Vous êtes ici : Accueil / Programmes / Sciences de la Vie et de la Terre

Sciences de la Vie et de la Terre

Mise à jour le 28/05/2008
Par Nathalie Pajon-Perrault

Programmes en vigueur

♦ Au COLLEGE      •  Cycle  3               •  Cycle  4

♦ Au  LYCEE           •  Seconde

                               •  Première  Enseignement scientifique               •  Première  Enseignement de Spécialité

                               •  Terminale  Enseignement scientifique              •  Terminale  Enseignement de spécialité

                              

 

AU COLLEGE

CYCLE 3  (sciences et technologie)

Les programmes officiels du cycle 3 :

Thèmes - Notions du programme

Ressources proposées dans ce site

identifier differentes sources et connaitre quelques conversions d'energie

♦ Reconnaître les situations où l'énergie est stockée, transformée, utilisée. La fabrication et le fonctionnement d'un objet technique nécessitent de l'énergie.

→ Exemples de sources d'énergie utilisées par les êtres humaines : charbon, pétrole, bois, uranium, aliments, vent, Soleil, eau et barrage, pile...

→ Notion d'énergie renouvelable.

 

L'énergie hydroélectrique

L'énergie éolienne

LA PLANETE TERRE  -  LES ETRES VIVANTS DANS LEUR ENVIRONNEMENT

Situer la Terre dans le système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre

Décrire les mouvements de la Terre (rotation sur elle-même et alternance jour-nuit, autour du Soleil et cycle des saisons)

→ Les mouvements de la Terre sur elle-même et autour du Soleil

Alternance jour-nuit et saisons

Identifier les composantes biologiques et géologiques d'un paysage

→ Paysages, géologie locale, intercations avec l'environnement et le peuplement.

Relier certains phénomènes naturels (tempêtes, inondations, tremblements de terre) à des risques pour les populations

→ Phénomènes géologiques traduisant l'activité interne de la Terre (volcanisme, tremblements de terre...)

→ Phénomènes traduisant l'activité externe de la Terre : phénomènes météorologiques et climatiques ; évènements externes (tempêtes, cyclones, inondations et sècheresses...)

 

Suivre un événement en temps réel avec Disaster Alert    (fichier support de cours)

IDENTIFIER DES ENJEUX LIES A L'ENVIRONNEMENT

♦ Relier les besoins de l'être humain, l'exploitation des ressources naturelles et les impacts à prévoir et gérer (risques, rejets, valorisations, épuisement des stocks)

→ Exploitation raisonnée et utilisation des ressources (eau, pétrole, charbon, minerais, biodiversité, sols, bois, roches à des fins de construction...)

 

 

CYCLE 4 : La plaNEte terre, L'ENVIRONNEMENT ET L'ACTION HUMAINE

Les programmes officiels du cycle 4

Thèmes - Notions du programme

Ressources proposées dans ce site

LES PHENOMENES GEOLOGIQUES LIES AU FONCTIONNEMENT DE LA TERRE

LA TERRE DANS LE SYSTEME SOLAIRE

Expliquer quelques phénomènes géologiques à partir du contexte géodynamique global.

♦ Le système solaire, les planètes telluriques et les planètes gazeuses.

♦ Le globe terrestre : forme, rotation, dynamique interne et tectonique des plaques, séismes et éruptions volcaniques.

♦ Eres géologiques.

Situer la Terre dans le Système Solaire

Visualiser les plaques lithosphériques

Frontières de plaques et flux thermique

Frontières des plaques et volcanisme

ELEMENTS DE CLIMATOLOGIE ET METEOROLOGIE

Expliquer quelques phénomènes météorologiques et climatiques.

♦ Météorologie : Dynamique des masses d'air et des masses d'eau - Vents et courants océaniques

♦ Différence entre météo et climat - Les grandes zones climatiques de la Terre.

♦ Les changements climatiques passés (temps géologiques) et actuels (influence des activités humaines sur le climat)

Modéliser la dynamique des masses d'eau et des masses d'air à partir de l'exemple du Gulf Stream avec BYOE

Les principales zones climatiques avec Google Earth

Modéliser les climats du futurs à l'aide du logiciel BYOE

Comprendre la répartition des zones climatiques à l'aide du logiciel BYOE

Evolution de la surface des glaces continentales

Visualiser la fonte des glaces (fichier support de cours) 

LES RISQUES NATURELS

Utiliser les connaissances scientifiques dans le cadre des risques naturels

♦ Les phénomènes naturels : risques et enjeux pour l'être humain.

♦ Notions d'aléas, de risques et de vulnérabilité - Prévention, adaptation, protection.

→ Relier les connaissances scientifiques sur les risques naturels (ex : séismes, cyclones, inondations) ainsi que ceux liés aux activités humaines (pollution de l'air et des mers, réchauffement climatique...) aux mesures de prévention (quand c'est possible), de protection, d'adaptation, ou d'atténuation.

Suivre un événement en temps réel avec Disaster Alert

Risque d'inondation à Paris

Risque d'inondation dans le grand Lyon

Risques géologiques : un exemple, le tsunami du 11 mars 2011 au Japon

Suivre un cyclone et prévoir ses conséquences.

Du tremblement de terre au tsunami.

ressources naTurelles, ECOSYSTEMES ET ACTIVITES HUMAINES

Caractériser quelques-uns des principaux enjeux de l'exploitation d'une ressource naturelle par l'être humain, en lien avec quelques grandes questions de société.

♦ L'exploitation de quelques ressources naturelles par l'être humain : eau, sol, pétrole, charbon, bois, ressources minérales, ressources halieutiques... pour ses besoins en nourriture et ses activités quotidiennes.

→ Comprendre et expliquer les choix en matière de gestion de ressources naturelles à différentes échelles.

→ Expliquer comment une activité humaine peut modifier l'organisation et le fonctionnement des écosystèmes en lien avec quelques questions environnementales globales.

→ Proposer des argumentations sur les impacts générés par le rythme, la nature (bénéfices / nuisances), l'importance et la variabilité des actions de l'être humain sur l'environnement.

♦ Quelques exemples d'interactions entre les activités humaines et l'environnement, dont l'interaction homme-biodiversité (de l'échelle d'un écosystème local et de sa dynamique jusqu'à celle de la planète).

Evolution de la surface de la mer d'Aral

 

Quelques exemples de déforestation

 

Quelques conséquences du changement climatique

 

AU  LYCEE

(... en construction ...)

Niveau Seconde

Programmes officiels : B.O spécial n°1 du 22 janvier 2019

Thèmes - Notions du programme

Ressources proposées dans ce site

 Thème 2  :  Géosciences et dynamique des paysages

1. L'érosion, processus et conséquences

• L'érosion affecte la totalité des reliefs terrestres. L'eau est le principal facteur de leur altération (modification physique et chimique des roches) et de leur érosion (ablation et transport des produits de l'altération).

• L'altération des roches dépend de différents facteurs dont la nature des roches (cohérence, composition), le climat et la présence de végétation.

• Une partie des produits d'altération, solubles et/ou solides, sont transportés jusqu'au lieu de leur sédimentation, contribuant à leur tour à la modification du paysage.

 

Modelés des paysages - Transport des particules - Etude d'un méandre

Transport et sédimentation des particules

 

2. Sédimentation et milieux de sédimentation

• Il existe une diversité de roches sédimentaires détritiques (conglomérats, grès, pélites) en fonction de la nature des dépôts.

• Les roches formées dépendent des apports et du milieu de sédimentation.

• Ces roches sont formées par compaction et cimentation des dépôts sédimentaires suite à l'enfouissement en profondeur.

 
3. Erosion et activité humaine

• L'être humain utilise de nombreux produits de l'érosion/sédimentation pour ses besoins. Par ailleurs, l'activité humaine peut limiter ou favoriser l'érosion, entraînant des risques importants dans certaines zones du globe. Des mesures d'aménagement spécifiques peuvent limiter les risques encourus par les populations humaines.

Les littoraux, des zones menacées

La dégradation du sol par l'Homme

Les sols, une ressource fragile

Erosion des sols, ruissellement et croûte battance

4. Caractéristiques des sols et production de biomasse
• En dehors des agents érosifs, la nature et la composition des sols résultent aussi de l'interaction entre les roches et la biosphère, par le biais de plantes, d'animaux et de microbes. La biosphère prélève dans les sols des éléments minéraux participant à la production de biomasse.  

 Thème 2  :  Agrosystèmes et développement durable

1. Structure et fonctionnement des agrosystèmes

• Les agrosystèmes terrestres ou  aquatiques sont gérés afin de produire la biomasse nécessaire à l'humanité pour ses différents besoins (alimentaires, textiles, agrocarburants, pharmaceutiques,...)

• Les caractéristiques des systèmes agricoles varient selon le modèle de culture (agriculture vivrière, extensive ou intensive)

• Dans plusieurs modèles agricoles, l'exportation d'une grande partie de la biomasse produite réclame l'apport d'intrants pour fertiliser les sols.

De l'or vert en Champagne-Ardennes

Eau et sol, deux ressources inégalement réparties

2. Caractéristiques des sols et production de biomasse

• En dehors des agents érosifs, la nature et la composition des sols résultent aussi de l'interaction entre les roches et la biosphère, par le biais de plantes, d'animaux et de microbes. La biosphère prélève dans les sols des éléments minéraux participant à la production de biomasse.

• En consommant localement la biomasse morte, les êtres vivants du sol recyclent cette biomasse en éléments minéraux, assurant la fertilité des sols.

 
3. Vers une gestion durable des agrosystèmes

• Les agrosystèmes ont une incidence sur la qualité des sols et l'état général de l'environnement proche de façon plus ou moins importante selon les modèles agricoles.

• L'un des enjeux environnementaux majeurs est la limitation de ces impacts. La recherche agronomique actuelle, qui s'appuie sur l'étude des processus biologiques et écologiques, apporte connaissances, technologies et pratiques pour le développement d'une agriculture durable permettant tout à la fois de couvrir les besoins de l'humanité et de limiter les impacts environnementaux.

 

 

Niveau Première  - Enseignement SCIENTIFIQue 

Programmes officiels  :  B.O n°1 du 22 janvier 2019

Thèmes  -  Notions du programme Ressources proposées dans ce site

Thème 1 : Une longue histoire de la matière

2 - Des édifices ordonnés : les cristaux

• Un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structures qui ont des propriétés macroscopiques différentes.

• Ainsi, les minéraux se caractérisent par leur composition chimique et leur organisation cristalline.

• Une roche est formée de l'association de cristaux d'un même minéral ou de plusieurs minéraux.

• Des structures cristallines existent aussi dans les organismes biologiques (coquilles, squelette, calcul rénal, etc.)

• Dans le cas des solides amorphes, l'empilement d'entités se fait sans ordre géométrique. C'est le cas du verre. Certaines roches volcaniques contiennent du verre, issu de la solidification très rapide d'une lave.

Minéraux et ressources minérales

Les cristaux du vivant : calcite et aragonite de la coquille de mollusques

Thème 2 : Le Soleil, notre source d'énergie

1 - Le rayonnement solaire

• La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l'aire de la surface et dépend de l'angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil.

• De ce fait, la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre dépend :

- de l'heure (variation diurne);

- du moment de l'année (variation saisonnière);

- de la latitude (zonation climatique).

Alternance Jour - Nuit et Saisons

Comprendre la répartition des zones climatiques à l'aide du logiciel BYOE

Les grandes zones climatiques

2 - Le bilan radiatif terrestre

• La proportion de la puissance totale, émise par le Soleil et atteignant la Terre, est déterminée par son rayon et sa distance au Soleil.

• Une fraction de cette puissance, quantitifiée par l'albédo terrestre moyen, est diffusée par la Terre vers l'espace, le reste est absorbé par l'atmosphère, les continents et les océans.

 

Thème 3 : La Terre, un astre singulier

• Au cours de l'histoire des sciences, plusieurs arguments ont été utilisés pour aboutir à la connaissance actuelle de l'âge de la Terre : temps de refroidissement, empilements sédimentaires, évolution biologique, radioactivité.

• L'âge de la Terre aujourd'hui précisément déterminée est de 4,57.109 ans.
Météorites et âge de la Terre

 

Niveau Première S - Enseignement de specialite

Programmes officiels  :  B.O n°1 du 22 janvier 2019

Thèmes  -  Notions du programme Ressources proposées dans ce site

Thème 1 : La dynamique interne de la Terre.

1 - La structure du globe terrestre : Des constrastes entre les continents et les océans

• La distribution bimodale des altitudes, observée entre continents et le fond des océans reflète un contraste géologique, qui se retrouve dans la nature des roches et leur densité.

• Si la composition de la croûte continentale présente une certaine hétérogénéité visible en surface (roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques), une étude en profondeur révèle que les granites en sont les roches les plus représentatives.

Domaine continental vs Domaine océanique
1.1 - La structure du globe terrestre : L'apport des études sismologiques et thermiques à la connaissance du globe terrestre

• Un séisme résulte de la libération brutale d'énergie lors de la rupture de roches soumises à des contraintes.

• Les informations tirées du trajet et de la vitesse des ondes sismiques permettent de comprendre la structure interne de la Terre (croûte-manteau-noyau ; modèle sismique PREM (Préliminary Reference Earth Model), comportement mécanique du manteau permettant de distinguer lithosphère et asthénosphère ; état du noyau externe liquide et du noyau interne solide).

• Les études sismologiques montrent les différences d'épaisseur entre la LO et la LC. L'étude des séismes au voisinage des fosses océaniques permet de différencier le comportement d'une lithosphère cassante par rapport à une asthénosphère plus ductile.

• La température interne de la Terre croît avec la profondeur (gradient géothermique). Le profil d'évolution de la température interne présente des différences suivant les enveloppes internes de la Terre, liées aux modes de transfert thermiques : la conduction et la convection. Le manteau terrestre est animé de mouvements de convection, mécanisme efficace de transfert thermique.

• La propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées comme des hétérogénéités au sein du manteau.

 

Consulter et exploiter une base de données sismologiques

 

 

 

2.1 - La dynamique de la lithosphère : La caractérisation de la mobilité horizontale

• La lithosphère terrestre est découpée en plaques animées de mouvements. Le mouvement des plaques, dans le passé et actuellement, peut être quantifié par différentes méthodes géologiques : étude des anomalies magnétiques, mesures géodésiques, détermination de l'âge des roches par rapport à la dorsale, alignement volcaniques liés aux points chauds.

• La distinction de l'ensemble des indices géologiques et les mesures actuelles permettent d'identifier des zones de divergence et des zones de convergence aux caractéristiques géologiques différentes (marqueurs sismologiques, thermiques, pétrologiques).

Le paléomagnétisme et la mobilité lithosphérique

La topographie océanique

Le volcanisme de point chaud, l'alignement volcanique d'Hawaï

L'expansion océanique

Le retour de la lithosphère dans le manteau

Une zone de subduction : le Japon

Etude des marges actives en subduction

2.2 - La dynamique de la lithosphère : La dynamique des zones de divergence

• La divergence des plaques de part et d'autre des dorsales favorise la mise en place d'une nouvelle lithosphère.

• Celle-ci se met en place par apport de magmas mantelliques à l'origine d'une nouvelle croûte océanique. Ce magmatisme à l'aplomb des dorsales s'explique par la décompression du manteau.

• Dans certaines dorsales (dorsales lentes) l'activité est plus réduite et la divergence met directement à l'affleurement des zones du manteau.

• La nouvelle lithosphère formée se refroidit en s'éloignant de l'axe et s'épaissit. Cet épaississement induit une augmentation progressive de la densité de la lithosphère.

• La croûte océanique et les niveaux superficiels du manteau sont le siège d'une circulation d'eau qui modifie les minéraux.

La topographie océanique

L'expansion océanique

L'Islande, une dorsale émergée et un point chaud

La naissance d'un océan, la dépression de l'Afar

2.3 - La dynamique de la lithosphère : La dynamique des zones de convergence, les zones de subduction

• La lithosphère océanique plonge en profondeur au niveau d'une zone de subduction.

• Les zones de subduction sont le siège d'un magmatisme sur la plaque chevauchante.

• Le volcanisme est de type explosif : les roches mises en place montrent une diversité pétrologique mais leur minéralogie atteste toujours de magmas riches en eau.

• Ces magmas sont issus de la fusion partielle du coin de manteau situé sous la plaque chevauchante ; ils peuvent s'exprimer en surface ou peuvent cristalliser en profondeur, sous forme de massifs plutoniques. Ils peuvent subir des modifications lors de leur ascension, ce qui explique la diversité des roches.

• La fusion partielle des péridotites est favorisée par l'hydratation du coin de manteau.

• Les fluides hydratant le coin de manteau sont apportés par des transformations minéralogiques affectant le panneau en subduction, dont une partie a été hydratée au niveau des zones de dorsales.

• La mobilité des plaques lithosphériques résulte de phénomènes de convection impliquant les plaques elles-mêmes et l'ensemble du manteau.

• L'augmentation de densité de la lithosphère constitue un facteur important contrôlant la subduction et, par suite, les mouvements descendants de la convection. Ceux-ci participent à leur tour à la mise en place des mouvements ascendants

Le retour de la lithosphère dans le manteau

Une zone de subduction : le Japon

Etude des marges actives en subduction

Un travail collaboratif autour du magmatisme des zones de subduction

 

2.4 - La dynamique de la lithosphère : La dynamique des zones de convergence, les zones de collision

• L'affrontement de lithosphère de même densité conduit à un épaississement crustal. L'épaisseur de la croûte résulte d'un raccourcissement et d'un empilement des matériaux lithosphériques.

• Raccourcissement et empilement sont attestés par un assemblage de structures tectoniques déformant les roches (plis, failles, chevauchements, nappes de charriage).

Des différences entre chaînes de montagnes récentes et anciennes

 

Niveau Terminale S

 

Programmes officiels B.O spécial n°8 du 13 octobre 2011

Thèmes - Notions du programme

Ressources proposées dans ce site

Thème  1 - A : Génétique et Evolution

4 - Un regard sur l'évolution de l'Homme

  [...] Homme et chimpanzé partagent un ancêtre commun récent. Aucun fossile ne peut être à coup sûr considéré comme un ancêtre de l'homme ou chimpanzé. [...]

  • L'âge d'Orrorin 

Thème  1-B : Le domaine continental et sa dynamique

1 - La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

  • La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l'asthénosphère. Les différences d'altitude moyenne entre les continents et les océans s'expliquent par des différences crustales.

 

 

  • [...] L'âge de la croûte océanique n'excède pas 200 Ma, alors que la croûte continentale date par endroits de plus de 4 Ga. Cet âge est déterminé par radiochronologie.

  (Déterminer un âge en utilisant la méthode de la droite isochrone)

  • Les mouvements verticaux de la lithosphère en Scandinavie

 

  • Des différences entre les chaînes de montagnes récentes et les massifs anciens  (profondeur variable du Moho)

  • La datation isotopique

2 - La convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de montagnes

  Les chaînes de montagnes présentent souvent les traces d'un domaine océanique disparu (ophiolites) et d'anciennes marges continentales passive. La "suture" de matériaux océaniques résulte de l'affrontement de deux lithosphères continentales (collision). Tandis que l'essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s'épaissit par empilement de nappes dans la zone de contact entre les deux plaques.

  Les matériaux océaniques et continentaux montrent les traces d'une transformation minéralogique à grande profondeur au cours de la subduction.

  La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. En s'éloignant de la dorsale la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit. L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère. En surface, son âge n'excède pas 200 MA.

  • Géologie globale  (.kmz)

 

  • Convergence et zones de subduction

- Une zone de subduction : le Japon

- Etude des marges actives en subduction

- Une zone de subduction : Vanuatu"  (kmz)

3 - Le magmatisme en zone de subduction : une production de nouveaux matériaux continentaux

  Dans les zones de subduction, des volcans émettent des laves souvent visqueuses associées à des gaz et leurs éruptions sont fréquemment explosives.

  La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent.

  Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à texture grenue de type granitoïde. Un magma, d'origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental.

Actualisation des connaissances

Magmatisme et subduction

Activités pédagogiques

Un travail collaboratif autour du magmatisme des zones de subduction

4 - La disparition des reliefs

  Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs moins élevés que les plus récentes. On y observe à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur. les parties superficielles des reliefs tendent à disparaître.

  Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs.

  Les produits de démantèlement sont transportés sous forme solides ou solubles, le plus souvent par l'eau, jusqu'en des lieux plus ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation).

  Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs.

  L'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale.

 Actualisation de connaissances

  • L'eau, agent d'érosion

  • Disparition des reliefs et phénomènes d'extension

Activités pédagogiques

  • Des différences entre les chaînes de montagnes récentes et les massifs anciens

  • Transport et sédimentation des particules

  • La disparition des reliefs en Himalaya

  • Mécanismes au foyer (application Géosciences-3D)

Thème  2-A : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

   La température croît avec la profondeur (gradient géothermique) ; un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre (flux géothermique). gradients et flux varient selon le contexte géodynamique.

  [...]

  A l'échelle globale, le flux sort dans les dorsales est associé à la production de lithosphère nouvelle ; au contraire, les zones de subduction présentent un flux faible associé au plongement de la lithosphère âgée devenue dense. La Terre est une machine thermique.  [...]

Actualisation de connaissances

  La géothermie

Activités pédagogiques

  • Dorsales (.kmz)

→ fichier sur le flux thermique océanique.

  • Etude de 2 ressources géothermiques en France : Alsace et Bouillante

  • La géothermie est-elle utilisable dans le nord-est de la France ?

  • Ressource géothermique de Bouillante

 

 

Terminale S  spécialité

Programmes officiels B.O spécial n°8 du 13 octobre 2011

Thème 2 : Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir

  L'atmosphère initiale de la Terre était différente de l'atmosphère actuelle. Sa transformation est la conséquence notamment, du développement de la vie. L'histoire de cette transformation se trouve inscrite dans les roches, en particulier celles qui sont sédimentaires.

 

  Les bulles d'air contenues dans les glaces permettent d'étudier la composition de l'air durant les 800 000 dernières années y compris des polluants d'origine humaine. La composition isotopique des glaces et d'autres indices (par exemple la palynologie) permettent de retracer les évolutions climatiques de cette période.

 

  L'effet de serre, déterminé notamment par la composition atmosphérique, est un facteur influençant le climat global. La modélisation de la relation effet de serre / climat est complexe. Elle permet de proposer des hypothèses d'évolutions possibles du climat de la planète, notamment en fonction des émissions de gaz à effet de serre induites par l'activité humaine.

 

  Sur les grandes durées (par exemple pendant le dernier milliard d'années), les traces de variations climatiques importantes sont enregistrées dans les roches sédimentaires. Des conditions climatiques très éloignées de celles de l'époque actuelle ont existé.

  • Les marqueurs du temps

  • L'origine du dioxygène

 

 

  • Climats et paléoclimats

  • Les climats de la Terre

  • Impact des paramètres orbitaux sur le climat

  • Climats aux grandes échelles de temps

  Réchauffement climatique, responsabilité humaine et biodiversité

  • Effet de serre

  • L'évolution du climat : l'impact des GES de 1900 à nos jours

  • Méthane : ressource d'énergie prometteuse ou géohasard ?

  • Modélisation du cycle du carbone à long terme et impacts climatiques

  • L'évolution du climat du silurien au permo-carbonifère

  • Cycle du carbone

 

Niveau  terminale  - Enseignement SCIENTIFIQue 

Programmes officiels  :  B.O n°8 du 25 juillet 2019

Thèmes  -  Notions du programme Ressources proposées dans ce site

Thème  1 : Science, climat et société

1 - L'atmosphère terrestre et la vie

• Les premières traces de vie sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards d’années. Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries ont produit le dioxygène qui a oxydé, dans l’océan, des espèces chimiques réduites. Le dioxygène s’est accumulé à partir de 2,4 milliards d’années dans l’atmosphère. Sa concentration atmosphérique actuelle a été atteinte il y a 500 millions d’années environ. L'origine du dioxygène
• Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l’atmosphère, les sols, les océans, la biosphère et les roches. Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux (tonne/an). Les quantités de carbone dans les différents réservoirs sont constantes lorsque les flux sont équilibrés. L’ensemble de ces échanges constitue le cycle du carbone sur Terre.

Cycle du carbone

Modélisation du cycle du carbone à long terme et impacts climatiques

• Les combustibles fossiles se sont formés à partir du carbone des êtres vivants, il y a plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d’années. Ils ne se renouvellent pas suffisamment vite pour que les stocks se reconstituent : ces ressources en énergie sont dites non renouvelables.  
2 - La complexité du système climatique
• Un climat est défini par un ensemble de moyennes de grandeurs atmosphériques observées dans une région donnée pendant une période donnée. Ces grandeurs sont principalement la température, la pression, le degré d’hygrométrie, la pluviométrie, la nébulosité, la vitesse et la direction des vents.
[...]
• Le climat de la Terre présente une variabilité naturelle sur différentes échelles de temps. Toutefois, depuis plusieurs centaines de milliers d’années, jamais la concentration du CO2 atmosphérique n’a augmenté aussi rapidement qu’actuellement.

Les climats de la Terre

 

Climats aux grandes échelles de temps

Climats et paléoclimats

• Depuis un siècle et demi, on mesure un réchauffement climatique global (environ +1°C). Celui-ci est la réponse du système climatique à l’augmentation du forçage radiatif (différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise) due aux émissions de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère : CO2, CH4, N2O et vapeur d’eau principalement.
• Lorsque la concentration des GES augmente, l’atmosphère absorbe davantage le rayonnement thermique infrarouge émis par la surface de la Terre. En retour, il en résulte une augmentation de la puissance radiative reçue par le sol de la part de l’atmosphère.
• Cette puissance additionnelle entraîne une perturbation de l’équilibre radiatif qui existait à l’ère préindustrielle.
• L’énergie supplémentaire associée est essentiellement stockée par les océans, mais également par l’air et les sols, ce qui se traduit par une augmentation de la température moyenne à la surface de la Terre et la montée du niveau des océans.

Effet de serre

L'évolution du climat : l'impact des GES de 1900 à nos jours
3 - Le climat du futur
• Les modèles climatiques s’appuient sur :
- la mise en équations des mécanismes essentiels qui agissent sur le système Terre ;
- des méthodes numériques de résolution.
Les résultats des modèles sont évalués par comparaison aux observations in situ et spatiales ainsi qu’à la connaissance des paléoclimats.
• Ces modèles, nombreux et indépendants, réalisent des projections climatiques. Après avoir anticipé les évolutions des dernières décennies, ils estiment les variations climatiques globales et locales à venir sur des décennies ou des siècles.
 
• L’analyse scientifique combinant observations, éléments théoriques et modélisations numériques permet aujourd’hui de conclure que l’augmentation de température moyenne depuis le début de l’ère industrielle est liée à l’activité humaine : CO2 produit par la combustion d’hydrocarbures, la déforestation, la production de ciment ; CH4 produit par les fuites de gaz naturel, la fermentation dans les décharges, certaines activités agricoles.
• Les modèles s’accordent à prévoir, avec une forte probabilité d’occurrence, dans des fourchettes dépendant de la quantité émise de GES :
- une augmentation de 1,5 à 5°C de la température moyenne entre 2017 et la fin du XXIe siècle ;
- une élévation du niveau moyen des océans entre le début du XXIe siècle et 2100 pouvant atteindre le mètre ;
- des modifications des régimes de pluie et des événements climatiques extrêmes ;
- une acidification des océans ;
- un impact majeur sur les écosystèmes terrestres et marins.

Quelques conséquences du changement climatique

Evolution de la surface des glaces continentales

Visualiser la fonte des glaces (fichier support de cours) 

4 - Energie, choix de développement et futur climatique
   

 

Niveau TERMINALE - Enseignement de specialite

Programmes officiels  :  B.O n°8 du 25 juillet 2019

Thèmes  -  Notions du programme Ressources proposées dans ce site

Thème  1  :  A la recherche du passé géologique de notre planète

1 - Le temps et les roches

La chronologie relative :  

La chronologie absolue :

• La désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible ; la demi-vie d’un élément radioactif est caractéristique de cet élément.
• La quantification de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche.
• Différents chronomètres sont classiquement utilisés en géologie. Ils se distinguent par la période de l’élément père.
• Le choix du chronomètre dépend de l’âge supposé de l’objet à dater, qui peut être appréhendé par chronologie relative.
• Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou leurs minéraux isolés.
• L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré (minéral ou roche). Cette fermeture correspond à l’arrêt de tout échange entre le système considéré et l’environnement (par exemple quand un cristal solide se forme à partir d’un magma liquide). Des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes.

La datation isotopique
2 - Des traces du passé mouvementé de notre planète

Des domaines continentaux révélant des âges variés

• Les continents associent des domaines d’âges différents. Ils portent des reliquats d’anciennes chaînes de montagnes (ou ceintures orogéniques) issues de cycles orogéniques successifs.

 

La recherche d'océans disparus

• Les ophiolites sont des roches de la lithosphère océanique. La présence de complexes ophiolitiques formant des sutures au sein des chaînes de montagnes témoigne de la fermeture de domaines océaniques, suivie de la collision de blocs continentaux par convergence de plaques lithosphériques.
• L’émergence d’ophiolites résulte de phénomènes d’obduction ou de subduction, suivis d’une exhumation.

 

Les marques de la fragmentation continentale et de l'ouverture océanique

• Les marges passives bordant un océan portent des marques de distension (failles normales et blocs basculés) qui témoignent de la fragmentation initiale avant l’accrétion océanique.
• Les stades initiaux de la fragmentation continentale correspondent aux rifts continentaux.
• La dynamique de la lithosphère détermine ainsi différentes périodes paléogéographiques, avec des périodes de réunion de blocs continentaux, liées à des collisions orogéniques, et des périodes de fragmentation conduisant à la mise en place de nouvelles dorsales.

La naissance d'un océan, la dépression de l'Afar

Thème  2 : Enjeux planétaires et contemporains  -  Les climats de la Terre : Comprendre le passé pour agir aujourd'hi et demain

1 - Reconstituer et comprendre les variations climatiques passées

• D’environ 1°C en 150 ans, le réchauffement climatique observé au début du XXIe siècle est corrélé à la perturbation du cycle biogéochimique du carbone par l’émission de gaz à effet de serre liée aux activités humaines.
À l’échelle du Quaternaire, des données préhistoriques, géologiques et paléo-écologiques attestent l’existence, sur la période s’étendant entre -120 000 et -11 000 ans, d’une glaciation, c’est-à-dire d’une période de temps où la baisse planétaire des températures conduit à une vaste extension des calottes glaciaires. Les témoignages glaciaires (moraines), la mesure de rapports isotopiques de l’oxygène dans les carottes polaires antarctiques et les sédiments font apparaître une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les derniers 800 000 ans.

Les rapports isotopiques montrent des variations cycliques coïncidant avec des variations périodiques des paramètres orbitaux de la Terre. Celles-ci ont modifié la puissance solaire reçue et ont été accompagnées de boucles de rétroactions positives et négatives (albédo lié à l’asymétrie des masses continentales dans les deux hémisphères, solubilité océanique du CO2) ; elles sont à l’origine des entrées et des sorties de glaciation.
Globalement, à l’échelle du Cénozoïque, et depuis 30 millions d’années, les indices géochimiques des sédiments marins montrent une tendance générale à la baisse de température moyenne du globe.
Celle-ci apparaît associée à une baisse de la concentration atmosphérique de CO2 en relation avec l’altération des matériaux continentaux, notamment à la suite des orogénèses du Tertiaire. De plus, la variation de la position des continents a modifié la circulation océanique.
Au Mésozoïque, pendant le Crétacé, les variations climatiques se manifestent par une tendance à une hausse de température. Du fait de l’augmentation de l’activité des dorsales, la géodynamique terrestre interne semble principalement responsable de ces variations.
Au Paléozoïque, des indices paléontologiques et géologiques, corrélés à l’échelle planétaire et tenant compte des paléolatitudes, révèlent une importante glaciation au Carbonifère-Permien. Par la modification du cycle géochimique du carbone qu’elles ont entraînée, l’altération de la chaîne hercynienne et la fossilisation importante de matière organique (grands gisements carbonés) sont tenues pour responsables de cette glaciation.

 

  • Climats et paléoclimats

  • Les climats de la Terre

  • Impact des paramètres orbitaux sur le climat

  • Climats aux grandes échelles de temps