en passant d’un état à l’autre.

Tout comme l’eau, la paraffine présente des caractéristiques physiques différentes en fonction de son état solide ou liquide. La substance reste toujours la même, c’est de la paraffine, et donc les molécules sont toujours les mêmes aussi, mais elle n’a plus le même aspect.

ö Formule des hypothèses pour expliquer ces changements de caractéristiques physiques alors qu’il n’y a pas de changement de molécules.

4. Construction d’un modèle moléculaire des solides et des liquides

Pour vérifier l’hypothèse que tu viens de formuler, nous allons imaginer les modèles moléculaires de l’état liquide et de l’état solide d’un corps. Mais avant de les schématiser, il faut réfléchir à la forme que doivent prendre ces modélisations.

Voici une série de phrases accompagnées de propositions.

ö Barre la proposition qui ne correspond pas à l’observation macroscopique. a) Pour représenter une substance toujours la même comme la paraffine, il faut : – dessiner des molécules qui sont toujours les mêmes (forme, taille, couleur) ; – changer la forme, la taille et la couleur des molécules à chaque dessin.

b) Pour tenir compte de la masse constante d’un corps lors d’un changement d’état, le nombre de molécules qui représente ce corps : – varie à chaque changement d’état ; – est toujours le même pour chaque état représenté.

c) Pour illustrer la diminution de volume de la matière lors du passage de l’état liquide à l’état solide, il faut dessiner des molécules : – plus proches les unes des autres à l’état solide qu’à l’état liquide ; – plus petites à l’état solide qu’à l’état liquide.

d) Pour visualiser la caractéristique qu’un liquide a de prendre la forme du récipient qu’il occupe, il faut dessiner des molécules : – séparées les unes des autres ; – qui tiennent ensemble.

ö À partir des réponses précédentes, représente l’état liquide et l’état solide de la paraffine.

Paraffine à l’état liquide

Légende :

Paraffine à l’état solide

Notre premier modèle moléculaire permet-il d’expliquer ce que nous avions évoqué : le plongeon réussi et le plat  ?

5. Un modèle à l’épreuve

Tente de modéliser simplement le plongeon réussi et le plat.

ö Représente les molécules d’eau par des ronds tous identiques et le corps qui plonge par une barre comme celle-ci :

Bien entendu, ton schéma sera explicatif et non réaliste.

Plongeon réussi Plat

ö Explique pourquoi le corps traverse aisément les molécules.

ö Explique pourquoi le corps frappe la surface et n’entre pas facilement dans les molécules.

ö Au chapitre 1, dans l’expérience 4 (p. 145), nous avions vu que les solides et les liquides étaient incompressibles alors que les gaz pouvaient être comprimés. D’un point de vue moléculaire, à quoi correspond la diminution de volume ?

ö Explique, à l’aide du modèle moléculaire, l’incompressibilité des solides et des liquides.

ö Les gaz, eux, sont compressibles : explique ceci d’un point de vue moléculaire.

ö En tenant compte de ce que tu as découvert, représente les molécules d’un gaz contenues dans un récipient fermé.

CONNAITRE

Notion de modèle

En sciences, un modèle est une représentation simplifiée d’un corps, d’un phénomène ou d’un concept que l’on ne peut observer directement (parce que trop lointain ou trop petit), mais dont on recueille des informations indirectes ou des mesures.

Comparaison des états de la matière Solide

Propriétés macroscopiques de la matière

 forme propre

 volume constant

 molécules serrées les unes contre les autres

 pas d’espace entre les molécules

 molécules qui ne se déplacent pas

 forme du récipient

 volume constant

 molécules libres les unes par rapport aux autres

 peu d’espace entre les molécules

 molécules qui peuvent rouler les unes sur les autres

 forme de tout le récipient

 volume variable

 molécules libres les unes par rapport aux autres

 grand espace entres les molécules

 molécules qui bougent beaucoup

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. En face de chaque caractéristique, coche la (ou les) case(s) qui correspond(ent) à l’état de la matière approprié.

Caractéristique

Dans cet état, les molécules du corps se dispersent dans tout l’espace disponible.

Dans cet état, les molécules du corps ne peuvent pas mécaniquement être rapprochées les unes des autres, mais elles peuvent rouler les unes sur les autres.

La matière dans cet état est composée de molécules qui sont serrées les unes contre les autres.

La matière dans cet état est composée de molécules qui sont mobiles les unes par rapport aux autres.

La matière dans cet état est composée de molécules très éloignées les unes des autres.

Solide Liquide Gaz

2. Le sable est un solide divisé, il est composé de grains de forme et de taille légèrement différentes pour chacun. Chaque grain est lui-même un minuscule solide. Comme tu l’as surement déjà constaté, les grains peuvent rouler les uns sur les autres et s’écouler entre les doigts.

Représente le modèle moléculaire simplifié de deux grains de sable.

3. Schématise les molécules avant et après la compression d’un gaz dans la seringue.

Légende :

Chapitre 3

CHALEUR ET TEMPÉRATURE

1. Chaud ou froid ? Tu y es presque !

Tu sais depuis longtemps que le contact avec une matière métallique diffère de celui avec une matière en bois. Pour illustrer cette différence, pense à ce que tu ressens lorsque, dans ta cuisine, tu prends en main un ustensile en métal et une cuillère en bois. Tu peux retrouver cette différence de sensation également dans d’autres situations.

ö Trouve dans la classe ces deux matières et décris ta sensation lorsque tu les touches.

Pourtant, ces deux matières sont dans la même pièce depuis longtemps : ne devraientelles pas procurer la même sensation ? Tâchons de donner une explication scientifique à ce phénomène.

1.1. Propagation de l’énergie dans les solides

Il t’est probablement arrivé de laisser plonger un certain temps une cuillère en métal dans une tasse d’eau chaude pour te faire un thé ou dans un bol de soupe. Tu as pu remarquer que le manche de la cuillère était également devenu chaud, voire brulant. Réalise une expérience illustrant ce phénomène.

EXPÉRIMENTATION

Phénomène de conduction

Matériel

– Une source de chaleur (bec Bunsen, bougie…)

– Une barre métallique

– De la cire de bougie

Mode opératoire

– Enduire toute la barre métallique de cire de bougie.

– Placer une extrémité de la barre métallique dans la flamme bleue du bec Bunsen.

– Maintenir la barre quelques instants dans cette position.

– Observer.

Observations

ö Décris ce qui se passe avec la cire.

Interprétation

ö Quel rôle joue la cire dans cette expérience ?

Pour comprendre cette observation, nous pouvons faire l’analogie avec un jeu de dominos.

Les premiers dominos qui tombent font culbuter les suivants en leur transmettant de l’énergie.

ö Utilise cette analogie pour trouver une explication à ce phénomène de propagation d’énergie.

Conclusion

ö À l’aide des documents ci-dessous, décris le phénomène au niveau moléculaire.

de propagation de l’énergie entre les molécules

de la vibration moléculaire dans la barre métallique

Ce phénomène en cascade qui conduit l’énergie de molécule en molécule s’appelle la conduction.

Nous pouvons donc faire évoluer le modèle moléculaire d’un solide vu précédemment en ajoutant la notion de vibration moléculaire . Celle-ci correspond au niveau d’énergie que possède le corps.

Modèle moléculaire d’un solide

Cette expérience aide à saisir la raison pour laquelle la cuillère métallique a chauffé jusqu’au manche lorsqu’elle a été plongée dans une source de chaleur (thé, soupe…).

Mais pourquoi cette propagation d’énergie n’a-t-elle pas lieu quand on prend une cuillère en bois ?

Si l’on utilise une caméra thermique, on peut visualiser ces propagations d’énergie.

Regarde ces images ou cette vidéo comparant deux barres de matière de nature différente plongées dans un récipient contenant un liquide très chaud.

Début de l’expérience

ö Quelle interprétation peux-tu en faire ?

Après quelques secondes

Il existe donc des objets qui freinent la transmission de l’énergie : on les appelle des isolants thermiques ; alors que d’autres facilitent ce passage énergétique : ce sont les conducteurs thermiques.

Nous utilisons ces propriétés conductrices ou isolantes dans notre quotidien.

Par exemple, nous isolons nos maisons pour éviter qu’elles perdent de l’énergie en hiver et qu’elles chauffent trop en été. Dans le cas ci-contre, à l’aide de la caméra thermique, nous constatons que l’énergie n’est pas perdue par la toiture ainsi que par le dernier étage (partie affichée en vert), car ceux-ci sont isolés, alors qu’elle est perdue par les murs peu ou mal isolés des autres étages (partie affichée en rouge).

1.2. Propagation de l’énergie dans les fluides

Il y a également des transferts d’énergie qui ont lieu dans les fluides (liquides et gaz), mais les fluides utilisent un autre mode de propagation de la chaleur que la conduction. Découvre-le grâce à l’expérimentation suivante.

EXPÉRIMENTATION

Phénomène de convection

Matériel

– Deux berlins

– Deux pipettes

– Du colorant alimentaire

– De l’eau à température ambiante

– De l’eau très chaude

Mode opératoire

– Remplir à moitié un berlin d’eau à température ambiante.

– Remplir à moitié un berlin d’eau très chaude.

– Introduire, à l’aide d’une pipette, quelques gouttes de colorant alimentaire au fond du berlin rempli d’eau à température ambiante.

– Observer.

– Introduire, à l’aide d’une autre pipette, la même quantité de colorant alimentaire que précédemment au fond du berlin rempli d’eau très chaude.

– Observer.

Observations

ö Compare les réactions du colorant alimentaire entre les deux situations.

Interprétation

Pour t’aider à comprendre ce processus, nous pouvons faire une analogie avec le billard.

Lorsqu’une partie de billard commence, le premier joueur effectue la casse. Il envoie la bille blanche, avec plus ou moins de vitesse, choquer les 1 5 autres billes disposées en triangle. Cette bille blanche transmet son énergie aux autres billes qui se mettent toutes en mouvement.

ö En t’aidant de l’analogie ci-dessus, modélise les molécules d’eau et de colorant à la fin de l’expérimentation dans chacun des berlins. Utilise une légende.

Légende : Fin de l’expérimentation dans l’eau froide Fin de l’expérimentation dans l’eau chaude

Conclusion

ö Explique la dispersion rapide des molécules du colorant alimentaire.

Ce phénomène de propagation de la chaleur qui a lieu dans les fluides (liquide et gaz) et qui implique un déplacement moléculaire s’appelle la convection.

Nous pouvons donc faire évoluer le modèle moléculaire d’un liquide et d’un gaz vu précédemment en ajoutant la notion d’agitation moléculaire. Celle-ci peut être symbolisée par des flèches attachées aux molécules.

L’agitation dans un liquide est moins importante que l’agitation dans un gaz.

Dans un liquide, les molécules sont peu espacées, mais en mouvement ; alors que, dans un gaz, l’agitation, parce qu’elle est plus importante, induit un déplacement plus intense et, par conséquent, un espace entre les molécules plus grand.

Formation des nuages par convection

Les phénomènes de convection sont observables dans de nombreuses applications. Ils sont à la base du fonctionnement des radiateurs, des fours, etc. Ils permettent également d’expliquer en météorologie la formation des nuages, ainsi que de comprendre la circulation des courants océaniques ou les mouvements des plaques tectoniques.

Le sujet étant vaste, nous ne pouvons qu’introduire certains modes de propagation de la chaleur. Cependant, il est important de noter qu’il en existe un troisième : le rayonnement. Le rayonnement solaire est essentiel pour réchauffer la Terre et maintenir des températures propices à la vie sur notre planète. C’est également ce mode de propagation qui permet de ressentir la chaleur en restant près d’une flamme sans la toucher.

Il existe donc trois modes de propagation de la chaleur : la conduction, la convection et le rayonnement.

1.3. Notion de chaleur, chaud et froid

Revenons à notre mise en situation illustrant la différence de sensation lorsque l’on touche deux matières différentes.

ö En utilisant les notions de transfert d’énergie, comment peux-tu expliquer pourquoi au toucher le métal te semblait plus froid que le bois ?

Nous avons souvent utilisé la notion de transfert d’énergie dans ce chapitre, tâchons à présent de nous en servir pour définir ce qu’est la chaleur.

ö À l’aide des différentes notions abordées dans ce chapitre et dssssu schéma cicontre, écris la définition de la chaleur.

ö Comment peut-on expliquer cette notion à l’aide d’un modèle moléculaire ?

ö Comment expliquer que certains corps ne semblent ni chauds ni froids lorsqu’on les touche ?

2. Distinction entre chaleur et température

Imagine que l’on place deux piscines identiques en plein soleil, mais qu’on ne les remplit pas avec la même quantité d’eau.

ö Après une après-midi à chauffer au soleil, quelle piscine t’offrira l’eau la plus chaude ?

ö Comment pourrais-tu le vérifier avant de toucher l’eau ?

Tâchons de vérifier expérimentalement cette situation.

EXPÉRIMENTATION

Influence du volume sur la température

Matériel

–

Deux berlins identiques de 250 mL

– De l’eau

– Une plaque chauffante

–

Deux thermomètres identiques

– Un chronomètre

Mode opératoire

– Remplir le premier berlin avec 50 mL d’eau.

– Remplir le second berlin avec 200 mL d’eau.

– Les chauffer identiquement pendant 3 minutes.

– Relever la température des deux berlins.

Mesures et observations

Température initiale

Volume de 50 mL d’eau

Volume de 200 mL d’eau

ö Compare la température de l’eau dans les deux berlins.

Température après 3 minutes

Interprétation

Tout comme dans les piscines prises en exemple, la température d’un volume d’eau plus petit augmente plus que la température d’un volume d’eau plus grand.

Pour comprendre cette différence de température, nous pouvons faire une analogie avec le Lotto.

Chaque semaine, il est possible de jouer au Lotto.

Certaines personnes jouent seules alors que d’autres achètent un billet commun. Imaginons, en cas de gain de 1 000 000 €, la différence entre ces deux situations :

– un joueur solitaire gagne, il est donc en possession de 1 000 000 € ;

– un groupe de 20 personnes a joué et gagne également 1 000 000 € : après le partage équitable de l’argent, chaque joueur reçoit donc 50 000 €.

Au départ, c’est la même somme d’argent qui a été gagnée, mais, à la fin, le joueur solitaire est plus riche que les joueurs associés.

Dans ce cas, l’argent représente l’énergie. Il y a donc le même apport d’énergie thermique dans les deux récipients.

Le gain de chaque joueur correspond à la température de l’eau.

Par conséquent, le joueur solitaire obtiendra un gain plus important, tout comme le plus petit volume d’eau finira avec la température la plus élevée.

Conclusion

Un même apport de chaleur provoque une forte augmentation de la température quand il y a peu de matière, et, inversement, l’augmentation de la température est plus faible si la quantité de matière est plus grande.

ö Que doit-on faire afin que l’eau du deuxième berlin atteigne la même température que l’eau du premier berlin ?

ö À l’aide de l’expérience et de l’analogie avec le Lotto, détermine les deux paramètres qui influencent la température d’un corps.

La température mesurée d’un corps dépend de :

Revenons à la situation de départ.

ö Quelle piscine aura la température la plus élevée ? Détaille ton raisonnement.

La chaleur et la température sont donc deux notions bien différentes !

La chaleur correspond aux transferts d’énergie d’un corps possédant une haute température (agitation moléculaire élevée) vers un corps possédant une plus basse température (agitation moléculaire faible).

La température est une grandeur qui permet d’exprimer le niveau de vibration ou d’agitation des molécules d’un corps. Elle se mesure à l’aide d’un thermomètre

ö Complète le schéma du thermomètre en plaçant les termes suivants aux bons endroits.

graduations – réservoir –liquide coloré – tube capillaire Télécharge le document

Plusieurs unités de mesure existent. Cependant, l’unité de mesure utilisée dans la plupart des pays est le degré Celsius (°C) , anciennement appelé degré centigrade.

Les scientifiques exploitent, quant à eux, l’unité du Système international de la température : le kelvin (K). Ce dernier est basé sur un seul point repère, appelé le zéro kelvin (0 K) qui vaut –273,15 degrés Celsius

Le zéro kelvin ou zéro absolu représente la température minimale que peut atteindre un corps. Il s’agit d’une valeur théorique que l’on ne peut mesurer expérimentalement, car elle correspond à l’absence totale de toute vibration moléculaire. Dès lors, l’échelle kelvin ne comporte pas de graduations négatives.

Chaleur et température

–

–

La température est une grandeur qui permet d’exprimer le niveau de vibration ou d’agitation des molécules d’un corps. La température se mesure à l’aide d’un thermomètre . L’unité usuelle dans la plupart des pays est le degré Celsius (°C)

La chaleur correspond aux transferts d’énergie d’un corps possédant une haute température (agitation moléculaire élevée) vers un corps possédant une plus basse température (agitation moléculaire faible).

Les molécules les plus agitées cèdent une partie de leur énergie aux molécules les moins agitées. Ce transfert cesse une fois que l’équilibre thermique entre les deux corps est atteint.

Comparaison des états de la matière

CONNAITRE

 forme propre

 volume constant

Propriétés macroscopiques de la matière

 forme du récipient

 volume constant

 forme de tout le récipient

 volume variable

Second modèle moléculaire de la matière

 molécules serrées les unes contre les autres

 pas d’espace entre les molécules

 molécules qui restent en place, ne se déplacent pas

 molécules qui vibrent

 molécules libres les unes par rapport aux autres

 peu d’espace entre les molécules

 molécules qui peuvent rouler les unes sur les autres

 molécules peu agitées

 molécules libres les unes par rapport aux autres

 grand espace entres les molécules

 molécules qui peuvent se déplacer, qui bougent beaucoup

 molécules très agitées

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Camille est face à trois récipients identiques. Un récipient contient de l’eau froide, un autre de l’eau tiède et le troisième de l’eau chaude.

Camille plonge la main droite dans l’eau chaude et la main gauche dans l’eau froide pendant vingt secondes. Ensuite, il sort simultanément les mains des récipients et les plonge toutes les deux dans le récipient contenant de l’eau tiède.

Il en résulte qu’il perçoit une sensation différente entre la main gauche et la main droite. Les sensations de chaud et de froid entre les deux mains sont inversées.

Voici les résultats de l’expérience sous forme de tableau récapitulatif.

Début de l’expérience Fin de l’expérience

Main gauche Main droite Main gauche Main droite

Camille Froid Chaud Chaud Froid

a) Explique la raison pour laquelle, lorsque l’on plonge les deux mains dans l’eau tiède, on ne ressent pas la même chose.

b) Nomme l’instrument qui permet d’avoir une mesure objective de la quantité d’énergie dans l’eau tiède.

2. Complète le texte lacunaire en plaçant les termes « chaleur » et « température ».

Le réfrigérateur est une machine magnifique qui permet de garder les aliments à une basse afin qu’ils se conservent plus longtemps.

Pour y arriver, une pompe à retire la de l’intérieur du frigo et l’expédie vers l’arrière de la machine. C’est pourquoi il est conseillé d’écarter le frigidaire du mur afin de laisser la chaleur s’échapper un peu. Si tu es curieux(se), tu peux mesurer la à l’arrière et la comparer avec celle de l’intérieur du réfrigérateur.

Quand on remplit le frigo avec les courses, il est recommandé de le faire le plus rapidement possible, car, quand on laisse la porte ouverte, la peut entrer dans le frigidaire et ainsi faire monter la de celui-ci.

De même, on veillera à y placer des aliments qui présentent une suffisamment basse afin d’éviter une variation de la interne et de forcer la machine à évacuer un surplus de

3. Des glaçons sont placés dans un verre contenant une substance liquide à température ambiante.

Modélise le transfert de la chaleur au début et à la fi n de la situation.

Début de la situation Fin de la situation

Légende :

une molécule de la substance une molécule d’eau

4. Tu prends une tasse contenant du café très chaud et un verre rempli de soda à température ambiante. Tu plonges simultanément une cuillère en métal dans le café et des glaçons dans le soda.

a) Coche d’une croix les cases « vrai » ou « faux » et corrige les affirmations erronées.

1 Le café reçoit la chaleur de la tasse.

2. La température du café augmente.

3. La cuillère reçoit la chaleur du café.

4. Les glaçons cèdent la chaleur au soda.

5. La température du soda diminue.

b) Après quelques minutes, la cuillère métallique est entièrement chaude. Nomme le mode de propagation par lequel la chaleur s’est transmise à l’entièreté de la cuillère.

Justi fi e ta réponse.

5. Scanne la page pour accéder à une simulation en ligne. Celle-ci te permet d’illustrer l’apport d’énergie dans différentes situations. Trouve les différentes combinaisons possibles.

LES EFFETS DE LA CHALEUR SUR LE VOLUME ET LA MASSE

Quand tu passes sur un pont à vélo ou en voiture, tu ressens une secousse en montant ou descendant du pont et tu aperçois une structure comme sur la photo.

ö Émets une hypothèse concernant le rôle de cette structure.

1. Effet sur les solides

Ci-contre, voici une illustration de l’expérience de Willem Jacob ’S-Gravesande, un célèbre scientifique et professeur universitaire néerlandais du 18 e  siècle. Son expérience consiste à observer et comparer le passage, de haut en bas, à travers un anneau, d’une boule en laiton froide à celui de la même boule, mais chauffée. Il remarque que, lors de cette expérience, la masse ne varie pas.

ö Décris ce que tu observes.

ö Explique ce phénomène.

ö Que se passe-t-il si on laisse refroidir la sphère ?

2. Effet sur les liquides

Le phénomène observé avec les solides se reproduit-il avec les liquides  ?

Pour répondre à cette question, une expérience est réalisée. Elle consiste à chauffer de l’eau colorée.

Utilise un tube à essai rempli d’eau colorée et fermé par un bouchon. Celui-ci est percé et accueille un fin tube. On pèse le montage avant et après l’expérience.

ö Décris ce que tu observes.

ö Explique ce phénomène.

3. Effet sur les gaz

Voici un ballon rempli d’un gaz incolore. On le tient dans des mains bien chaudes.

ö Décris ce que tu observes.

ö Explique ce phénomène.

4. Lien avec le modèle moléculaire

La chaleur peut avoir plusieurs effets observables sur la matière, solide, liquide ou gazeuse.

ö Complète le tableau récapitulatif suivant en expliquant les observations des trois activités précédentes du point de vue du modèle moléculaire.

Observation macroscopique

Explication au niveau moléculaire

Effet de la chaleur

Conséquence sur le volume

Conséquence sur la masse

La température de la matière augmente.

Le volume du corps chauffé augmente.

La masse est conservée.

Sous l’action de la chaleur, le volume d’un corps augmente : c’est la dilatation . De même, quand un corps perd de l’énergie thermique, son volume diminue : c’est la contraction

Ces phénomènes sont réversibles.

ö Modélise la dilatation des trois états de la matière.

Corps avant l’apport de chaleur

Corps après l’apport de chaleur

Solide

Liquide

Gaz

Remarque : la matière étant en mouvement, il n’est pas facile de la représenter sous cette forme dans un livre. Nous vous proposons donc une animation mettant cet aspect en évidence.

ö Maintenant que tu as étudié en profondeur les variations de masse et de volume lors d’échanges de chaleur, vérifie ton hypothèse de départ concernant les structures étranges sur les ponts.

CONNAITRE

Effets de la chaleur sur la masse et le volume

La chaleur reçue ou perdue par un corps agit directement sur l’agitation de ses molécules et donc sur son volume.

En cas d’apport d’énergie thermique, l’agitation des molécules du corps augmente et le volume du corps augmente. On nomme ce phénomène dilatation

En cas de perte de chaleur, l’agitation des molécules du corps diminue et le volume du corps diminue. On nomme ce phénomène contraction .

Ces deux phénomènes sont réversibles.

Le transfert de chaleur agit uniquement sur la disposition des molécules constituant un corps et pas sur le nombre de ces molécules. La masse d’un corps ayant gagné ou perdu de l’énergie thermique ne varie donc pas. On dit que la masse est conservée.

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Après avoir été lavés à l’eau chaude et essuyés, ces gobelets en plastique sont empilés. Une fois qu’ils sont refroidis, il est impossible de les séparer. Explique pourquoi.

2. Observe la photo suivante.

a) Indique s’il fait chaud ou froid.

b) Justifie ta réponse.

3. Autrefois, le liquide utilisé dans les thermomètres était du mercure. Cependant, en raison de sa toxicité, il a été remplacé par de l’alcool coloré en rouge ou en bleu. Explique , d’un point de vue moléculaire, le phénomène qui se produit dans le thermomètre lorsque celui-ci est en contact avec un corps plus chaud.

4. Explique pourquoi, selon la saison, la hauteur de la tour Eiffel varie de quelques millimètres.

Chapitre 5

LES CHANGEMENTS D’ÉTAT

1. Étude de la fusion de l’eau

Lors de leur camp, en prévision de fortes chaleurs, les scouts aiment placer leur gourde en métal au congélateur pour avoir de l’eau fraiche toute la journée. Ils ont ainsi un gros glaçon à l’intérieur qui garde la fraicheur. Mais si on tarde trop à boire, c’est la surprise : l’eau devient tiède.

ö Émets une hypothèse pour expliquer cette situation.

Afin de comprendre ce phénomène, réalisons une expérience.

EXPÉRIMENTATION

La fusion de l’eau

Matériel

– Un berlin

– Un tube à essai

– Un thermomètre

– Un chronomètre

– De la glace pilée

– De l’eau tiède

– Une balance

Mode opératoire

–

Remplir le berlin d’eau tiède.

– Verser la glace pilée dans le tube à essai.

– Peser le tube à essai contenant la glace pilée.

– Placer le thermomètre dans le tube à essai.

– Placer le tube à essai dans le berlin.

– Relever la température de l’eau toutes les minutes.

– Peser le tube à essai.

Observations et mesures

ö Complète le tableau en indiquant la température et l’état de l’eau à l’intérieur du tube à essai.

Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Température (°C)

État de l’eau

ö Rédige un court texte pour décrire ce que tu as observé au cours de l’expérience.

Interprétation

ö Complète le titre du graphique à la page suivante.

ö Utilise les valeurs du tableau pour tracer le graphique.

(1 cm à 1 min et 1 cm à 1 °C)

Graphique évolutif de en fonction

Temps (min)

ö Explique ce qui s’est passé au cours de l’expérience en détaillant les échanges de chaleur entre les substances.

Conclusion

L’apport d’énergie thermique à un corps solide engendre une augmentation de la vibration de ses molécules, c’est-à-dire de sa température. Lorsque cette vibration devient une agitation suffisante, elle provoque un changement d’état appelé fusion . La masse du corps ne varie pas au cours d’un changement d’état.

2. Vaporisation de l’eau

Dans l’expérience précédente, l’eau contenue dans ton tube à essai est passée entièrement à l’état liquide. Poursuivons cette expérience en versant l’eau du tube à essai dans un berlin que nous chauffons. Voici ce qui se produit.

Dans un premier temps, des bulles commencent à se former et à remonter lentement à la surface de l’eau. D’abord faiblement, puis fortement : c’est l’ ébullition

À ce moment, plongeons un thermomètre pour mesurer la température. Le résultat est le suivant : 100 °C.

ö Explique ce qui s’est passé au cours de l’expérience en évoquant les états physiques de l’eau.

ö Quel est le nom de ce changement d’état ?

ö Modélise la situation au cours du temps.

Au début de l’expérience Lorsque l’eau est au-dessus de 100 °C

ö À présent, modélise la situation au moment du changement d’état.

ö Explique ce qui s’est passé au cours de l’expérience, en détaillant les échanges de chaleur entre les substances.

Remarque : même sans apport majeur de chaleur et sans formation de bulles, même si l’eau n’atteint pas 100 °C (dans les conditions standards de pression), elle se vaporise. Ce processus est lent et a lieu à la surface du liquide. C’est l’évaporation.

3. Perte de chaleur par un corps

Maintenant que tu sais ce qui se passe quand on apporte de la chaleur à un corps, étudions les conséquences d’une perte de chaleur.

Reprenons le cas où l’eau a pu être chauffée au-delà de 100 °C et imaginons qu’on refroidisse la vapeur produite.

ö Explique ce qui se passe au niveau moléculaire si cette vapeur d’eau perd de l’énergie thermique.

ö Complète ton explication à l’aide d’un modèle moléculaire. Pour cela, relie le bon modèle à l’étape de la situation sans prendre en compte le nombre de molécules.

Début Milieu Fin

La perte d’énergie thermique d’un corps à l’état de gaz engendre une diminution de sa température. Lorsque cette température a suffisamment diminué, le corps passe à l’état liquide. Ce changement d’état s’appelle la liquéfaction

Continuons à enlever de l’énergie à l’eau liquide et réalisons une nouvelle expérience.

EXPÉRIMENTATION

La solidification de l’eau

Description de l’expérience

Un berlin est rempli à moitié de glace pilée. On y place un tube à essai contenant de l’eau et un thermomètre afin de relever la température et l’état de l’eau toutes les trente secondes.

Observations et mesures

Interprétation

Graphique évolutif de la température de l’eau en fonction du temps

(°C)

Temps (min)

ö Décris l’évolution de la température et des états de la matière en fonction du temps en te servant des documents précédents.

ö Explique ce qui se passe au niveau moléculaire quand l’eau liquide perd de l’énergie thermique.

ö Compare les graphiques de la fusion (pages 180 et 184) et de la solidification de l’eau.

Conclusion

La perte d’énergie thermique d’un corps liquide engendre une diminution de l’agitation de ses molécules, c’est-à-dire de sa température. Lorsque cette agitation devient une vibration, elle provoque un changement d’état appelé solidification

À présent que tu as étudié les différents changements d’état, reprends la situation concernant la gourde des scouts.

ö Vérifie ton hypothèse de départ relative à la disparition du glaçon et à l’augmentation de la température de l’eau.

4. Tous à la même enseigne ?

L’eau a un comportement inattendu lors de sa fusion ou de sa solidification par rapport à d’autres matières. Afin de le mettre en évidence, une expérience a été réalisée.

EXPÉRIMENTATION

Comportement inattendu de l’eau

Matériel

– Trois tubes à essai

– Un porte-tube à essai

– Un marqueur pour le verre

– Une balance

– Un congélateur

– Un bain-marie

– Une source de chaleur

– De l’huile de tournesol

– De l’eau

– De la paraffine

Mode opératoire

– Faire fondre la paraffine au bain-marie.

– Remplir au même niveau un tube à essai d’eau, un tube à essai d’huile et un tube à essai de paraffine.

– Repérer au marqueur les niveaux de l’eau, de l’huile et de la paraffine dans chaque tube à essai.

– Mesurer individuellement la masse de chaque tube à essai.

– Placer les tubes à essai contenant l’eau et l’huile au congélateur.

– Laisser figer la paraffine à température ambiante.

– Repérer les niveaux de l’eau, de l’huile et de la paraffine passées à l’état solide.

– Mesurer individuellement la masse de chaque tube à essai.

Observations et mesures

ö Après avoir relevé les niveaux des trois tubes à essai, que constates-tu ?

ö Complète le tableau suivant avec les masses de l’eau, de l’huile et de la paraffine.

Eau

L S L S L S

Masse (g)

ö Qu’observes-tu ?

Interprétation

Le modèle moléculaire nous aide à expliquer ce que nous observons.

Quand la paraffine et l’huile sont à l’état solide, leurs molécules sont plus proches les unes des autres que quand ces matières se trouvent à l’état liquide. Ceci explique l’augmentation de leur volume lors du passage de l’état solide à l’état liquide. Néanmoins, la masse reste constante dans les deux cas, car le nombre de molécules ne varie pas.

Dans le cas de l’eau, la forme particulière des molécules joue un rôle dans leur agencement. À l’état solide, les molécules laissent plus d’espace entre elles qu’à l’état liquide.

Le volume de la glace est donc plus grand que celui de l’eau liquide.

Conclusion

Dans le cas de l’eau, lors de la solidification, on observe un phénomène inverse des autres matières. Les molécules ayant une forme particulière s’agencent de manière à occuper plus de place, l’eau se dilate.

En cas de fusion de l’eau, les molécules prennent moins de place, ce qui diminue le volume.

CONNAITRE

Changements d’état

Lors d’un échange suffisant d’énergie thermique entre un corps et son environnement, ce corps peut passer d’un état à un autre. Ce changement d’état ne fait pas varier la masse du corps.

Effets d’un apport d’énergie thermique sur la matière

Si un corps capte la chaleur à partir de son environnement, son agitation moléculaire augmente.

Deux changements d’état sont possibles grâce à un apport d’énergie thermique : – la fusion  : c’est le passage d’un corps de l’état solide à l’état liquide ; – la vaporisation  : c’est le passage d’un corps de l’état liquide à l’état de gaz.

La vaporisation peut se dérouler soit au sein même du liquide : on parle alors d’une ébullition  ; soit à la surface du liquide : il s’agit dans ce cas d’une évaporation

Effets d’une perte d’énergie thermique sur la matière

Si un corps cède de la chaleur à son environnement, son agitation moléculaire diminue.

Deux changements d’état sont possibles grâce à une perte d’énergie thermique : – la liquéfaction  : c’est le passage d’un corps de l’état de gaz à l’état liquide ; – la solidification  : c’est le passage d’un corps de l’état liquide à l’état solide.

Lors de la solidification d’une matière, les molécules occupent moins de place, sauf dans le cas de l’eau où l’on observe le phénomène inverse car son volume augmente. La glace a donc un volume plus grand que l’eau à l’état liquide.

Graphique de la variation de la température en fonction du temps lors d’un changement d’état

Dans un graphique évolutif de la température d’un corps, un changement d’état est mis en évidence par un palier de température . C’est-à-dire une température constante durant le changement d’état.

Ainsi, tant que le corps n’est pas complètement passé à l’état suivant, sa température ne varie pas.

Pour l’eau, la température de fusion est de 0 °C et la température d’ébullition de 100 °C.

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Voici une série de questions à propos du gallium.

a) Entoure le graphique qui représente la situation lorsque l’on chauffe le gallium.

b) Justifie ton choix.

c) Indique la température de fusion du gallium.

d) Indique la durée du changement d’état.

e) Indique la température à 120 secondes.

f) Nomme l’état du gallium si sa température est de 17 °C.

2. Une expérience est réalisée avec un morceau d’étain de 25 g. Ce morceau est chauffé dans un tube à essai. Les différentes étapes du processus sont mises dans le désordre.

a) Classe les quatre représentations dans l’ordre chronologique.

Température (°C) Représentation

b) Nomme l’état physique de l’étain dans chaque représentation. Représentation État de la matière

c) Indique la température de fusion de l’étain. Justifie ta réponse.

d) Indique la température de solidification de l’étain. Justifie ta réponse.

e) Indique la masse de l’étain présent dans le tube C. Justifie ta réponse.

f) Réalise un modèle moléculaire de la fusion de l’étain.

3. Coche la bonne réponse.

a) Lors de la solidification d’un corps pur, la température :

 diminue ;  augmente ;  ne change pas.

b) Au cours de la solidification de l’eau, son volume :

 diminue ;  augmente ;  ne change pas.

c) Au contact d’un corps froid, la vapeur d’eau :

 fond ;  se liquéfie ;  disparait.

d) Au contact d’un corps dont la température est de 0 °C, l’eau liquide :

 se condense ;  se solidifie ;  apparait.

4. Scanne la page pour accéder à une simulation en ligne. Celle-ci te permet d’illustrer les changements d’état au niveau moléculaire.

NOTRE PLANÈTE

Le réchauffement climatique s’accélère depuis quelques décennies. C’est principalement dû à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre résultant des activités humaines, telles que la combustion des énergies fossiles et la déforestation.

La communauté scientifique reconnait que la température moyenne de la planète augmente, ce qui entraine des conséquences majeures. Une de ces conséquences importantes est l’élévation du niveau des océans et des mers de plusieurs dizaines de centimètres durant ce siècle selon le GIEC 1 .

Les notions vues dans les chapitres précédents vont permettre d’en donner les explications.

En rouge, modèle représentant le niveau des terres submergées lorsque la montée des eaux sera de 30 cm.

1. La fonte des glaces

Nous entendons souvent parler de la fonte des glaces, mais les glaciers, les calottes glaciaires et les banquises sont des formations de glace très différentes. Les banquises sont des plaques de glace flottant sur l’eau, elles sont constituées d’eau de mer. Alors que les glaciers (ex. : les glaciers de montagne) et les calottes glaciaires qui couvrent le Groenland et l’Antarctique se retrouvent sur des terres émergées, c’est-à-dire sur les continents, et sont constitués d’eau douce.

1 Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) est l’organisme des Nations unies chargé d’évaluer les travaux scientifiques actuels consacrés aux changements climatiques.

Réalisons une expérience comparative afin de comprendre la différence entre la fonte d’une banquise et la fonte d’un glacier.

EXPÉRIMENTATION

Fonte des glaces

Matériel

Modélisation de la fonte d’une banquise

– Un récipient transparent – Un marqueur – De l’eau – Un gros glaçon

Mode opératoire

Modélisation de la fonte d’une banquise

– Placer le glaçon dans le récipient transparent.

– Remplir le récipient d’eau jusqu’à ce que le glaçon flotte.

– Marquer d’un trait le niveau d’eau.

– Laisser fondre le glaçon.

Modélisation de la fonte d’un glacier

– Un récipient transparent

– Une grosse pierre – Un marqueur – De l’eau

– Un gros glaçon

Modélisation de la fonte d’un glacier

– Placer la grosse pierre dans le récipient.

– Superposer le glaçon à la pierre.

– Remplir le récipient d’eau de manière à recouvrir les 4/5 de la pierre.

– Marquer d’un trait le niveau d’eau.

– Laisser fondre le glaçon.

Observations

ö Représente le niveau d’eau en te référant au niveau d’eau des schémas précédents.

ö Compare les niveaux d’eau.

Interprétation

ö Comment peux-tu expliquer la différence entre ces deux observations ?

Conclusion

ö Quelle est la différence entre la fonte des banquises et la fonte des glaciers ?

2. Augmentation de la température de l’eau

Lorsque la Terre se réchauffe, l’eau des océans et des mers absorbe une plus grande quantité de chaleur de l’atmosphère. Cette absorption de chaleur provoque une augmentation de la température de l’eau.

ö Quel est le nom du phénomène qui se produit lorsqu’un corps augmente de température ?

ö Explique la conséquence liée à ce phénomène sur les océans et les mers.

SYNTHÈSE

ö Rédige une synthèse qui reprend les principaux facteurs expliquant l’augmentation du niveau des mers et des océans à la suite des changements climatiques.

Arrivé(e) au terme de ces chapitres, tu es maintenant capable de…

Chapitre 1 : La matière dans tous ses états

 citer et décrire les trois états de la matière

 distinguer les caractéristiques physiques de chaque état de la matière

Chapitre 2 : Modèle et états de la matière

 définir la notion de modèle scientifique

 modéliser les trois états de la matière en utilisant des conventions scientifiques

 établir le lien entre l’aspect macroscopique de chaque état et son aspect moléculaire

Chapitre 3 : Chaleur et température

 définir et distinguer les notions de chaleur et température

 modéliser la propagation de l’énergie thermique

 mettre en évidence le lien entre l’agitation moléculaire et la propagation de la chaleur

 mettre en évidence le lien entre l’agitation moléculaire et la température d’un corps

 connaitre les propriétés d’un isolant et d’un conducteur thermique

 donner l’instrument de mesure, l’échelle ainsi que l’unité usuelle de la température

 relever la température d’un corps donné

Chapitre 4 : Les effets de la chaleur sur le volume et la masse

 mettre en évidence l’impact du transfert de la chaleur sur la masse

 réaliser un modèle moléculaire de la dilatation ou de la contraction d’une matière

 distinguer la contraction et la dilatation d’une matière

Chapitre 5 : Les changements d’état

 mettre en évidence l’impact du transfert de la chaleur sur les états de la matière

 énoncer que, lorsqu’un corps change d’état, sa masse est conservée

 nommer les changements d’état de la matière en lien avec les états de la matière concernés

 faire le lien entre l’apport ou la perte de chaleur et le changement d’état de la matière

 faire le lien entre la température d’un corps et son état physique

 à partir d’un tableau de données, représenter le graphique évolutif de la température de la matière en fonction du temps

 reconnaitre les changements d’état à partir d’une représentation graphique de la température en fonction du temps

 repérer les états de la matière sur le graphique de l’évolution de la température en fonction du temps

 connaitre la température de fusion et d’ébullition de l’eau pure

 identifier la particularité de l’eau en ce qui concerne la variation de son volume lors d’un changement d’état

Notre planète

 expliquer la différence entre la fonte d’une banquise et la fonte d’un glacier et l’impact écologique de chaque phénomène

 décrire l’effet du réchauffement climatique sur la température des mers et des océans

Rachel Carson

Rachel Carson nait en 1907 en Pennsylvanie, aux États-Unis. Dès son plus jeune âge, elle est fascinée par la nature. Elle passe des heures à observer les animaux dans les environs de la ferme familiale, ce qui la conduira à étudier la biologie marine à l’université.

Devenue biologiste et écrivaine, elle fait partager ses découvertes au monde entier. Après une trilogie consacrée à la mer, elle publie Printemps silencieux , en 1962. Elle y explique combien certains produits chimiques, comme les pesticides, sont dangereux pour les animaux et les humains. Imagine un monde sans chants d’oiseaux et sans poissons dans les rivières ! Pas très joyeux, n’est-ce pas ?

Grâce à Rachel, beaucoup de gens commencent à faire attention à l’environnement.

C’est le début du mouvement écologiste.

Elle meurt en 1964, mais son héritage continue d’inspirer les défenseurs de l’environnement partout dans le monde. Un prix international portant son nom est décerné à des femmes qui se distinguent par leur travail en faveur de la protection de la nature. Une vraie championne pour la planète !

Thème

5 MÉLANGES ET CORPS PURS

L’eau, sous toutes ses formes, est la ressource naturelle la plus répandue sur notre planète, ce qui vaut à celle-ci le surnom de « planète bleue ». En effet, 70 % de la surface de la Terre est couverte d’eau. Cependant, 97 % de l’eau est salée, ce qui ne laisse qu’une infime proportion d’eau douce. Mais, de cette petite part, près de 70 % est emprisonnée dans les glaces polaires, la rendant inaccessible à l’être humain !

Malgré cette faible disponibilité, la demande en eau douce ne cesse de croitre. En Belgique, nous consommons en moyenne plus de 100 litres d’eau par jour et par habitant, sans compter l’eau nécessaire à la production de notre nourriture et à la fabrication d’autres biens. De plus, la croissance industrielle fulgurante entraine des rejets de déchets toxiques rendant l’eau impropre à la consommation.

Tout ceci nous place face à un défi environnemental crucial : il devient impératif de repenser notre gestion de l’eau pour la rendre disponible de manière équitable et durable, non seulement pour les populations actuelles, mais aussi pour les générations futures.

LE CONFORT

D’UNE EAU DISPONIBLE

De retour chez toi, après l’école, tu as soif et tu désires boire un verre d’eau.

è Où vas-tu chercher l’eau pour remplir ton verre

1. Une eau à boire

1.1. L’eau limpide renferme-t-elle quelque chose ?

Dans un verre d’eau potable, on peut observer une eau limpide. Voyons si une eau parfaitement transparente et incolore est une eau qui ne renferme rien d’autre que… de l’eau.

Tu as devant toi quatre bouteilles (A, B, C, D) renfermant un liquide.

è Quelle(s) différence(s) observes-tu entre ces quatre liquides ?

è Décris précisément le liquide contenu dans chacune des bouteilles.

Exceptionnellement, ces échantillons vont être goutés afin de déterminer s’il s’agit bien ou non du même liquide. Tout ce qui est mis à disposition est propre à la consommation.

è Complète le tableau en reportant ce que tu as découvert après avoir gouté les liquides.

Gout du liquide A Gout du liquide B Gout du liquide C Gout du liquide D

è Quelles substances ont été découvertes lors de ce test ?

è Quel nom porte une matière composée de plusieurs constituants ?

è Quand on ne voit pas les constituants à l’œil nu, cette matière porte un nom plus précis. Lequel ?

1.2. Et l’eau minérale ?

Une eau limpide que tu connais bien et que tu consommes beaucoup est l’eau minérale. Tu as certainement l’habitude de rencontrer ce genre de contenu publicitaire sur Internet ou à la télévision.

Découvrez la pureté naturelle avec notre eau ! Captée directement à la source, notre eau subit une filtration naturelle en traversant les couches profondes de la roche. Chaque gorgée vous offre fraicheur et hydratation exceptionnelles. Rigoureusement testée et contrôlée, notre eau minérale est exempte de toute contamination et garantit votre bienêtre.

Choisissez cette eau minérale pour son gout unique et sa qualité inégalée et offrez à votre corps une pureté absolue pour une hydratation parfaite.

Les publicités de plusieurs marques d’eau en bouteille peuvent qualifier leur produit d’eau pure.

è Que signifie la qualification « pure » dans la publicité ?

è Recherche la signification scientifique du mot « pure ».

La définition d’une matière pure selon un scientifique semble être très différente de celle d’un publicitaire !

Voici ci-dessous un exemple d’étiquette d’une eau minérale. Analysons-la.

Composition

Calcium : Ca2+

Sodium : Na+

Magnésium : Mg2+

Potassium : K+

Bicarbonates : HCO3

Sulfates : SO4

: NO3

Net : 500 mL

è Coche les propositions qui qualifient l’eau minérale en bouteille.

{ Elle est composée de deux constituants.

{ Elle est composée de plusieurs constituants.

{ On peut distinguer ses constituants à l’œil nu.

{ On ne peut pas distinguer ses différents constituants à l’œil nu.

è En te basant sur les propriétés de l’eau minérale en bouteille, comment peux-tu la qualifier ?

1.3. L’eau pure existe-t-elle vraiment ?

Nous venons de découvrir que les propriétés physiques visibles à l’œil nu de certaines eaux limpides, dont l’eau en bouteille, ne révèlent pas la réalité de leur composition chimique. En effet, en se mélangeant avec l’eau, certains composés deviennent invisibles à l’œil nu (sel, sucre, minéraux…). L’ensemble forme donc un mélange homogène

En réalité, l’eau pure n’existe pas dans la nature. L’eau naturelle est toujours mélangée à d’autres substances (gaz, minéraux…). L’eau de mer, l’eau de rivière, l’eau de pluie représentent donc des exemples de mélanges homogènes de plusieurs matières différentes.

è Chaque matière est constituée d’une structure de base infiniment petite. Comment l’appelle-t-on ?

è En te basant sur tes connaissances de la constitution de la matière, déduis les constituants de l’eau pure.

L’ eau pure peut exister, mais pas dans la nature ! Il faut la purifier : il s’agit de l’ eau distillée . Elle est souvent utilisée dans les laboratoires scientifiques ou dans l’industrie. Elle est également disponible dans le commerce pour un usage domestique. On l’utilise par exemple dans les batteries, les systèmes de refroidissement des voitures, le fer à repasser…

1.4. Gros plan sur des eaux

Reprenons un des échantillons d’eau utilisés plus haut : l’eau salée. On considère qu’il a été préparé avec de l’eau pure et du sel.

Examinons l’eau salée de plus près. Pour ce faire, nous avons besoin de représenter et d’observer la disposition de ses constituants.

è En science, qu’utilise-t-on afin de représenter les molécules d’une matière donnée ?

è Représentons l’eau salée.

a) Représente les molécules de l’eau salée en utilisant la légende proposée.

b) Regroupe les molécules identiques dans les cases correspondantes ci-dessous.

c) Indique le nom de chaque matière représentée par l’ensemble des molécules dans les cases.

Légende :

molécule d’eau

molécule de sel

Eau salée

è Qu’est-ce qui différencie une eau salée d’une eau distillée au niveau moléculaire ?

è L’eau distillée et le sel sont des corps purs. À partir de ta modélisation, formule la définition de ce nouveau type de matière.

Nous venons de voir que l’eau limpide peut renfermer des constituants invisibles. Nous pouvons en conclure qu’une observation à l’œil nu n’est pas fiable. Elle ne permet pas d’affirmer si une matière est pure ou si c’est un mélange homogène.

Dans ce cas, seule sa composition moléculaire peut nous renseigner sur les types de molécules présents dans l’échantillon…

2. Une eau utile

Dans ton quotidien, tu utilises de l’eau autrement qu’en la consommant : par exemple, pour laver la vaisselle.

è Énonce d’autres situations où tu utilises de l’eau.

è Quand tu as terminé de l’utiliser, cette eau est-elle toujours aussi limpide ?

è Que devient cette eau quand tu n’en as plus besoin ?

2.1. L’eau de vaisselle

Tu as devant toi un récipient renfermant une eau de vaisselle reconstituée à partir d’eau de distribution, de liquide vaisselle et de différents composants.

è Écris le nom des corps présents dans l’eau de vaisselle.

è Quelle différence observes-tu entre l’eau de distribution et l’eau de vaisselle ?

è Quel nom donne-t-on aux mélanges comme celui de l’eau de vaisselle ?

è En te basant sur les observations que tu viens de faire, complète le texte suivant. L’eau de vaisselle et l’eau de distribution sont toutes les deux des

Quand on les observe , on constate qu’elles sont différentes.

Dans l’eau de vaisselle, on distingue nettement plusieurs , ce qui n’est pas le cas pour l’eau de distribution. Voilà pourquoi l’eau de vaisselle est appelée un . À l’inverse, l’eau de distribution est qualifiée de .

2.2. Les eaux usées

è Observe l’illustration et explique ce que sont les eaux usées qui circulent dans les égouts.

Ces eaux usées peuvent être responsables de la pollution des mers, des cours d’eau, mais aussi des sols.

Afin d’éviter cette pollution, que peut-on faire ?

Quelles sont les structures qui permettent de faire ceci ?

CONNAITRE

Mélanges et corps purs

Un corps pur désigne toute matière constituée d’un seul type de molécules.

Exemples : eau distillée, sel de cuisine, sucre…

L’ eau distillée est une eau pure. Elle est obtenue par un processus physique visant à éliminer les impuretés et les minéraux.

Un mélange désigne toute matière constituée de plusieurs types de molécules. –

Dans un mélange hétérogène , les différents constituants sont visibles à l’œil nu.

Exemple : après avoir mélangé de l’eau et du sable, on peut clairement distinguer les deux constituants.

–

Dans un mélange homogène , on ne peut pas distinguer les différents constituants à l’œil nu.

Exemple : après avoir mélangé de l’eau et du sel, on ne peut plus distinguer les deux constituants à l’œil nu.

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Colorie les cases qui se rapportent aux corps purs en bleu et celles qui se rapportent aux mélanges en vert.

Les eaux usées

Plusieurs constituants différents

Du sucre

2. Qui suis-je ?

Ma définition…

Un seul type de particules

Eau de bouteille

Je suis constitué de deux ou plusieurs types de molécules.

Je suis une eau pure constituée uniquement de molécules d’eau.

Mes constituants ne sont pas visibles à l’œil nu.

Je suis une substance constituée d’un seul type de molécules.

Eau distillée

Plusieurs types de molécules

Je suis…

3. Nomme ces différentes matières en fonction de leur composition moléculaire.

4. Dans le cadre d’une journée portes ouvertes dans son école, Lara présente une activité scientifique où elle réalise quatre manipulations différentes. Elle dispose des matières suivantes : de l’eau, du sirop de menthe, de l’huile d’olive, du café moulu et du sucre fin. Elle mélange à chaque fois une petite quantité d’eau et une autre substance dans un tube à essai. Elle agite le contenu, puis elle laisse reposer. Pour finir, elle fait deviner chaque type de mélange aux visiteurs.

Voici ci-dessous les schémas des différentes manipulations. Précise le type de mélange contenu dans chaque tube à essai.

5. Les phrases suivantes décrivent des exemples de matières. Liste celles-ci et précises -en le type de substance.

A. Chaque matin, Dina commence sa journée en préparant son déjeuner : elle prend un bol de céréales et y verse du lait.

B. L’urine est un déchet biologique composé de 95 % d’eau, de déchets azotés, comme l’urée, ainsi que d’autres substances.

C. L’ingrédient de base de cette pâte à tartiner est le sucre.

D. Les fils de l’installation électrique de notre maison sont en cuivre.

E. Sous nos pieds, le sol est composé d’un mélange de particules minérales, de matières organiques, d’eau et de plusieurs gaz.

F. L’air qui nous entoure est composé principalement de diazote (78 %), de dioxygène (21 %) ainsi que d’autres gaz, comme le dioxyde de carbone et l’argon.

6. À l’aide du texte suivant, réalise un modèle moléculaire légendé du pétrole brut.

Le pétrole récolté dans le sous-sol est un mélange homogène. Il est donc constitué de plusieurs composants qui devront être séparés pour être utilisés dans différents domaines 1 . Parmi ces constituants liquides, on trouve :

– environ 25 % d’essence : ce constituant est utilisé principalement comme carburant dans les voitures ;

– le combustible utilisé par les avions, le kérozène : sur 1 000 litres de pétrole brut, environ 100 litres seront récupérés sous cette forme ;

– le gazole utilisé dans les moteurs Diésel ou comme combustible domestique : il constitue environ 25 % du pétrole brut ; – quatre dixièmes de produits lourds, comme le bitume, utilisé pour les routes ou les toitures, ou le fioul lourd, utilisé pour les navires et par certaines centrales électriques.

1 Les proportions et les composants varient selon l’origine du pétrole et sont volontairement simplifiés pour l’exercice.

SÉPARER LES MÉLANGES : TOUTE UNE TECHNIQUE !

Nous venons de voir que, dans notre quotidien, sans même nous en rendre compte, nous contribuons à la production d’eaux usées à de nombreuses occasions, que ce soit en cuisinant, en nettoyant ou même en prenant une douche. Ces eaux usées sont inévitables en raison de notre mode de vie moderne. Heureusement, dans notre pays, nous avons la chance de disposer d’infrastructures performantes de traitement de ces eaux.

1. Les centrales d’épuration des eaux usées

Les centrales d’épuration sont de grandes installations qui permettent de transformer les eaux usées en une eau dépolluée qui pourra rejoindre un cours d’eau.

Voyons ceci de plus près.

1. Tout d’abord, les eaux usées subissent un premier traitement qui consiste à les débarrasser des plus gros déchets. L’eau passe à travers des grilles. C’est ce qu’on nomme le dégrillage.

2. Les eaux usées continuent leur trajet et passent lentement par le dessableur. À cet endroit, le sable et les graviers tombent au fond de l’eau.

3. Le déshuilage complète le traitement. Grâce à une injection d’air dans l’eau, les graisses sont rassemblées vers le haut. Elles seront ensuite raclées.

4. L’eau arrive maintenant dans un grand bassin circulaire dont le fond est conique (un peu comme un entonnoir). C’est le décanteur primaire. Les boues encore présentes dans l’eau tombent dans le fond du décanteur et sont récupérées pour être envoyées dans une station de traitement des boues.

5. Vient l’étape du traitement biologique. L’eau qui sort du décanteur est mélangée à des bactéries dont le rôle est de manger les matières organiques présentes dans l’eau. Ces bactéries transforment la matière organique en sels minéraux et en dioxyde de carbone.

6. L’eau passe par le clarificateur, dont la forme rappelle celle du décanteur primaire. Les boues épurées y sont collectées.

7. Finalement, l’eau épurée peut être déversée dans le cours d’eau, mais elle n’est pas destinée à être consommée.

Après avoir pris connaissance du document, réponds aux questions suivantes.

è L’eau rejetée dans le cours d’eau est-elle pure ? Justifie ta réponse.

è Pourquoi peut-on rejeter cette eau ?

2. Comment séparer les mélanges ?

Nous venons de constater qu’une station d’épuration utilise une série de méthodes qui permettent d’éliminer certains composants indésirables présents dans l’eau. Ces techniques ne se limitent pas uniquement aux stations d’épuration. En effet, ces procédés de séparation des mélanges peuvent également être mis en œuvre dans d’autres contextes, tels que le laboratoire ou la maison. Explorons ensemble ces différentes méthodes afin de mieux comprendre leur fonctionnement et découvrir comment nous pourrions les adapter à nos propres pratiques quotidiennes !

2.1. Passage au crible

Au jardin, il est possible de fabriquer son compost. Nous l’avons déjà abordé dans le premier thème. Quand on veut utiliser ce compost, il faut le débarrasser des morceaux qui n’ont pas encore été décomposés.

è Observe l’image et identifie l’objet qui permet cette opération.

Tentons d’expérimenter cette technique.

EXPÉRIMENTATION

Matériel

– Des graviers

– Du sable

– Des galets (ou des gros cailloux)

– Deux tamis de mailles différentes

– Quatre récipients larges

Mode opératoire

– Mélanger les graviers, le sable et les galets dans un des récipients.

– Placer le tamis aux mailles les plus larges au-dessus d’un deuxième récipient.

– Verser le mélange des trois solides dans le tamis.

– Agiter doucement le tamis de façon à faciliter le passage du mélange.

– Placer le tamis aux mailles les plus petites au-dessus d’un troisième récipient.

– Verser dans le tamis le mélange de solides obtenu dans le deuxième récipient.

– Agiter doucement le tamis de façon à faciliter le passage.

– Verser le contenu du tamis dans le dernier récipient.

Observations

ö Le mélange de départ est-il homogène ou hétérogène ?

ö Quels corps restent à la surface des tamis ?

ö Comment expliques-tu ce phénomène ?

ö À la fin de la manipulation, avons-nous récupéré chacun des composants du mélange initial ?

Conclusion

La technique à laquelle nous avons fait appel est celle du tamisage

Un tamis ou crible est une grille dont les mailles sont plus ou moins grandes en fonction du solide qu’on désire récupérer. De petits trous laissent passer des solides de petite taille et retiennent les solides de taille plus grande.

2.2. De plus en plus fin

Tu viens de presser une orange. Grâce au presse-agrume, le jus est passé à travers un tamis et une grande partie de la pulpe s’y est accumulée. Mais il reste de très petits morceaux de pulpe et tu désires les enlever.

è Comment vas-tu t’y prendre ? Propose une nouvelle méthode.

Tentons de reproduire cette technique avec d’autres matières.

EXPÉRIMENTATION

Matériel –

Du sable – Un erlenmeyer

– De l’eau – Un berlin

– Un entonnoir

– Un filtre

Mode opératoire

– Une spatule

– Mélanger le sable et l’eau dans le berlin à l’aide de la spatule.

– Placer le filtre dans l’entonnoir.

– Placer l’entonnoir au-dessus de l’erlenmeyer.

– Verser le mélange de sable et d’eau dans l’entonnoir.

Observations

ö Le mélange de départ est-il homogène ou hétérogène ?

ö Que vois-tu dans le filtre ?

ö Que vois-tu dans l’erlenmeyer ?

Conclusion

La filtration que nous avons appliquée ici permet de séparer les composants solide et liquide du mélange hétérogène. Pour isoler le solide, il faut que ce dernier reste au-dessus du filtre (comme dans le tamisage). Les minuscules trous du filtre laissent passer le liquide et retiennent les particules du solide.

2.3. Mise au sec

À la fin de notre dernière manipulation, le sable que nous avons récupéré est humide alors qu’il ne l’était pas au départ !

è Ce sable humide est-il un corps pur ou un mélange ? Justifie ta réponse.

è Observe les dessins suivants représentant le sable pendant qu’il est chauffé et après avoir été chauffé. Ensuite, réponds aux questions qui s’y réfèrent.

a) Quel est le résultat de l’opération représentée ?

b) À la fin de l’opération, récupère-t-on tous les constituants du mélange ?

c) Quel nom donnerais-tu à cette technique de séparation des mélanges ?

d) Complète le texte suivant.

La technique de séparation utilisée ici est . Elle consiste simplement à laisser le liquide de lui-même ou à le vaporiser en le . Elle permet de récupérer l’autre composant du mélange, mais pas le

2.4. Laisser reposer

Pour assaisonner la salade, souvent, on utilise une vinaigrette. Les recettes peuvent varier avec des herbes, du citron, mais globalement, ce qui ne change pas, c’est qu’on mélange de l’huile et du vinaigre.

è Observe cette photo de vinaigrette laissée au repos et décris le phénomène.

Ce phénomène porte le nom de décantation . Il est possible d’en tirer avantage pour séparer des mélanges.

EXPÉRIMENTATION

Matériel

– De l’eau – De l’huile

– Une ampoule à décanter

– Un statif et une pince – Quatre berlins

Mode opératoire

– Verser l’eau et l’huile dans un berlin.

– Laisser reposer le mélange pendant quelques minutes.

– Fixer l’ampoule à décanter sur un statif.

– Verser délicatement les liquides dans l’ampoule à décanter (robinet fermé).

– Placer un autre berlin sous l’ampoule.

– Attendre quelques instants avant d’ouvrir le robinet. – Laisser s’écouler l’eau et fermer le robinet juste avant l’arrivée de l’huile.

–

Placer un nouveau berlin sous l’ampoule.

– Laisser s’écouler le restant de l’eau et un peu d’huile.

– Fermer le robinet.

– Placer le dernier berlin sous l’ampoule et laisser s’écouler l’huile.

Observations

ö Le mélange de départ est-il homogène ou hétérogène ?

ö Qu’observes-tu quand le mélange est au repos ?

ö À la fin de la manipulation, avons-nous récupéré tous les composants du mélange ?

Conclusion

Ce que tu constates est donc un phénomène de décantation . Il peut y avoir plus que deux composants dans le mélange, comme sur la photo ci-contre du mélange d’huile, d’eau, de sable. Les composants du mélange hétérogène se séparent d’eux-mêmes. Si les corps sont plus denses que le liquide, ils tombent dans le fond du récipient. Dans le cas contraire, ils flottent sur le liquide.

2.5. Une propriété particulière

Pour cette dernière technique de séparation, un défi t’est proposé.

Tu dois séparer des clous en fonction de leur matière. Certains sont en fer et d’autres en cuivre. Mais, comme le fer a rouillé, il est difficile de voir la différence entre les clous.

À toi de proposer une technique nouvelle pour séparer les deux composants de ce mélange. Dans la méthode que tu proposes, il t’est interdit de prendre les composants du mélange avec les doigts.

EXPÉRIMENTATION

Matériel

ö Complète le matériel.

– Des clous en cuivre

– Des clous en fer rouillés

– Un berlin

Mode opératoire

ö Termine le mode opératoire.

– Placer les clous en cuivre et en fer dans le berlin et mélanger.

Observations

ö Le mélange de départ est-il homogène ou hétérogène ?

ö Quelle est la propriété qui a été utilisée dans cette technique ?

Conclusion

Parmi les techniques de séparation des mélanges, il est possible de faire appel à . L’utilisation d’un aimant permet d’extraire du mélange les corps ferreux.

2.6. Des techniques éprouvées

Nous avons appliqué plusieurs procédés pour retrouver les substances que nous avions mélangées au départ. Les techniques de séparation des mélanges correspondent aux procédés permettant de récupérer en tout ou en partie au moins un des composants d’un mélange.

Dans la vie quotidienne, ces techniques de séparation des mélanges sont très utiles notamment pour dépolluer les eaux. Comme nous en avions parlé en début de chapitre, ce sont les centrales d’épuration qui s’en chargent.

Mais ces techniques sont également utilisées dans le tri des déchets pour le recyclage des métaux ou du verre, dans le calibrage des aliments et dans bien d’autres domaines divers et variés.

CONNAITRE

Techniques de séparation des mélanges

Les centrales d’épuration des eaux usées sont des usines permettant de nettoyer suffisamment les eaux polluées pour qu’elles puissent être déversées dans un cours d’eau.

Les techniques de séparation des mélanges correspondent aux procédés permettant de récupérer en tout ou en partie au moins un des composants d’un mélange.

Le tamisage sert à séparer des solides de granulométries différentes. En les passant à travers un crible, les fragments plus grands que les trous du tamis restent à la surface de ce dernier alors que les plus petits passent à travers. Le tamisage s’applique aux mélanges hétérogènes.

Un mélange hétérogène formé d’un liquide et d’un solide fragmenté peut être séparé grâce à la filtration . Les particules du solide restent à la surface du filtre alors que le liquide le traverse.

L’ évaporation permet de retirer le liquide d’un mélange homogène ou hétérogène, soit pour sécher une matière, soit pour faire apparaitre une substance qui se trouvait dans ce liquide.

La décantation correspond au processus de séparation de mélanges hétérogènes renfermant au moins un fluide et où les constituants se séparent d’eux-mêmes. Soit un composant flotte dans le fluide, soit il y coule.

L’ aimantation est utilisée pour retirer à l’aide d’un aimant les composants ferreux d’un mélange hétérogène (voire homogène).

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Voici un texte issu d’un document du thème 2. Il mentionne des techniques de séparation des mélanges.

Lis -le, puis complète le tableau qui suit en indiquant le nom de chaque technique de séparation et l’extrait du texte qui en parle.

Le cuivre

Le cuivre doit être isolé de la gangue (partie non utile) du minerai, après que ce dernier a été extrait de la mine.

Pour ce faire, dans un premier temps, la roche ou le minerai extrait de la mine passe dans un énorme tamis pour que ne soient gardés que les morceaux les plus volumineux. Il y a ensuite plusieurs étapes de concassage et de broyage qui visent à réduire la taille des morceaux de roche ou de minerai.

Par la suite, il se passe un enrichissement par flottation : les différents composants du mélange de cuivre et de déchets vont flotter ou couler. On récupère le cuivre, puis on le sèche.

Technique de séparation

Extrait du texte

pollution plastique » des océans.

Technique de repêchage des plastiques avec un filet tiré par deux bateaux

a) Identifie les techniques de séparation des mélanges qui permettent de nettoyer les océans du plastique qui s’y trouve.

b) Explique comment les animaux peuvent souffrir de cette pollution.

c) Pour nettoyer les océans, on a recours à de grands filets. Cependant, ces filets risquent de capturer des poissons ou d’autres animaux parmi les déchets. Propose  des solutions pour éviter d’y prendre de très petits animaux.

d) Imagine des solutions pour éviter de prendre de grands animaux dans les filets.

3. Il existe différentes méthodes pour récupérer le sel présent dans l’eau. Une industrie plus ou moins artisanale s’en occupe : l’exploitation de marais salants. Lis le texte suivant.

Les marais salants

L’eau salée est acheminée par des canaux dans des bassins de décantation où les particules flottantes sont éliminées par filtration (grâce à un filet) et où les corps plus lourds finissent par tomber au fond. Les bassins communiquent entre eux par des tuyaux souterrains, l’eau passe d’un endroit à un autre par un système de vases communicants.

Dans les bassins de « séchage », l’eau s’évapore progressivement et le sel devient de plus en plus concentré. Il finit par saturer l’eau au point de se retrouver sous sa forme solide, même dans l’eau. On récolte le sel dans les derniers rectangles. Quand l’eau est suffisamment évaporée, le sel est raclé à l’aide d’un grand racloir et ramené vers le bord. Si l’eau est entièrement évaporée, il n’y a plus de formation de nouveaux cristaux. C’est pourquoi, quand le niveau baisse dans le dernier rectangle, on permet à l’eau (toujours par un système de vases communicants) d’y rentrer, à partir de l’avant-dernier bassin. Et ainsi de suite. Une fois récolté, le sel est encore humide. Il est séché au soleil, tout simplement…

Identifie les trois techniques de séparation des mélanges utilisées pour récolter le sel.

DISSOLUTION

POUR UNE SOLUTION

Comme expliqué dans l’introduction du thème, l’eau sur Terre est abondante, mais la majeure partie est salée : elle se trouve dans les mers et les océans. Étant donné cette disponibilité, nous pourrions envisager de la consommer. Nous commencerions par la nettoyer, en utilisant les techniques de séparation vues précédemment, pour la rendre limpide. Mais ensuite pourrions-nous la boire ? Pourquoi ?

Boire de l’eau de mer ne nous hydrate pas, au contraire. En réalité, c’est l’inverse qui se produit : lorsque nous consommons de l’eau salée, notre corps doit utiliser une quantité importante de son eau pour éliminer l’excès de sel ingéré. Ce processus entraine une déshydratation plutôt qu’une hydratation. En raison de sa forte concentration en sel, l’eau de mer assèche donc notre organisme au lieu de le réhydrater. Malheureusement, il est impossible de boire cette eau directement sans passer par un processus de dessalement, une technique qui permet de retirer le sel de l’eau pour la rendre potable. Bien qu’efficace, ce procédé présente un inconvénient majeur : il est extrêmement gourmand en énergie, ce qui le rend couteux et difficile à utiliser à grande échelle pour répondre aux besoins de consommation humaine.

Nous avons revu précédemment que le cycle de l’eau nous permet d’expliquer l’origine de l’eau douce, que, dans la plupart des cas, l’eau de pluie finit sa course dans l’océan.

Dans ce cas, comment expliquer que l’eau douce devienne de l’eau salée dans les mers et les océans ?

1. Aspect macroscopique de la dissolution

L’origine de l’eau salée s’explique par plusieurs processus naturels qui se sont déroulés sur des milliards d’années.

Revenons au cycle de l’eau. En s’infiltrant dans le sol ou en s’écoulant à sa surface, l’eau de pluie l’érode et emporte petit à petit les sels minéraux qui le constituent. Lorsque ces minéraux dissouts atteignent les mers, ils s’accumulent. En particulier le sodium et le chlore, qui sont les composants du sel. Ceci explique donc ce qui a progressivement rendu et continue à rendre l’eau de mer salée.

Tâchons d’illustrer ce phénomène afin de mieux le comprendre, à l’aide de l’expérience suivante.

E XPÉRIMENTATION

Dissolution du permanganate de potassium

Matériel

– Une paillette de permanganate de potassium (KMnO 4 )

– De l’eau distillée

– Un tube à essai et un bouchon

– Une spatule

Mode opératoire

– Remplir le petit berlin d’eau distillée.

– Une pipette graduée de 10 mL

– Une poire/pompe à pipetter

– Un petit berlin

– Prélever 10 mL d’eau déminéralisée à l’aide de la pipette graduée et les transvaser dans un tube à essai.

– Introduire la paillette de permanganate de potassium dans le tube à essai à l’aide de la spatule.

– Observer la paillette de permanganate de potassium quelques secondes.

– Boucher le tube à essai à l’aide du bouchon.

– Secouer le tube à essai jusqu’à ce que la paillette ne soit plus visible.

– Conserver la solution pour l’expérience suivante.

Observations

ö Décris ce que tu observes quelques secondes après avoir introduit la paillette de permanganate de potassium dans l’eau déminéralisée.

ö Qu’observes-tu après avoir secoué le tube à essai ?

Interprétation

Lorsqu’une paillette de permanganate de potassium est placée dans l’eau, elle n’est plus visible, mais elle colore l’ensemble du liquide : le permanganate se dissout dans l’eau.

Le solide qui subit la dissolution est appelé le soluté , alors que le liquide qui permet la dissolution est appelé le solvant . Le mélange obtenu à partir du soluté et du solvant est appelé une solution

è Dans cette expérience, la solution que tu viens de préparer est qualifiée de « solution aqueuse ». Qu’est-ce qu’une solution aqueuse ?

è En utilisant les mots « soluté », « solvant » et « solution », explique le phénomène de dissolution de la paillette de permanganate de potassium.

è Quel type de mélange retrouve-t-on une fois que la paillette est dissoute ?

Conclusion

è Complète ce texte lacunaire.

Lors du phénomène de , le solide, appelé le , se fragmente dans un liquide, appelé . Ceux-ci forment un mélange , appelé .

2. Modélisation de la dissolution

La paillette de permanganate de potassium n’est plus visible. Elle s’est dispersée en minuscules morceaux que l’on ne peut plus observer à l’œil nu. Afin de comprendre ce phénomène de dissolution, reprenons la manipulation précédente et représentons-la à l’aide d’un modèle moléculaire.

è Quelles caractéristiques du modèle moléculaire permettent de représenter la paillette de permanganate de potassium ?

è Modélise la paillette de permanganate de potassium.

Légende :

molécule de permanganate de potassium

Pour modéliser la dissolution, nous avons besoin de représenter le solvant et le soluté dans un tube à essai.

è Quelles caractéristiques du modèle moléculaire permettent de représenter le solvant ?

è Comment représenter une dissolution au niveau moléculaire ?

è Modélise la dissolution de la paillette de permanganate de potassium dans l’eau.

Légende :

Légende :

molécule de permanganate de potassium molécule d’eau

dissolution molécule de permanganate de potassium molécule d’eau

dissolution

3. Modélisation de la saturation d’une solution

Reprenons la situation de l’exercice 3 à la page 220 tu as appris une méthode de récupération du sel présent dans l’eau de mer.

Lis le texte ci-dessous, puis réponds aux questions et réalise une modélisation de ce qui se passe dans un marais salant.

Saturation du sel dans un marais salant

Au niveau moléculaire, lorsque l’eau de mer s’évapore, les molécules d’eau absorbent l’énergie du soleil et passent de l’état liquide à l’état gazeux. Ce processus réduit progressivement la quantité d’eau, mais le sel dissout reste dans le bassin. À mesure que l’évaporation progresse, la concentration en molécules de sel augmente dans le liquide restant. Lorsque la quantité d’eau devient insuffisante pour dissoudre le sel, la solution atteint un point de saturation, entrainant la formation de cristaux de sel.

è Quel est le soluté dans cette modélisation ?

è Quel est le solvant ?

è Établis une légende et modélise cette situation.

Légende : pendant l’évaporation après l’évaporation

Légende : pendant l’évaporation après l’évaporation

Saturation d’une solution

EXPÉRIMENTATION

Matériel – Du sel – Une cuillère – Un erlenmeyer de 100 mL – Un filtre – De l’eau distillée – Une balance – Un entonnoir

Mode opératoire

ö Réalise un mode opératoire permettant de découvrir la masse maximale de sel que l’on peut dissoudre dans 100 mL d’eau à température ambiante.

Résultat

ö Quelle est la masse de sel maximale que l’on peut dissoudre dans 100 mL d’eau ?

ö Déduis la masse maximale que l’on peut dissoudre dans 1 L d’eau.

Conclusion

La saturation se produit lorsqu’un solvant (comme l’eau) contient la quantité maximale de soluté (comme le sel) qu’il peut dissoudre à une certaine température. Plus l’agitation des molécules d’un solvant est grande, plus on peut y dissoudre une grande quantité de soluté.

CONNAITRE

Phénomène de dissolution

La dissolution est un phénomène physique au cours duquel un solide est fragmenté par un liquide.

Le soluté est le corps qui subit la dissolution.

Le solvant est le liquide qui permet la dissolution.

La solution est le mélange homogène obtenu à partir du solvant et du soluté.

Une solution aqueuse est une solution dans laquelle le solvant est de l’eau.

APPLIQUER ET TRANSFÉRER

1. Emelyne réalise l’expérience suivante. Elle verse du sel dans un récipient contenant de l’huile et dans un récipient contenant de l’eau. Elle mélange le tout et attend une heure.

Mélange de sel et d’eau

a) Quelles sont les observations d’Emelyne ?

b) Quelle conclusion peut-elle tirer de cette expérience ?

c) Détermine le soluté et le solvant de cette expérience.

d) Comment qualifier le mélange du sel avec l’huile ?

e) Réalise un modèle moléculaire de ces deux situations.

Légende :

du sel dans l’huile

du sel dans l’eau

2. L’air est composé de plusieurs gaz : du diazote (78 %), du dioxygène (21 %), de l’argon (1 %) et de nombreux autres gaz faiblement présents dont le gaz carbonique (0,04 %).

a) Modélise ce mélange en représentant uniquement les gaz significatifs.

Légende :

b) Le dioxyde de carbone n’est pas représenté. Combien de molécules faudrait-il représenter pour pouvoir modéliser quatre molécules de dioxyde de carbone ?

3. Utilise les termes vus dans ce chapitre pour compléter les phrases suivantes.

a) Lorsque tu ajoutes du sucre à de l’eau, le sucre y disparait progressivement : c’est la . Dans ce cas, l’eau est le et le mélange obtenu est une

b) Pour rendre une solution moins concentrée en sel, on peut ajouter plus d’eau. Le sel est le .

c) Lorsque l’on dissout un solide dans de l’eau, on obtient une Le solide qui est dissout est le et l’eau qui dissout est le

d) Si une solution est trop concentrée, on peut la rendre moins concentrée en ajoutant du

4. On mélange un colorant alimentaire en poudre avec de l’eau distillée.

a) Modélise la solution obtenue.

b) Indique la légende de ta représentation moléculaire.

Légende :

c) Coche la bonne réponse.

Un soluté

L’eau distillée

Le colorant en poudre

Le mélange obtenu

solvant

corps pur

mélange homogène Un mélange hétérogène Une solution aqueuse

5. On dispose de quatre matières dont voici les modélisations.

On réalise trois manipulations et nous obtenons les résultats suivants.

a) Complète le tableau en représentant les molécules de chaque mélange obtenu.

Manipulation

1. On mélange la matière C avec la matière A.

Résultat

La matière C reste visible à l’œil nu dans la matière A.

Modélisation

2. On mélange la matière D avec la matière A.

La matière D devient invisible à l’œil nu.

3. On mélange la matière D avec la matière B.

La matière D devient invisible à l’œil nu.

b) Parmi ces manipulations, cite celle(s) qui illustre(nt) une dissolution.

L’EAU, SOURCE DE VIE

L’accès à l’eau potable est un enjeu majeur dans le monde d’aujourd’hui. Pour nous, ouvrir le robinet et boire un verre d’eau sont des gestes simples. Mais, pour des millions de personnes, obtenir de l’eau est un véritable défi quotidien.

En effet, selon un rapport commun de l’OMS (Organisation mondiale de la santé) et de l’UNICEF (United Nations of International Children’s Emergency Fund 1 ) publié en 2021, plus de 2,2 milliards de personnes dans le monde n’ont pas accès à une source d’eau potable gérée en toute sécurité. Dans certaines régions du monde, notamment en Afrique et en Asie, de nombreuses familles n’ont pas d’eau potable à proximité. Elles doivent marcher des kilomètres chaque jour pour aller chercher de l’eau souvent sale et contaminée. Cela entraine des maladies comme le choléra ou la diarrhée, qui tuent chaque année environ 485 000 personnes, en majorité des enfants.

En Afrique et en Asie, de nombreuses mesures visent à améliorer l’accès à l’eau potable, souvent grâce à la collaboration de gouvernements, d’organisations non gouvernementales (ONG) et d’institutions internationales. Par exemple, le programme Wash (Water, Sanitation and Hygiene) de l’UNICEF finance la construction de puits, de stations de filtration et d’infrastructures sanitaires dans les zones rurales.

En Afrique, l’ONG WaterAid travaille à installer des systèmes de collecte d’eau de pluie et des technologies de purification d’eau à faible cout pour les communautés isolées.

En Asie, la Fondation Bill & Melinda Gates finance des projets de développement de nouvelles technologies de purification, tandis que des programmes comme celui du Fonds mondial pour l’eau soutiennent des solutions durables comme la désalinisation et le recyclage de l’eau. Ces mesures permettent à des millions de personnes d’accéder à une eau propre et sure, réduisant ainsi les maladies liées à l’eau insalubre.

Mais il reste encore, malheureusement, beaucoup à faire…

1 Fonds des Nations unies pour l’enfance.

1. Une eau accessible directement

De nombreuses personnes inventent des systèmes de purification de l’eau : pailles, filtres… Le but de ces appareils est de permettre aux habitants d’Afrique et d’Asie d’avoir directement accès à une eau potable.

À ton tour d’imaginer un système de purification afin de clarifier l’eau que te donne ton (ta) professeur(e).

EXPÉRIMENTATION

Purification de l’eau

Matériel

Mode opératoire

ö Rédige le mode opératoire de ton expérience.

Observations

ö Représente le montage de ton expérience.

ö Décris l’eau obtenue. A-t-elle le même aspect qu’au début ?

Interprétation

è Explique la différence observée entre les deux eaux.

è Explique pourquoi tu ne pourrais pas obtenir le même résultat en modifiant l’ordre des étapes.

Conclusion

è Rédige une phrase qui résume ton expérience en faisant le lien avec le résultat.

2. Une eau vraiment potable ?

Vue microscopique d’une goutte d’eau

Le système que tu as conçu t’a permis d’éliminer tous les éléments visibles à l’œil nu de ton eau et de la rendre plus translucide. Mais est-elle pour autant propre à la consommation ?

Les principaux facteurs de pollution de l’eau sont catégorisés en trois : les particules en suspension (que tu as déjà enlevées) ; les polluants chimiques  : pesticides, métaux lourds, nitrates… ; – les microorganismes  : bactéries, virus et parasites.

Tu ne peux donc pas consommer l’eau que tu as récoltée au point 1.

Il existe des moyens de purifier totalement l’eau. Certains te sont présentés dans les documents qui suivent.

è Lis les documents ci-après, puis rédige un texte expliquant comment tu pourrais améliorer ton expérience pour purifier totalement l’eau.

Le charbon actif

Le charbon actif est un charbon qui peut ressembler au charbon de bois, mais qui est produit industriellement. Son rôle est de capter des polluants dissouts dans l’eau, comme les métaux lourds ou les nitrates, qui ne peuvent être captés physiquement.

L’eau peut contenir des bactéries, des virus ou des protozoaires, qui causent des maladies (comme les bactéries de l’image ci-contre, qui sont à l’origine du choléra). Afin de tuer ces vivants, on peut utiliser des filtres à UV qui envoient des rayons ultraviolets.

La température

Les microorganismes ne peuvent survivre dans une eau à 100 °C. Quand on fait bouillir celle-ci quelques minutes, les microorganismes sont tués et l’eau est, en partie, purifiée.

Pour ton information

Il existe des appareils, comme les pailles filtrantes, qui peuvent être utilisés dans n’importe quel cours d’eau pour te permettre de boire rapidement. C’est l’une des innovations marquantes dans la lutte pour l’accès à l’eau potable. Les pailles filtrantes sont distribuées dans de nombreuses régions d’Afrique et d’Asie.

Ces pailles permettent de filtrer jusqu’à 99,99 % des bactéries et des parasites présents dans l’eau contaminée. Elles sont légères, faciles à utiliser et ne nécessitent ni électricité ni produits chimiques, ce qui les rend idéales pour les communautés rurales et isolées.

Des ONG comme Care et Water for Good en distribuent régulièrement dans des zones où l’eau potable est rare, offrant ainsi aux populations locales une solution immédiate et efficace pour boire de l’eau en toute sécurité.

Elles sont particulièrement utiles dans des situations d’urgence, dans des régions où l’accès à l’eau potable est difficile ou dans un contexte de survie.

Elles permettent ainsi de filtrer près de 1 000 L d’eau avant qu’il soit nécessaire d’en changer le filtre.

Elles utilisent principalement la filtration pour retenir des corps de plus en plus petits comme de la boue, des débris, des insectes et finalement des bactéries ou d’autres microorganismes pathogènes.

Certaines contiennent du charbon actif pour réduire les substances chimiques, les mauvais gouts et les odeurs de l’eau.

Cependant, elles ne semblent pas encore parfaites pour ôter les virus et tous les métaux lourds de l’eau.

Arrivé(e) au terme de ces chapitres, tu es maintenant capable de…

Chapitre 1 : Le confort d’une eau disponible

{ définir les notions de corps pur, mélange homogène et mélange hétérogène

{ citer les caractéristiques d’un corps pur, d’un mélange homogène et d’un mélange hétérogène

{ reconnaitre le type d’un mélange donné sur la base d’une observation à l’œil nu

{ distinguer un mélange homogène et un mélange hétérogène

{ utiliser un modèle moléculaire pour représenter un corps pur, un mélange homogène et un mélange hétérogène

{ reconnaitre le type de mélange à partir d’une composition / d’un modèle moléculaire

Chapitre 2 : Séparer les mélanges : toute une technique !

{ définir les termes techniques de la séparation des mélanges

{ définir le tamisage, la filtration, l’aimantation, la décantation et l’évaporation

{ reconnaitre les techniques de séparation des mélanges utilisées dans la vie quotidienne

{ décrire simplement le fonctionnement d’une centrale d’épuration des eaux usées et préciser sa finalité

Chapitre 3 : Dissolution pour une solution

{ définir le phénomène de dissolution

{ définir ce que sont un soluté, un solvant, une solution

{ expliquer ce qu’est la saturation d’une solution

{ réaliser un modèle moléculaire d’un corps pur et d’un mélange

{ réaliser un modèle moléculaire d’une solution

{ représenter le modèle moléculaire d’une dissolution

L’eau, source de vie

{ choisir et appliquer des techniques de séparation de mélanges pour en séparer les constituants

{ décrire et expliquer la composition d’un mélange au niveau moléculaire

{ récupérer expérimentalement les constituants d’un mélange donné et expliquer la ou les techniques utilisées

Françoise Barré-Sinoussi

Françoise Barré-Sinoussi nait en 1947 à Paris. Toute petite déjà, elle adore observer les insectes et les animaux pendant ses vacances. Elle se pose mille questions… Très vite, elle comprend qu’elle veut devenir scientifique.

Elle étudie la biologie à l’université, tout en travaillant dans un laboratoire pour apprendre sur le terrain. C’est là qu’elle découvre sa passion pour les virus. Elle rejoint l’institut Pasteur, un célèbre centre de recherche, et commence à étudier les rétrovirus, des virus très particuliers.

En 1983, avec son équipe, elle fait une découverte capitale : elle identifie un nouveau virus, responsable d’une maladie mystérieuse qui inquiète le monde entier. Ce virus, c’est le VIH, à l’origine du SIDA. Les médecins peuvent enfin comprendre la maladie et commencer à chercher des traitements.

Mais Françoise ne s’arrête pas là. Elle dirige son propre laboratoire, voyage dans de nombreux pays pour aider les chercheurs, et se bat pour que les malades soient mieux soignés, partout dans le monde. En 2008, elle reçoit le prix Nobel de médecine, une des plus grandes récompenses scientifiques !

Aujourd’hui encore, elle continue d’inspirer les jeunes chercheurs et chercheuses. Grâce à elle, des millions de vies ont été sauvées. Pas mal, non ?

Thème

6 REPRODUCTION

ET MOYENS DE PRÉVENTION

La puberté est une période de profonds bouleversements qui transforme progressivement le corps et l’esprit. Ce passage de l’enfance à l’âge adulte s’étend sur plusieurs années, jalonnées de découvertes et de remises en question. Cette période est synonyme d’autonomie, d’exploration et de développement tant intellectuel que sexuel.

Le thème abordé ici te permettra de mieux comprendre ton propre corps, celui du sexe opposé, et de t’informer sur les moyens de te protéger efficacement contre les infections sexuellement transmissibles.

ANATOMIE DE LA PUBERTÉ

Depuis la naissance et pendant toute l’enfance, le corps se transforme. La taille augmente, l’aspect du visage change. Pourtant, même si les changements sont importants, ils n’ouvrent pas la porte de l’âge adulte. Pour atteindre ce stade, c’est-à-dire être une femme ou un homme capable de procréer, le corps doit passer par d’autres transformations. C’est le moment de la puberté . « Puberté » est un mot hérité du latin pubertas , qui signifie « âge de la maturité ». C’est en effet la période pendant laquelle les organes sexuels arrivent à maturité.

1. Puberté

Les transformations qui surviennent lors de la puberté sont souvent accompagnées de questions, d’angoisses, de craintes, voire de croyances bien ancrées.

Ce qui n’arrange rien, c’est qu’il existe une quantité de termes plus ou moins bien maitrisés et une multitude de fausses rumeurs liées à la puberté. Tu peux tenter de démêler le vrai du faux dans une activité téléchargeable.

Pendant l’enfance, les silhouettes des filles et des garçons présentent peu de différences. Puis vient la puberté, cette période de transition qui marque la fin de l’enfance et la progression vers l’âge adulte. Elle commence, en moyenne, entre 10 et 12 ans chez les filles et, un peu plus tard, entre 12 et 14 ans chez les garçons. Le corps évolue sous l’influence des hormones 1 . Ces changements modifient l’apparence, mais aussi les sensations et la perception de soi. Chaque jeune traverse cette étape à son propre rythme.

La puberté n’est pas qu’une transformation physique. Elle est également une période de changement de maturité intellectuelle, caractérisée par une grande curiosité pour les choses inconnues : de nouveaux centres d’intérêt voient donc le jour. C’est aussi le moment où l’individu, à la recherche de lui-même, commence à marquer son indépendance, sa liberté. Il traverse une crise qui se traduit par de nombreuses incertitudes, les émotions deviennent plus intenses, le caractère moins docile. Un sentiment de solitude peut apparaitre, ainsi qu’une remise en question du monde des adultes, voire une révolte contre la société. Néanmoins, l’envie d’être reconnu et compris par les autres permet de façonner peu à peu l’adulte en devenir.

1 Les hormones sont des substances qui déclenchent des réactions corporelles.

è Colorie sur les silhouettes, en suivant la légende, les zones où des changements physiques surviennent pendant la puberté.

è Décris ces changements en quelques mots dans les cadres appropriés.

Légende : uniquement chez les garçons uniquement chez les filles chez les deux

Chez les deux :

Uniquement chez les garçons :

Uniquement chez les filles :

2. Anatomie des appareils reproducteurs

2.1. L’appareil génital masculin

Pénis ou verge

Bourses ou scrotum

Chez les garçons, un des nombreux changements liés à la puberté est le développement du pénis et du scrotum, qui grandissent progressivement.

è Indique la lettre correspondant au schéma à côté de chaque description.

1 Le gland est l’extrémité du pénis, il est recouvert du prépuce.

2 L’ urètre est le canal reliant la vessie 1 à l’extérieur.

3 Les testicules sont dans les bourses.

4 Les corps caverneux et le  corps spongieux composent le pénis.

5 L’ épididyme entoure partiellement chaque testicule.

6 La prostate est située sous la vessie.

7 Le canal déférent relie l’épididyme à l’urètre.

8 Les vésicules séminales se situent près de la prostate.

1 La vessie ne fait pas partie de l’appareil génital mais est colorée afin de mieux visualiser son emplacement.

2.2. L’appareil génital féminin

Chez les filles, à la puberté, le corps commence à changer progressivement. Les organes reproducteurs internes, comme l’utérus et les ovaires, deviennent actifs. Ces changements font partie de la puberté et permettent, plus tard, aux filles d’avoir des règles et éventuellement des enfants.

è À l’aide du texte, réécris les mots en gras dans les cadres d’annotation du schéma de la page suivante.

L’appareil génital féminin est constitué de plusieurs organes situés dans la cavité pelvienne. À gauche et à droite, on retrouve deux glandes sphériques : les ovaires . Ils se trouvent de part et d’autre de l’ utérus . Les pavillons entourent partiellement les ovaires, ils sont l’extrémité des tubes utérins ou trompes de Fallope . L’ utérus , organe central, est relié au vagin par le col de l’utérus , qui marque la jonction entre ces deux structures.

Clitoris

Grandes lèvres ou lèvres externes

Petites lèvres ou lèvres internes

CONNAITRE

Puberté

La puberté correspond à la période pendant laquelle les organes sexuels arrivent à maturité et permettent à l’individu de procréer.

Certains changements pendant la puberté s’effectuent à la fois chez les filles et les garçons, par exemple : apparition de la pilosité , modification de la voix (mue de la voix)…

D’autres n’ont lieu que chez les garçons, par exemple : développement de la musculature

D’autres n’ont lieu que chez les filles, par exemple : développement de la poitrine , apparition des règles ou menstruations

Appareil génital masculin

Pénis ou verge

Appareil génital féminin

Canal déférent

Vésicule séminale

Prostate

Corps caverneux et corps spongieux

Urètre

Épididyme

Testicule

Gland

Bourse ou scrotum

Tube utérin ou trompe de Fallope

Pavillon

Lèvres externes et internes Utérus

Ovaire

Col de l’utérus

Vagin

FONCTIONNEMENT DES APPAREILS REPRODUCTEURS

Nous venons de découvrir l’anatomie des appareils reproducteurs féminin et masculin ainsi que leurs transformations majeures lors de la puberté, qui les préparent à leur fonction : la reproduction. Comment cette maturation permet-elle à l’espèce humaine de se perpétuer ?

1. Cellules sexuelles

Le système reproducteur humain est constitué d’un ensemble d’organes assurant la fonction de reproduction. Son rôle principal consiste à produire des cellules sexuelles, appelées également gamètes . L’union d’ un gamète mâle , le spermatozoïde , et d’ un gamète femelle , l’ ovocyte , forme la cellule de départ de tout être humain.

Spermatozoïde

Testicules

De la puberté jusqu’à la mort

Nom de la cellule

Lieu de production

Période de production

2. Fabrication et trajet des cellules sexuelles

2.1. Chez l’homme

Ovocyte

Ovaires

De la puberté jusqu’à la ménopause

Les spermatozoïdes sont produits dans les tubes séminifères des testicules . C’est également dans ces tubes qu’ils subissent une transformation morphologique qui leur donne une forme allongée, essentielle à leur mobilité.

Une fois matures, les spermatozoïdes sont stockés dans l’épididyme, puis libérés dans les canaux déférents. À hauteur des vésicules séminales et de la prostate, les spermatozoïdes se mélangent avec les liquides sécrétés par ces glandes pour former un liquide nutritif appelé sperme .

Le sperme circule ensuite dans l’ urètre , le conduit qui permet, chez l’homme, à la fois l’évacuation du sperme lors de l’éjaculation et l’élimination de l’urine.

è Entoure sur le schéma le lieu de production des spermatozoïdes.

è Cite les organes dans lesquels circulent des spermatozoïdes.

è Retrace le trajet des spermatozoïdes sur le schéma en utilisant des flèches depuis leur production jusqu’à l’éjaculation.

è Explique la différence entre le spermatozoïde et le sperme.

2.2. Chez la femme

À la naissance, chaque fille possède un stock de quelques millions de gamètes dans ses ovaires. La plupart de ces ovocytes dégénèrent, seuls quelques centaines de milliers sont conservés jusqu’à la puberté. De la puberté jusqu’à la ménopause, 400 ovocytes environ murissent. À chaque cycle, un ovocyte est libéré par l’un des ovaires  : c’est l’ ovulation

Ce phénomène précède de 14 jours l’apparition des règles. L’ovocyte est alors recueilli par la trompe de Fallope . Ce conduit est tapissé par des cellules ciliées permettant la progression de l’ovocyte vers l’ utérus

è Entoure sur le schéma le lieu de production des ovocytes.

è Qu’est-ce que l’ovulation ?

è Trace une flèche sur le schéma pour symboliser l’ovulation.

3. Fonctionnement du système reproducteur féminin

À partir de la puberté et jusqu’à la ménopause, le fonctionnement du système reproducteur féminin est rythmé par des ovulations et des périodes de règles. Avant et après ces processus, les organes de l’appareil reproducteur de la femme subissent plusieurs modifications.

3.1. Histoire d’un cycle

L’appareil reproducteur féminin fonctionne par cycles , au cours desquels des modifications se répètent à chaque période dès la puberté. Chaque cycle est appelé le cycle menstruel et débute par les règles ou menstruations .

è Découvre ce qui se passe pendant cette période en analysant le document illustrant le cycle menstruel moyen suivant. Puis réponds aux questions qui suivent.

Cycle ovarien

Cycle utérin

Cycle de la paroi de l’utérus (cycle de l’endomètre)

Jours

è Cite les organes subissant des modifications pendant le cycle menstruel.

è Décris ce qui se passe dans l’ovaire.

è Combien de jours dure un cycle menstruel moyen ?

è Entoure les deux endroits différents qui illustrent l’étape de l’apparition des menstruations.

è À partir de la réponse à la question précédente, déduis l’origine des menstruations.

è Indique la durée moyenne des menstruations.

è Décris l’aspect de la muqueuse après la période des règles.

3.2. 28 jours, pas toujours !

Plusieurs applications peuvent être téléchargées dans les smartphones pour permettre aux filles de suivre leurs cycles.

Partons à la rencontre de Célia et Lara, deux jeunes adolescentes qui utilisent une de ces applications depuis quelques mois. En y indiquant la date de leur premier jour de règles, elles obtiennent la durée du cycle. Cela leur permet de prévoir les dates des prochaines règles, mais aussi d’avoir une vue globale de leurs cycles menstruels.

Le lundi 24 juin, indiqué par une étoile verte, voici ce que l’application de chaque fille affiche. Les gouttes de sang symbolisent les règles.

è Complète le tableau suivant.

Dates du premier jour des règles

Durée des règles

Durée du cycle menstruel

Célia

Lara

è Entoure le jour de l’ovulation du premier cycle de chaque fille.

è Quelle conclusion peut-on tirer si l’on compare leurs cycles menstruels ?

4. Le temps de naitre

4.1. Fécondation et grossesse

La grossesse est un processus qui dure 9 mois ou 40 semaines et se termine par l’ accouchement . Mais avant cela, la grossesse débute par un moment clé appelé la fécondation . Que se passe-t-il à partir de ce moment ? Et quelles sont les transformations que l’appareil reproducteur féminin subit pour permettre le développement du bébé ?

è Suis le récit d’un ovocyte qui nous guide à travers les étapes principales de la grossesse, jusqu’à la naissance.

Après quelques heures de repos dans la partie supérieure d’une trompe de Fallope, je suis rejoint par de nombreux spermatozoïdes. Ils ont traversé le vagin, l’utérus, puis la trompe, et la plupart sont très fatigués. Mais l’un d’eux, encore rapide et en forme, arrive jusqu’à moi. Il réussit à entrer, et nous fusionnons : c’est la fécondation. Je ne suis plus un ovocyte : je deviens une cellule-œuf, appelée aussi zygote.

Très vite, je commence à me diviser en deux cellules, puis quatre, puis huit… Je deviens un petit amas de cellules. On m’appelle maintenant embryon. Pendant ce temps, je continue à avancer doucement vers l’utérus, grâce aux mouvements des cils qui tapissent la trompe.

1 MOIS

Quelques jours plus tard, j’arrive dans l’utérus. Je m’accroche à sa paroi pour m’y installer : c’est la nidation. Là, bien au chaud, je continue à me diviser et à me développer : pendant les premières semaines, mes organes vitaux, comme le cœur et les poumons, commencent à se former. Puis, petit à petit, d’autres parties du corps, comme les bras et les jambes, se mettent en place.

À partir du 3 e  mois, on m’appelle fœtus. Je grandis de plus en plus. Mon corps continue à se former et à grossir. Je bouge, et j’attends le jour où je pourrai enfin sortir et découvrir le monde : le jour de l’accouchement !

è Définis la fécondation et précise à quel endroit elle se déroule.

è Décris le trajet des spermatozoïdes dans l’appareil reproducteur féminin jusqu’à la fécondation.

è Indique ce que représentent les étapes numérotées sur le schéma. 1) 2) 3)

è Remets ces différentes étapes dans l’ordre chronologique.

Fœtus

Zygote / cellule-œuf

Embryon

Ovocyte

4.2. Quand la femme est-elle féconde ?

Afin d’augmenter leurs chances de tomber enceintes, certaines femmes utilisent les tests d’ovulation. Ces derniers détectent une substance dans l’urine de la femme, annonçant la période durant laquelle celle-ci est la plus fertile.

Comment le test d’ovulation permet-il d’augmenter les chances de tomber enceinte ?

è Afin de comprendre le fonctionnement du test d’ovulation, lis le document suivant.

Le test d’ovulation se présente souvent sous forme de bandelette ou sous forme digitale. La femme doit consulter la notice afin de connaitre le jour à partir duquel commencer. Ce jour varie en fonction des cycles menstruels de chaque femme. Puis elle le réalise chaque jour pendant environ une semaine à une heure fixe, ce qui permet d’obtenir les résultats les plus fiables.

Pour un cycle de 28 jours, il est recommandé de commencer le 10 e  jour.

Pour réaliser le test avec les bandelettes, il faut : – recueillir un peu d’urine dans un récipient propre ; – y plonger la bandelette pendant quelques secondes ; – attendre quelques minutes que les résultats apparaissent.

Le test sous forme digitale permet d’uriner directement sur l’embout absorbant.

Deux lignes peuvent s’afficher :

– une ligne de contrôle lorsque le test a bien fonctionné ; – une ligne de test quand le test est positif : sa couleur devient de plus en plus foncée lorsque l’on s’approche du jour de l’ovulation et atteint son intensité maximale 24 à 36 heures précédant l’ovulation.

L’absence de ligne de test signifie que le test est négatif.

Une femme dont le cycle menstruel dure 28 jours réalise un test d’ovulation. Ses résultats sont repris dans le tableau ci-après.

Jours

è Détermine à quel moment l’ovulation est probablement survenue.

è Émets une hypothèse qui pourrait expliquer pourquoi les tests sont réalisés plusieurs jours de suite.

Après l’ovulation, l’ovocyte est viable environ 24 heures dans le tube utérin . Les spermatozoïdes, quant à eux, possèdent une durée de vie moyenne de 3 jours dans les voies génitales de la femme

è Compte tenu de ces nouvelles informations, détermine les jours durant lesquels tout rapport sexuel risque d’entrainer une fécondation.

L’ensemble de ces jours constitue une période durant laquelle la femme a un maximum de chances de tomber enceinte en cas de rapport sexuel sans contraception. C’est ce que l’on appelle la période de fécondité de la femme.

Revenons à présent à la situation de départ !

è Explique comment un test d’ovulation peut augmenter les chances d’une femme de tomber enceinte.

4.3. Connexion vitale

Pendant la grossesse, le fœtus a des besoins pour se développer et produit des déchets. Mais, comme ses organes ne sont pas encore totalement formés, il ne peut pas assurer seul ses fonctions vitales.

Alors, comment fait-il pour se nourrir, respirer et éliminer ses déchets ? C’est le rôle d’un organe spécifique appelé placenta !

Le schéma ci-dessous t’aidera à mieux comprendre l’importance du placenta dans le processus du développement du fœtus.

è Lis les définitions suivantes, puis utilise-les pour annoter le schéma. Complète ensuite les cases restantes avec les termes que tu connais déjà.

–

Placenta : c’est un organe qui se forme pendant la grossesse. Il relie le fœtus à la paroi utérine de la maman et assure les échanges des éléments entre le sang maternel et celui du fœtus.

– Cordon ombilical : c’est le lien qui rattache le fœtus par le ventre au placenta. Il agit comme un pont permettant le passage des éléments échangés entre le fœtus et sa maman.

– Liquide amniotique : c’est le liquide remplissant l’amnios et dans lequel baigne le fœtus. Il sert à protéger le bébé.

è Complète le texte ci-dessous avec les mots ou les groupes de mots suivants.

le dioxyde de carbone – les nutriments – les déchets – le dioxygène

Lors de la grossesse, plusieurs systèmes vitaux du bébé ne sont pas encore fonctionnels. Le placenta est la surface qui permet alors les échanges entre la mère et le fœtus. Le sang maternel, circulant en partie dans le placenta, permet au fœtus de s’approvisionner en éléments nécessaires à son développement.

Des éléments comme , résultat de la digestion de la maman, et , provenant de son système respiratoire, passent du sang maternel au sang du fœtus.

En retour, le fœtus rejette , comme , qui passent alors dans le sang maternel. La circulation sanguine du fœtus et celle de la mère sont indépendantes : le sang maternel ne se mélange jamais avec le sang du futur bébé.

Remarque : d’autres éléments bénéfiques au bébé, comme les anticorps de la mère, passent également à travers le placenta et le protègent contre certaines maladies. Malheureusement, certaines substances nocives, comme l’alcool, les drogues et les médicaments, sont aussi capables de franchir le placenta et d’atteindre la circulation du fœtus, ce qui nuit à son développement.

4.4. L’accouchement

En fin de grossesse, la maman est alertée par des signaux, comme des contractions au niveau du bassin et la perte des eaux, qui lui annoncent que la naissance du bébé est très proche.

Voici les illustrations des étapes principales de l’accouchement, qui ont été mélangées, ainsi qu’un texte expliquant son déroulement.

è Place la lettre de chaque étape au bon endroit dans le texte.

L’accouchement est la dernière étape de la grossesse. Il débute par des contractions de l’utérus, qui deviennent de plus en plus fortes et rapprochées ( ) . Ces contractions permettent de faire descendre le bébé vers le bassin de la mère et provoquent souvent la rupture de la poche des eaux ( ) . Elles entrainent aussi la dilatation progressive du col de l’utérus ( ) . Lorsque le col est entièrement dilaté, le bébé peut passer : il sort généralement la tête la première ( ) , puis le reste du corps suit ( ) . Après la naissance, l’utérus continue de se contracter pour expulser le placenta. Cette étape s’appelle la délivrance ( )

CONNAITRE

Production des cellules reproductrices

Les cellules reproductrices humaines, appelées aussi gamètes , sont : – l’ ovocyte , gamète femelle produit par l’ovaire ; – le spermatozoïde , gamète mâle produit par le testicule.

Chez l’homme, la production des spermatozoïdes se fait de manière continue de la puberté jusqu’à la mort . Les spermatozoïdes baignent dans un liquide nutritif, sécrété par la prostate et les vésicules séminales, appelé le sperme . Ce liquide blanchâtre est déposé dans le vagin de la femme lors de l’éjaculation.

Chez la femme, les ovocytes sont produits de manière cyclique de la puberté jusqu’à la ménopause .

Trajet des cellules reproductrices

Après leur production, les spermatozoïdes quittent les testicules et sont stockés dans l’ épididyme . Ensuite, ils passent respectivement par les canaux déférents et l’ urètre

Après sa maturation dans l’ ovaire , l’ovocyte est expulsé dans le pavillon , puis poussé vers la trompe de Fallope

Cycle menstruel

Le cycle de la femme, appelé cycle menstruel , dure en moyenne 28 jours . Le premier jour de chaque cycle est marqué par l’apparition d’un saignement par le vagin pendant 5 jours en moyenne : il s’agit des règles ou menstruations .

Le cycle menstruel peut être irrégulier chez une même femme et varie selon chacune.

Le cycle menstruel peut être divisé en phases différentes : – du 1 er  jour au 13 e  jour : cette première phase débute avec le premier jour des règles. Les règles ou menstruations sont le résultat de l’élimination de la muqueuse utérine. La muqueuse se reconstruit ensuite progressivement ;

– le 14 e  jour : c’est le jour de l’ ovulation , lors duquel un ovocyte mûr est expulsé vers une trompe de Fallope ; – du 15 e  jour au 28 e  jour : 24 heures après l’ovulation, l’ovocyte est éliminé. La muqueuse continue à se régénérer et atteint son épaisseur maximale le 28 e  jour, le dernier jour avant le premier jour des règles suivantes.

La période de fécondité est la période du cycle durant laquelle un rapport sexuel peut conduire à une fécondation. Cette période commence 3 jours environ avant l’ovulation et se termine 1 jour après.

Fécondation et grossesse

La fécondation est l’union d’un spermatozoïde et d’un ovocyte. La nouvelle cellule formée s’appelle cellule-œuf ou zygote . Elle représente la première cellule de tout être humain et marque le début de la grossesse, qui dure 9 mois.

Aussitôt formé, le zygote progresse dans le tube utérin tout en se divisant. Après quelques jours, un amas de cellules est formé et s’appelle embryon . Il s’implante dans la paroi de l’utérus ou endomètre : c’est la nidation . L’embryon continue ensuite à se développer. À partir du 3 e  mois de grossesse, plusieurs organes, comme le cœur, le cerveau et les muscles, se mettent en place : on parle alors de fœtus

Échanges placentaires entre la mère et le fœtus

Pendant la grossesse, l’apport des éléments nutritifs ainsi que du dioxygène au fœtus est assuré par un organe spécifique appelé placenta . Ce dernier débarrasse également le fœtus de ses déchets , comme le dioxyde de carbone , et les renvoie vers la circulation sanguine de la maman.

La circulation sanguine de la maman et celle du fœtus sont indépendantes l’une de l’autre. Le sang de la mère ne se mélange donc jamais avec celui de son bébé.

Accouchement

Après environ 9 mois, la grossesse se termine par l’ accouchement . L’utérus de la mère se contracte pour pousser le futur bébé vers le col de l’utérus, puis vers le vagin, par lequel il sera expulsé.

Chapitre 3 MISSION PROTECTION

1. Contraception : la maitriser, c’est se protéger !

Dans les chapitres précédents, tu as appris comment les êtres humains se reproduisent. Cependant, les gens n’ont pas toujours envie de procréer quand ils ont un rapport sexuel. C’est là qu’entre en jeu la contraception , c’est-à-dire l’ensemble des méthodes utilisées pour empêcher la procréation.

è Marque d’une croix chacun des endroits où il faut intervenir pour empêcher la conception d’un enfant.

è Rédige une phrase expliquant à quelles étapes du cycle reproductif humain il faut agir pour éviter la mise en route d’une grossesse.

C’est en tenant compte de cet aspect qu’on élabore des méthodes contraceptives.

è Lis la bande dessinée et surligne les termes qui font référence à des moyens contraceptifs.

è Recopie le nom de chaque contraceptif sous son illustration.

è Relie chaque méthode à sa catégorie.

Dispositif intra-utérin � � Empêcher l’ovulation

Implant contraceptif �

Ligature des trompes �

Pilule hormonale � � Empêcher la rencontre entre les gamètes

Préservatif externe �

Préservatif interne �

Vasectomie � � Empêcher la nidation

2. Stop aux IST : informé(e), sécurisé(e), tranquille !

Les campagnes de prévention contre les IST sont couramment présentées dans les médias, qu’il s’agisse de la presse traditionnelle ou des réseaux sociaux. Selon Sciensano 1 , le nombre de diagnostics d’IST augmente depuis 2016 alors que le nombre de tests n’augmente pas : il est donc primordial d’informer le grand public à ce sujet.

Analysons plusieurs affiches pour en apprendre plus sur les IST.

è Observe chaque affiche et réponds aux questions correspondantes.

a) Écris la signification de l’acronyme « IST ».

b) Le robot mentionne les cinq techniques de la prévention combinée. Nomme les étapes qui permettent d’éviter d’être contaminé.

c) Explique quelle est la différence entre la contraception et la protection.

1 L ecompte, A., S errien , B., B ensemmane , S., D e B aetselier , I., Van den B ossche , D., D eblonde , J. & V an B eckhoven, D. (2024). Surveillance des infections sexuellement transmissibles. Situation épidémiologique au 31 décembre 2023 Sciensano. En ligne : https://doi.org/10.25608/408r-bk15

d) Un dépistage est un processus médical visant à détecter la présence d’une maladie même en l’absence de signes visibles. Cite les différentes méthodes utilisées dans le dépistage.

e) Émets une hypothèse sur ce qu’est un « rapport à risque ».

f) Explique ce que représentent les personnages de l’affiche.

Ces affiches t’informent sur les IST, mais sans expliquer de quelles manières celles-ci se propagent.

C’est ce que tu vas découvrir à présent.

è Lis le document suivant.

Les IST peuvent se transmettre de plusieurs façons. En général, elles se propagent par le contact de fluides corporels (sperme, sécrétions vaginales, salive ou sang) qui contiennent des agents infectieux avec des muqueuses du corps. Les muqueuses sont des fines membranes qui recouvrent certaines parties du corps, comme l’intérieur du vagin, du pénis, de la bouche ou de l’anus.

Dans le cas de certaines IST, comme l’herpès, la transmission peut se faire par contact avec des plaies visibles ou des lésions (boutons ou coupures) sur la peau.

On note également le partage d’aiguilles souillées avec du sang contaminé, rarement des transfusions ou une transmission de la mère à l’enfant lors de la grossesse, à l’accouchement ou lors de l’allaitement.

è Colorie les zones du corps humain par où peuvent entrer les agents pathogènes à l’origine d’une IST.

è Pour chaque méthode mentionnée, coche son action en la déduisant du document.

Méthode Action contraceptive Protection contre les IST

Dispositif intra-utérin

Implant contraceptif

Ligature des trompes

Pilule hormonale

Préservatif externe

Méthode

Préservatif interne

Vaccin

Vasectomie

Action contraceptive Protection contre les IST

Une des techniques de la prévention combinée est la vaccination. En Belgique, nous avons surtout recours à la vaccination contre le papillomavirus (HPV).

è Lis le document et réponds aux questions qui suivent.

Le HPV (papillomavirus humain) est une IST très répandue qui touche environ 80 % des personnes sexuellement actives au cours de leur vie. Il se transmet principalement par contact sexuel ou cutané, même sans pénétration.

Ce virus peut affecter les organes génitaux (pénis, vulve, vagin, col de l’utérus), l’anus, la bouche et la gorge. Souvent sans symptômes, il peut parfois causer des verrues génitales ou, plus rarement, des cancers. En Belgique, le HPV provoque plus de 1 000 nouveaux cas de cancer chaque année, dont 700 cancers du col de l’utérus.

Pour se protéger, il est recommandé de se faire vacciner entre 9 et 14 ans, avant le début de la vie sexuelle. Selon la Fédération Wallonie-Bruxelles, en  2023, en Wallonie, environ 60 % des élèves de 2e secondaire ont reçu la première dose du vaccin.

En se faisant vacciner, on se protège non seulement soi-même, mais on contribue aussi à réduire la propagation du virus dans la population. C’est ce qu’on appelle l’immunité collective.

a) Que signifie « HPV » ?

b) Quel est le principal organe touché par les cancers dus au HPV ?

c) Cite le principal symptôme.

d) Explique pourquoi il est important de continuer à se protéger durant un rapport sexuel, même en étant vacciné.

e) Explique pourquoi il est important que chacun se vaccine, même les garçons.

è Afin de découvrir ce qu’est un vaccin, remets les phrases dans le bon ordre.

1. Le vaccin HPV contient des parties inoffensives du virus, appelées pseudo-particules virales. Ces particules ressemblent au vrai virus, mais ne peuvent pas te rendre malade.

2. Si plus tard tu entres en contact avec le vrai HPV, ton système immunitaire sera prêt à le combattre rapidement et efficacement.

3. La vaccination contre le HPV (papillomavirus humain) est un excellent exemple pour t’aider à comprendre le principe de la vaccination en général.

4. Quand tu reçois le vaccin, ton système immunitaire apprend à reconnaitre ces particules comme des envahisseurs. C’est comme si ton corps s’entrainait à combattre le vrai virus.

Ordre correct :

è Rédige une définition de la vaccination.

CONNAITRE

Contraception

La contraception est l’ensemble des moyens utilisés pour empêcher une grossesse lors d’un rapport sexuel.

Les méthodes contraceptives agissent en empêchant la production de gamètes ou la rencontre des gamètes et/ou la nidation.

IST

Les infections sexuellement transmissibles sont des infections provoquées par des agents pathogènes transmis principalement lors de rapports sexuels non protégés ou par voie sanguine.

Les seuls contraceptifs qui protègent des IST sont les préservatifs.

La vaccination est une méthode de protection contre un ou plusieurs agents pathogènes, qui vise à préparer l’organisme à les reconnaitre et à les combattre par l’injection d’une version inactivée de ceux-ci au patient. À grande échelle, elle permet de protéger les plus faibles en limitant la propagation des microbes.

Arrivé(e) au terme de ces chapitres, tu es maintenant capable de…

Chapitre 1 : Anatomie de la puberté

� citer et décrire les changements liés à la puberté

� localiser et annoter les organes des appareils génitaux masculin et féminin

Chapitre 2 : Fonctionnement des appareils reproducteurs

� citer les cellules reproductrices masculine et féminine et identifier leurs lieux de production dans les appareils reproducteurs

� différencier les spermatozoïdes et le sperme et connaitre leurs trajets dans l’appareil reproducteur masculin, puis dans l’appareil reproducteur féminin après l’éjaculation

� comprendre le fonctionnement cyclique de l’appareil reproducteur féminin

� définir les notions d’ovulation, de fécondation et de nidation

� connaitre les transformations par lesquelles passe le gamète femelle depuis la fécondation jusqu’à la grossesse

� décrire les échanges placentaires entre le fœtus et la mère pendant la grossesse

Chapitre 3 : Mission protection

� définir la contraception, la protection, les IST

� citer quelques moyens contraceptifs

� citer quelques moyens de protection

� choisir un produit médical et justifier son choix par rapport à la contraception et/ou à la protection

� comprendre l’utilité de la vaccination dans la gestion des IST

TABLE DES MATIÈRES

1.

2.2.

2.

Thème

2.

3. Fonctionnement

4. Le temps

4.1.

IMPACT

SCIENCES

La méthode Impact Sciences te propose une façon active et amusante d’apprendre les sciences et de mesurer l’impact des choix de chacun sur le monde.

En observant des situations de la vie quotidienne, tu vas poser des questions, imaginer des hypothèses et faire des expériences pour les tester. Tu apprendras progressivement à organiser tes idées et à construire activement tes nouvelles connaissances.

Les sciences sont liées à des sujets importants comme l’environnement ou l’énergie : tu seras amené(e) à réfléchir à tes choix et à leurs conséquences sur ce qui t’entoure. Tu développeras ainsi et exerceras ton esprit critique, notamment à travers des activités ludiques !

Auteurs

Frédéric Baudoin

Soumaya Chobba

Danny Nonnweiler

Fabio Rolland

À toi de jouer !

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ISBN 978-94-647-0741-0 vanin.be 607328