Explorations. Manuel A: science et technologie, 1er cycle du secondaire [1A] 9782765200741, 2765200742, 9782892429930, 2892429935

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CHENELIÈRE ÉDUCATION

Matériel et instruments de laboratoire Agitateur (ou tige de verre) et barreau aimanté

Compte-gouttes et bouteille compte-gouttes

Balance à fléau

Chronomètre

Ballon

Cylindre gradué

Béchers et pince à bécher

Dynamomètre

Boîte de Petri

Entonnoir et support à entonnoirs

Brosses nettoyantes Éprouvettes, bouchons de caoutchouc, support à éprouvettes et pince à éprouvettes Brûleur à alcool et treillis métallique avec support Erlenmeyers, bouchon de caoutchouc et pince à creuset

Flacon laveur

Papier tournesol

Jeu de masses

Plaque chauffante

Lames et lamelle Spatule

Lunettes de sécurité Support universel, anneau et pince universelle Microscope

Mortier et pilon

Thermomètre

Pipettes Vase à trop-plein

CHENELIÈRE ÉDUCATION

Explorations Science et technologie • 1er cycle du secondaire Manuel A Inés Escrivá, Chantal Ouellette, Denis Pinsonnault, Mary Zarif, Trân Khanh-Thanh © 2006 Les Éditions de la Chenelière inc. Édition : Annie Fortier Coordination : Josée Beauchamp, Marielle Champagne, Diane Legros, Claire Campeau Révision linguistique et construction de l’index : Ginette Gratton Correction d’épreuves : Renée Bédard Mise en pages : Diane Parenteau Consultant artistique : Cyril Berthou Conception de la couverture : Arto Dokouzian

CHENELIÈRE ÉDUCATION

7001, boul. Saint-Laurent Montréal (Québec) Canada H2S 3E3 Téléphone : (514) 273-1066 Télécopieur : (514) 276-0324 [email protected] Tous droits réservés. Toute reproduction, en tout ou en partie, sous quelque forme et par quelque procédé que ce soit, est interdite sans l’autorisation écrite préalable de l’Éditeur. ISBN 2-7652-0074-2 Dépôt légal : 1er trimestre 2006 Bibliothèque et Archives nationales du Québec Bibliothèque et Archives Canada Imprimé au Canada 4 5 ITIB 09 08 07 06 Nous reconnaissons l’aide financière du gouvernement du Canada par l’entremise du Programme d’aide au développement de l’industrie de l’édition (PADIÉ) pour nos activités d’édition. Chenelière Éducation remercie le gouvernement du Québec de l’aide financière qu’il lui a accordée pour l’édition de cet ouvrage par l’intermédiaire du Programme de crédit d’impôt pour l’édition de livres (SODEC).

Remerciements L’Éditeur remercie les consultantes et consultants suivants pour leur expertise pédagogique et leur collaboration extraordinaire à la réalisation de cet ouvrage : Sophie Comtois, conseillère pédagogique, C.S. des Trois-Lacs ; Denis Fyfe, du Centre de développement pédagogique pour la formation générale en science et technologie ; Annie Huberdeau, conseillère pédagogique, C.S. de la Rivière-du-Nord ; André De Lafontaine, enseignant, C.S. du Chemin-du-Roy ; Luc Prud’homme, de la C.S. au Cœur-des-Vallées. Pour un travail de révision scientifique réalisé avec expertise et grande générosité, l’Éditeur remercie les personnes suivantes : Philippe Angers, Ing., Service des infrastructures, transport et environnement - Station d’épuration des eaux usées ; Bertrand Brassard, M. Sc., coordonnateur du service éducatif, Musée minéralogique et minier de Thetford Mines ; Daniel Brocard, Ph.D. Sc., Université de Montréal ; Pierre Chastenay, M. Sc., Planétarium de Montréal ; André Chulak, Site d’enfouissement BFI Canada ; Marc Constantin, Ph.D. Sc., Université Laval ; Hélène Crevier, M. Sc. ; Daniel Dufort, M. Ing., chef de division, Usine Atwater, ville de Montréal ; Denise Dumouchel, technicienne en laboratoire, C.S. au Cœur-des-Vallées ; Serge Gaudard, M. A., conservateur, Musée minéralogique et minier de Thetford Mines ; Dominic Goulet, Ing. jr ; Éric Guadagno, M. Sc. Université de Montréal ; André Laperrière, Ing., Laboratoire des technologies de l’énergie de Shawinigan – Institut de recherche d’Hydro-Québec ; Mario Laquerre, M. Env., Recyc-Québec ; Serge Laurendeau, Agence de l’efficacité énergétique ; Richard Martel, Ph.D. Sc., Université de Montréal ; Pierre Payment, Ph.D. Sc., INRS – Institut Armand-Frappier ; Lucie Saint-Germain, technicienne en laboratoire, C.S. de la Seigneurie-des-Milles-Îles ; Jean-Paul Viaud, conservateur, Exporail Musée ferroviaire canadien ; François Wesemaël, Ph.D. Sc., Université de Montréal. Pour un travail d’évaluation réalisé avec beaucoup de soin et pour leurs commentaires avisés sur la collection, nous tenons à remercier tout particulièrement Jean-François Bédard, enseignant, C.S. des Découvreurs ; Cathy Bisson, enseignante, C.S. des Navigateurs ; Josée Boucher, chef de groupe, Collège Regina Assumpta ; Colette Chayer, enseignante, C.S. des Grandes-Seigneuries ; Anny Desjardins, enseignante, C.S. Marie-Victorin ; Marc Drouin, enseignant, Collège Jean-Eudes ; Martin Dubé, enseignant, C.S. de la Seigneurie-des-Mille-Îles ; Geneviève Dubuc, enseignante, C.S. des Patriotes ; Martin Dugas, enseignant, C.S. de Montréal ; Sandrine Duprez, enseignante, C.S. de Montréal ; Nathalie Flamand, enseignante, C.S. de la Rivière-du-Nord ; Sébastien Fontaine, enseignant, C.S. de Montréal ; Mélanie Fortin, enseignante, C.S. de la Capitale ; Karine Gélinas, enseignante, C.S. des Draveurs ; Micheline Gingras, enseignante, C.S. de Montréal ; Guillaume Gobeil, enseignant, C.S. au Cœur-des-Vallées ; Michèle Hamel, enseignante, C.S. de la Capitale ; Mireille Jean, enseignante, C.S. des Navigateurs ; Martine Johnson, enseignante, C.S. des Affluents ; Manon Labrecque, enseignante, C.S. des Navigateurs ; Myriam Larue, enseignante, C.S. de la Seigneurie-des-Mille-Îles ; Caroline Leclerc, enseignante, C.S. des Sommets ; Francine Marsolais, enseignante, Collège Durocher Saint-Lambert ; Maria Naciri Es-Salha, enseignante, C.S. Marie-Victorin ; Guillaume Paré, enseignant, C.S. des Découvreurs ; Lorraine Parent, enseignante, C.S. de la Seigneurie-des-Mille-Îles ; Mélanie Payant, enseignante, C.S. des Affluents ; Mélanie Plante, enseignante, C.S. des Premières-Seigneuries ; Marie-Hélène Roy, enseignante, C.S. des Découvreurs ; Richard Simard, enseignant, C.S. de Montréal ; Kathleen Tousignant, enseignante, C.S. de Laval et Philippe Wuidart, enseignant, Collège français Montréal. Pour leur généreuse participation aux séances de photos, l’Éditeur remercie les élèves suivants : Catherine Boily, Joanie Corbey, Jean-Philippe d’Aoust, Gensom Dos Goncalves, Amélia Gontero, Anne Lafortune-Rabbat, Valérie Laniel, Carolane Lortie, Maxime Michaud, Juan Sebastian Millán Gómez, Myriam Montreuil, Dimitri Rateau Valcin, Charles Hugo St-Hilaire et Raphaëlle St-Pierre Damini.

Avant-propos

à monde à toi. Tu l’aborderas rir un mo nde fascinant : ton ouv déc à vite ie. t’in s log tion hno tec lora Exp la science et de la s qui relè vent du cha mp de travers les diff érents univer s, la matière. Tu le mond e animal, les plante er lor exp à ra ène t’am e nd, qui font Ch aque modul petit jusqu’ à l’infinime nt gra nt me fini l’in de s, ant pos étudieras tous les com et qui composent l’Univers. partie de notre environnement technologie à il faut étudier la science et la oi rqu pou é and dem à déj Tu t’es probablement e à ton esprit sci ent ifiq ue te ! Faire de la sci enc e procur san res inté ion est Qu ? ole l’éc et d’a ctio n qui s’est c une dém arche de pen sée ave t tac con e ndr pre de l’oc cas ion arche, tu pourra s Dan s le cadre de cet te dém ire. sto l’hi de g lon au t dévelo ppée tou Cela te donnera accès à une t de savoir et de comprendre. développer ta curiosité, ton goû phénomène s déroutant s. Tu . Tu te familiariseras ave c des nte nna éto nde mo du ion vis lointaine ! luer la vitesse d’une galaxie apprendras par exemple à éva rver la nature avec passion. be, tu auras l’occasion d’obse her en e iqu ntif scie que t tan En as ave c inté rêt à tes erv atio ns. Tu com mu niq uer obs tes ion cis pré c ave s Tu déc rira ènes. Tu seras aussi pour expliquer des phénom blis éta as aur tu que s lien au cours de tes camarades les tions que tu pourras vérifier dic pré des et s ion uct déd capable de faire des expériences. tu apprendras nipulation d’objets concrets, ma la de tir par à s, nce érie En réalisant ces exp ues. Autrem ent dit, tu sauras sens des pri ncipes sci entifiq le sir sai de afin hir léc réf à idées et quel est l’effet des l’épreuve des opinions et des à mis as tu nt me com er expliqu tu vis. C’est ainsi que es sur la société dans laquelle iqu log hno tec et es iqu ntif activités scie s recherches. ituellement dans leurs propre les scientifiques procèdent hab e active me nt de la age qui te permettra de fair tiss ren app un e pos pro te uipe, je souhaite Explor atio ns science. Au nom de toute l’éq de ler par de ter ten con te science au lieu de tions t’amènera peut-être à gui de dans tes études. Exp lora de ve ser te e rag ouv cet que cette collection t’aidera à e. Que ce soit le cas ou non, iqu ntif scie e rièr car une ivre poursu c les autres êtr es rve ille ux que tu partag es ave me nde mo ce c ave nie mo vivre en har vivants. Le directeur de la collection

Explorations,

Trân Khanh -Thanh

Avant-propos

III

Table des matières L’organisation du manuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII

La grande horloge de l’Univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

Les mouvements du ciel . . . . . . . . .

4

Activité 1 Faire des sciences, c’est quoi ? . . . .

6

1

EXPLORATION 1

La science, une façon d’aborder le monde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 2 Pourquoi est-ce que ça tourne ? . . . Activité 3 Modéliser le système solaire . . . . . . De la Terre à la Lune . . . . . . . . . . . . . Activité 4 La gravité à l’œuvre . . . . . . . . . . . . . L’énigme martienne . . . . . . . . . . . . . . Activité 5 Le système solaire à raconter . . . . . Activité synthèse Une communication scientifique . . . . . . . . . . . . .

16 17

Activité 1 Comprendre en un clin d’œil . . . . . Activité 2 Construire un stéréoscope . . . . . . . Activité 3 Une image en trois dimensions . . .

La découverte de la parallaxe . . . . . . Activité 4 Les distances, ça s’entend . . . . . . . . Le radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 5 Différents ordres de grandeur . . . . . Le système solaire, c’est tout petit ! . . Activité synthèse À l’échelle d’un pois sec . . .

19 21 22 22 23 23 24 25 26

Le big-bang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 1 La démarche expérimentale . . . . . . Activité 2 Qu’est-ce que le Soleil ? . . . . . . . . . . Activité 3 Rapide comme… galaxie . . . . . . . .

29 30 31

EXPLORATION 3

Représenter la vitesse par des flèches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La sirène de l’ambulance . . . . . . . . . Activité 4 Élémentaire, mon cher Watson . . . . Activité 5 L’Univers en expansion . . . . . . . . . . Activité synthèse L’Univers en bande dessinée . . . . . . . . . . . . . . . EXPLORATION 4

Des bouleversements planétaires .

Activité 1 Est-ce un hasard ? . . . . . . . . . . . . . . .

27

31 32 33 35 37 38

40 41 42 43 44 45 46

..........

Découvrir l’eau : une goutte à la fois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Portrait de famille . . . . . . . . . . . . . . Éviter le gaspillage . . . . . . . . . . . . . . Une dégustation d’eau . . . . . . . . . . . Et si l’eau changeait d’état ? . . . . . . . Les multiples aspects de l’eau . . . . . L’eau : une question électrique . . . . L’eau : un solvant universel ? . . . . . . Quelques propriétés de l’eau . . . . . . Activité 8 Des glaçons, S.V.P. ! . . . . . . . . . . . . . . Activité 9 H2O, la molécule d’eau . . . . . . . . . . La surprenante molécule d’eau . . . . Activité 10 Une échelle de pH . . . . . . . . . . . . . . Activité 11 Boire un grand verre de… radis ! . . Activité synthèse Propriétaire d’un écosystème . . . . . . . . Activité 1 Activité 2 Activité 3 Activité 4 Activité 5 Activité 6 Activité 7

EXPLORATION 2

Le marais : un monde à découvrir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

54

56 57 58 59 61 62 63 64 65 67 68 69 70 71 72

Activité 1 Une journée dans la vie

d’une grenouille . . . . . . . . . . . . . . . . Les milieux humides . . . . . . . . . . . . . Une journée dans la vie d’une grenouille . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 2 Ma chaîne alimentaire . . . . . . . . . . . Activité 3 Le marais : un réseau alimentaire . . Activité 4 Jeter une pomme, est-ce un crime ? Activité 5 Et si on imitait la nature ? . . . . . . . . L’oiseau, toute une inspiration ! . . . . Activité 6 As-tu le bon outil ? . . . . . . . . . . . . . . Activité 7 Les animaux sont adaptés à leur milieu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 8 Les plantes aussi sont adaptées à leur milieu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les plantes des marais . . . . . . . . . . . Activité 9 Les marais : les reins de la Terre . . . Les nettoyeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité synthèse Raconte-moi ton histoire . .

Pénurie dans l’abondance . . . . . . . Activité 1 D’où vient cette eau ? . . . . . . . . . . . .

EXPLORATION 3

74 75 76 78 78 79 79 80 81 83 84 84 85 85 86 87

89 90 90 91 92

48 49

Les besoins en eau du corps humain De l’eau douce à l’eau potable . . . . . Activité 2 Un monde liquide souterrain . . . . . Activité 3 Recueillir l’eau de pluie . . . . . . . . . . Activité 4 Des normes pour garantir une eau potable . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 5 Une eau de pluie claire . . . . . . . . . . Activité synthèse Une subvention à décrocher . . . . . . . . . . . .

MES DÉCOUVERTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

MES DÉCOUVERTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

96

À l’heure solaire . . . . . . . . . . .

51

PROJET DU MODULE 2

L’eau, un jeu d’enfant ! . . . . .

97

Tu vis sur une plaque . . . . . . . . . . . . Activité 2 Un tapis roulant sans fin . . . . . . . . . Comme de grands radeaux . . . . . . . . Activité 3 Une bousculade de plaques . . . . . . Activité 4 De jeunes montagnes . . . . . . . . . . . Activité 5 De la belle roche toute neuve . . . . . Activité 6 Le ciel nous tombera-t-il sur la tête ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité synthèse Bienvenue chez nous ! . . . . PROJET DU MODULE 1

IV

7 8 10 11 12 14 15

La profondeur du ciel . . . . . . . . . . . .

EXPLORATION 2

L’eau, source de vie

EXPLORATION 1

1re PARTIE : Les modules MODULE

MODULE 2

Table des matières

93 94 95

MODULE 3

Avertissement de changements intenses . . . .

Activité 4 Au feu, les déchets ! . . . . . . . . . . . . . 149 98

La permanence du changement . . 100 Activité 1 Les pinsons de Darwin . . . . . . . . . . 102

EXPLORATION 1

Les aurochs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Activité 2 Qu’est-ce qui change

dans mon environnement ? . . . . . . . 103 Activité 3 Une serre pour expérimenter . . . . . 105 Activité 4 Famine ou profusion ? . . . . . . . . . . . 106 Activité 5 Comment cette espèce

a-t-elle survécu ? . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 6 Que se passe-t-il quand ma plante pousse ? . . . . . . . . Activité 7 Pas de reproduction sexuée sans fécondation . . . . . . . . . . . . . . . Activité 8 La reproduction : un facteur de survie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité synthèse Que mangerons-nous dans le futur ? . . . . . . . . . . . EXPLORATION 2

Mon animal révèle ses secrets . . . . Une lutte pour survivre . . . . . . . . . . Classer pour comprendre . . . . . . . . L’unité de base de la vie . . . . . . . . . . Sous la coquille de l’œuf . . . . . . . . . À chaque menace sa solution . . . . . À la rescousse de la grue blanche . . . Activité synthèse Le grand jour . . . . . . . . . . .

EXPLORATION 3

Mon quartier, mon habitat . . . . . . . Un capteur de poussière . . . . . . . . . Un capteur qui en dit long . . . . . . . Sang pour sang . . . . . . . . . . . . . . . . . Le trajet de l’air dans ton corps . . . . Les dommages de la fumée de cigarette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activité 5 Je me protège . . . . . . . . . . . . . . . . . . Une armée pour me défendre . . . . . . Activité synthèse Une trousse de survie . . . . .

MODULE 4

Activité 4 Le chauffage à la maison . . . . . . . . . Activité 5 Des conseils à revendre . . . . . . . . . . Activité 6 Plumes ou poils ? . . . . . . . . . . . . . . . Activité 7 Une avenue peu traditionnelle . . . . Activité synthèse L’énergie dans la maison

110 112 113 116 117 118 119 120 122 123 124 127 128 129 130 132 132 133 134 135

Ça va chauffer ! . . . . . . . . . . . . 137

Ma planète : ses ressources et ses limites . . . . . . . . . . . . . . . . . .

EXPLORATION 1

de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

109

MES DÉCOUVERTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 PROJET DU MODULE 3

L’énergie à bout de souffle . . . . . . . 156 Activité 1 Découvrir l’énergie . . . . . . . . . . . . . 158 Activité 2 Zoom sur la transformation

EXPLORATION 2

Activité 3 Ouf ! Il fait chaud ! . . . . . . . . . . . . . . 160

Le mal de l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Activité 1 Activité 2 Activité 3 Activité 4

Vive Hervé ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Activité synthèse Mon écopub . . . . . . . . . . . . 155

108

J’adopte un ami mystérieux . . . . . . 114

Activité 1 Activité 2 Activité 3 Activité 4 Activité 5 Activité 6

L’incinération . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Activité 5 Le meilleur sol pour les déchets . . . 151 Activité 6 Zoom sur les matières résiduelles . 153 Activité 7 Bon débarras ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

L’effet de serre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 162 164 164 166 de mes rêves . . . . . . . . . . . . 168

EXPLORATION 3

Je m’amuse pour pas cher . . . . . . . 169

Activité 1 Un, deux, trois, j’y vais ! . . . . . . . . . . 170 Activité synthèse Je vais au bout

de ma conception . . . . . . . 172 MES DÉCOUVERTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

La planète va-t-elle mieux ? . 174

PROJET DU MODULE 4

2e PARTIE : L’encyclo

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

L’univers matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SECTION 1

176

Les propriétés de la matière . . . . . . . . . . 178

Les propriétés non caractéristiques de la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Les propriétés caractéristiques de la matière . 192 SECTION 2

Les transformations de la matière . . . . . 194

Les changements physiques . . . . . . . . . . . . . . Les changements chimiques . . . . . . . . . . . . . . La conservation de la masse . . . . . . . . . . . . . . Les substances pures et les mélanges . . . . . . . SECTION 3

195 197 198 199

L’organisation de la matière . . . . . . . . . . . 206

L’atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Les éléments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 La molécule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

138

Une visite au site d’enfouissement . . . 140

Activité 1 Une enquête écologique . . . . . . . . . 142 Activité 2 L’autopsie d’une poubelle . . . . . . . . 144

Les matières résiduelles disparaissent-elles vraiment ? . . . . . . 145 Activité 3 Qu’est-ce qui se passe dans un site d’enfouissement ? . . . . . . . . . . . . . . 146 L’enfouissement sanitaire . . . . . . . . . 148

L’univers vivant SECTION 1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

La diversité de la vie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

Les espèces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 L’habitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 L’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 SECTION 2

La reproduction des êtres vivants . . . . . 242

La reproduction asexuée et sexuée . . . . . . . . . 244

Table des matières

V

La reproduction chez les végétaux . . . . . . . . . 245 La reproduction chez les animaux . . . . . . . . . 254 La reproduction chez les êtres humains . . . . . 261 SECTION 3

Le maintien de la vie . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

Les caractéristiques du vivant . . . . . . . . . . . . . 281 La cellule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Deux fonctions vitales de la cellule . . . . . . . . . 288

294 295 296 302 306

Les phénomènes géologiques . . . . . . . . . 316 317 326 329 332 333 336 338 344

Les phénomènes astronomiques . . . . . . 348 349 355 356 363 372

L’univers technologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

376

L’ingénierie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

La démarche technologique . . . . . . . . . . . . . . Le cahier des charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les schémas technologiques . . . . . . . . . . . . . . La gamme de fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . La matière première, le matériau et le matériel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SECTION 2

380 382 386 389 390

Les systèmes technologiques . . . . . . . . . 392

Les systèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Les fonctions mécaniques élémentaires . . . . . 396 Les transformations de l’énergie . . . . . . . . . . . 399 SECTION 3

Les mouvements et les forces . . . . . . . . . 408

Les types de mouvements . . . . . . . . . . . . . . . . Les effets d’une force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les machines simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La transmission du mouvement . . . . . . . . . . . La transformation du mouvement . . . . . . . . .

VI

Consignes de sécurité générales . . . . . . . . . . . . . . . . 431 Consignes de sécurité au laboratoire . . . . . . . . . . . . 431

Consignes de sécurité en matière d’électricité . . . 432

La lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La loi de la gravitation universelle . . . . . . . . . . La naissance du système solaire . . . . . . . . . . . La Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La Lune . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

SECTION 1

431

Les caractéristiques générales de la Terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

La Terre en mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les volcans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les séismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’orogenèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’érosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le cycle de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les vents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Les manifestations naturelles de l’énergie . . . SECTION 3

Outil 1 Comment travailler en toute sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Les symboles de danger du SIMDUT . . . . . . . . . . . . 432 Les symboles de sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432

La structure interne de la Terre . . . . . . . . . . . . La biosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’atmosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’hydrosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La lithosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SECTION 2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430

290

La Terre et l’espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SECTION 1

3e PARTIE : Boîte à outils

Table des matières

410 414 416 423 427

Outil 2 Comment appliquer la démarche expérimentale

. . . . . . 433

La démarche scientifique et la résolution de problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 La démarche expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 J’observe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Je me questionne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Je précise mes variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J’expérimente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . J’analyse mes résultats et je les présente . . . . . . . . .

Outil 3 Comment appliquer la démarche technologique

433 434 434 434 435

. . . . . . 436

La construction d’objets technologiques . . . . . . . . 436 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Trouve une idée de conception . . . . . . . . . . . . . . Analyse chacun des scénarios . . . . . . . . . . . . . . . Dresse l’inventaire des ressources disponibles . . Trace un schéma de principe . . . . . . . . . . . . . . . . Établis un schéma de construction . . . . . . . . . . . Élabore une gamme de fabrication . . . . . . . . . . . Réalise ton objet technologique . . . . . . . . . . . . . Fais la mise en marché de ton objet technologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Fais un retour sur ta démarche technologique . .

436 436 436 436 436 437 437 437 437

L’analyse d’objets technologiques . . . . . . . . . . . . . . . 437 1. À quoi sert l’objet technologique ? . . . . . . . . . . . . 437 2. Comment fonctionne l’objet technologique ? . . . 438 3. Comment l’objet technologique est-il construit ? 438

Outil 4 Comment mener une recherche documentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

439

La recherche documentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 J’effectue une recherche documentaire . . . . . . . . . . 439 Je traite l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 Je présente l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

La recherche dans Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 Des outils de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 Le choix des mots clés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 Évaluer la fiabilité d’une page ou d’un site . . . . . . . 440

Outil 5 Comment communiquer efficacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

441

La communication orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 La préparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 La présentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 Autres conseils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442

La communication à l’aide de supports visuels . . 442

Outil 6 Comment présenter des résultats scientifiques

. . . . . . . 443

Le tableau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le plan cartésien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le diagramme à bandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’histogramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le diagramme linéaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le diagramme circulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Outil 7 Comment tracer des schémas

443

. . 455

La loupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 Ses caractéristiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 Comment utiliser la loupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455

Le microscope optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456 Ses composantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456 Comment utiliser le microscope optique . . . . . . . . . 457

Le binoculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 Ses composantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 Comment utiliser le binoculaire . . . . . . . . . . . . . . . . 459

Outil 11 Comment se servir des instruments de mesure

. . . . . 460

La balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 Le dynamomètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 Le cylindre gradué . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

446

Mesurer le volume d’un liquide . . . . . . . . . . . . . . . . 462 Mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 La méthode du vase à trop-plein . . . . . . . . . . . . . . . . 463

447

Le thermomètre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463

444 445

448

. . 449

Les symboles graphiques en technologie . . . . . . . . 451 Les instruments de géométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 Le compas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 Le rapporteur d’angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 Les équerres à dessin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452

Outil 8 Comment concevoir un modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Outil 10 Comment utiliser les instruments d’observation

453

Outil 12 Comment utiliser des instruments de technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La scie à dos et la boîte à onglets . . . . . . . . . . . . . . . . La chignole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La perceuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La riveteuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La clé à molette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Le pistolet à colle chaude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

464 464 464 465 465 466

466

Glossaire et index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476

Outil 9 Comment représenter un objet à échelle réduite . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

454

Répartition des concepts prescrits pour le 1er cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478

Table des matières

VII

L’organisation du manuel Le manuel de l’élève comprend trois parties : 1re PARTIE

Les modules

2e PARTIE

L’encyclo

e

3 PARTIE

1re PARTIE

Boîte à outils

Les modules QUATRE MODULES | 13 explorations

Phase de préparation Chaque module est indépendant. Il n’est donc pas nécessaire d’aborder les modules dans l’ordre où ils apparaissent. Les pages d’ouverture du module proposent une mise en situation qui prépare aux activités du module et à la réalisation du projet. La présentation du module annonce le contenu des explorations et du projet du module.

Concepts clés de l’exploration Une liste présente les concepts abordés au cours de l’exploration.

Chaque exploration commence par une mise en situation qui prépare aux activités de l’exploration et à la réalisation de l’activité synthèse.

Cette page présente le sujet à l’étude (le fil conducteur) et décrit les activités à réaliser au cours de l’exploration, y compris l’activité synthèse.

VIII

L’organisation du manuel

Phase de réalisation

Le type d’activité est indiqué à côté du numéro de l’activité. Il y a cinq types d’activité : communication, expérimentation, interprétation, recherche et technologie.

Enrichissement Cette rubrique propose une activité complémentaire qui comporte un défi intéressant.

Le boomerang renvoie à L’encyclo, qui contient toute la théorie du 1er cycle, ou à la Boîte à outils, qui présente les stratégies et les techniques utilisées dans le cours de science et technologie. Cette information est nécessaire à la réalisation des activités des modules.

Flash Cette rubrique présente un fait intéressant ou une anecdote qui a marqué l’actualité scientifique ou technologique.

Cette page propose un complément d’information théorique nécessaire à la réalisation d’une activité. Les définitions en marge permettent de comprendre le sens des mots en bleu dans le texte. Ces définitions sont reprises dans le glossaire, à la fin du manuel.

Info-carrière Cette rubrique décrit un métier lié au domaine de la science et de la technologie.

Les symboles de danger du SIMDUT et les symboles de sécurité signalent un danger potentiel. Il est donc nécessaire de prendre les mesures de sécurité requises. Protocole Ce pictogramme indique que le protocole de l’expérience est disponible sous forme de fiche reproductible.

Vers le fil d’arrivée Cette rubrique précise les éléments de l’activité en cours qui peuvent être utiles à la réalisation de l’activité synthèse ou du projet.

L’organisation du manuel

IX

Phase d’intégration et de réinvestissement

Histoire scientifique Cette rubrique présente un personnage ou un événement ayant marqué l’évolution de la science et de la technologie.

TIC Cette rubrique suggère d’utiliser une technologie de l’information et de la communication : traitement de texte, tableur, Internet, projecteur, etc.

Activité synthèse Cette activité permet de mettre en pratique les connaissances acquises et les compétences développées au cours de l’exploration.

Points à surveiller Cet encadré indique les critères d’évaluation qui pourraient être utilisés pour l’activité synthèse.

Mes découvertes Cette page propose un résumé des connaissances abordées dans le module.

Concepts clés du module Cette liste énumère les concepts abordés dans le module.

Projet du module Le projet favorise l’intégration et le réinvestissement des connaissances acquises et des compétences développées tout au long du module.

Points à surveiller Cet encadré indique les éléments qui pourraient servir à l’évaluation du projet.

X

L’organisation du manuel

2e PARTIE

L’encyclo LES QUATRE UNIVERS DU PROGRAMME Chaque univers est représenté par un pictogramme.

Un texte et un organigramme présentent chaque univers.

Un aperçu de chaque section est présenté dans un court texte.

Le Survol résume le contenu de la section.

Un organigramme indique toutes les notions à l’étude dans la section.

Cette rubrique indique les dates importantes de l’évolution d’un objet ou d’un phénomène scientifique ou technologique.

3e PARTIE

Boîte à outils Des stratégies et des techniques Les outils présentent des stratégies et des techniques utiles en science et en technologie.

Vérifie ce que tu as retenu Cette rubrique permet vérifier les connaissances sur les concepts abordés.

L’organisation du manuel

XI

MODULE

1 La grande horloge de l’Univers Regarde bien ces quatre cadrans solaires. 1. Essaie de trouver comment chacun fonctionne. 2. Discute de tes réponses avec tes camarades de classe.

B A

D

C

2

Le soleil se couche, il se fait tard Le lever et le coucher du soleil marquent le rythme de nos activités quotidiennes. L’été, il fait clair tard en soirée. L’hiver, le soleil disparaît avant l’heure du souper. Nous nous adaptons aux changements qui surviennent au fil des saisons. Les mouvements de la Terre et du Soleil ont une grande influence sur notre vie. Peux-tu nommer d’autres mouvements astronomiques qui nous servent de repères pour mesurer le temps ? Certains phénomènes semblent se répéter régulièrement. Par exemple, le jour alterne toujours avec la nuit, et les saisons se succèdent toujours dans le même ordre. Par contre, d’autres phénomènes ne sont pas cycliques. Les étoiles, par exemple, naissent et meurent.

La place Saint-Pierre de Rome est en fait un immense cadran solaire.

Comment construirais-tu ton propre cadran solaire ? Ce module t’amènera à examiner les forces qui sont à l’origine des mouvements des étoiles et des planètes. Il te permettra aussi de découvrir l’histoire de l’Univers et de la Terre. • Dans l’exploration 1, « Les mouvements du ciel », tu construiras un simulateur qui te permettra d’expliquer le mouvement des planètes. • Dans l’exploration 2, « La profondeur du ciel », tu découvriras comment on évalue des distances énormes. • Dans l’exploration 3, « Le big-bang », tu devras interpréter des indices pour comprendre comment l’Univers s’est transformé avec le temps. • Dans l’exploration 4, « Des bouleversements planétaires », tu constateras à quel point notre planète change avec le temps. À la fin de ce module, au cours du projet « À l’heure solaire », tu fabriqueras un cadran solaire. Lorsque tu l’auras installé chez toi, il te permettra de lire l’heure solaire.

3

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 1 • Aurores boréales • Comètes

1 Les mouvements du ciel

• Couches de l’atmosphère • Cycle du jour et de la nuit

La révolution de Copernic

• Effets d’une force • Gravitation universelle

À travers les âges, les êtres humains ont contemplé le ciel. Comme toi, ils ont vu que le soleil se levait le matin, qu’il traversait le ciel au cours de la journée et qu’il se couchait le soir. Ils ont essayé d’expliquer ce phénomène. Pendant des millénaires, on a pensé que le Soleil tournait autour de la Terre, tout comme la Lune et les étoiles. Puis, au 16e siècle, Nicolas Copernic a déclaré que la Terre tournait sur elle-même. C’était ce mouvement de rotation qui expliquait le mouvement apparent du Soleil durant le jour. De plus, Copernic croyait que la Terre tournait autour du Soleil, et non le contraire (voir la figure 1). À l’époque, ces idées étaient révolutionnaires. Les gens ne les ont pas acceptées facilement.

• Impacts météoritiques • Lumière (propriétés) • Machines simples • Masse • Matériau • Phases de la Lune • Saisons • Schéma de construction • Schéma de principe • Système solaire

Le temps des débats n’est pas terminé. Encore aujourd’hui, il reste des phénomènes à expliquer. Que réponds-tu aux questions suivantes ? 1. L’Univers a-t-il eu un début ? 2. L’Univers possède-t-il un centre ?

La Terre Le Soleil

La Terre Le Soleil

Figure 1 Deux explications différentes du mouvement du Soleil dans le ciel

4

, on 1 : au cours de cette exploration

rati Voici le fil conducteur de l’explo tu aborderas l’astronomie.

Astronomie

La science qui étudie sciences, c’est quoi ? », • Dans l’activité 1, « Faire des les astres, leurs propri étés tains volets et leurs interactions. aux pages 6 et 7, tu exploreras cer de la démarche expérimentale. est-ce que ça tourne ? », • Dans l’activité 2, « Pourquoi nt. qui arrive lorsque les objets tourne aux pages 8 et 9, tu découvriras ce

Où vont ces planètes ? ras l’effet de la gravité. • Dans les activités 3 et 4, tu étudie es 10 et 11, iser le système solaire », aux pag – Au cours de l’activité 3, « Modél uvement des uler l’effet de la gravité sur le mo tu construiras un modèle pour sim planètes du système solaire. 14, vité à l’œuvre », aux pages 12 à – Au cours de l’activité 4, « La gra . mieux décrire l’effet de la gravité tu te serviras de ton modèle pour 15, tu effectueras e solaire à raconter », à la page • Dans l’activité 5, « Le systèm aire. une recherche sur le système sol communication rs de l’activité synthèse « Une cou au , tion lora exp te cet de fin la À nts d’un type d’astre senteras à ta classe les mouveme scientifique », à la page 16, tu pré du système solaire.

C’est tellement uran rass t de contempler le ciel, toujours si immuable…

5

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Faire des sciences, c’est quoi ? La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

Les scientifiques élaborent des modèles et réalisent des expériences pour expliquer le monde qui nous entoure. Suivre une démarche expérimentale, c’est entre autres faire des déductions à l’aide d’un modèle. On vérifie ensuite par des expériences si ces déductions sont justes. La démarche expérimentale permet donc de mettre le modèle à l’épreuve.

1 Pour mieux comprendre cette démarche, lis le texte « La science, une façon Modèle Une façon de représenter les relations entre les différents éléments d’un système. Il peut s’agir d’une maquette, d’un prototype, d’une formule mathématique, etc. Un modèle permet aussi de faire des prédictions.

a) Du cuir

d’aborder le monde », à la page suivante. 2 Discute des affirmations suivantes avec tes camarades de classe : a) Le tapis semble plus chaud que le plancher au toucher. Le tapis est donc plus chaud que le plancher. b) La laine réchauffe plus que les autres tissus. C’est pourquoi on l’utilise pour fabriquer des vêtements d’hiver (voir la figure 2). 3 Réponds aux questions suivantes : a) Les affirmations précédentes sont-elles le résultat d’une démarche expérimentale ? b) De quelle façon pourrais-tu vérifier ces affirmations ?

b) De la laine

c) De la fibre polaire

Figure 2 Comment savoir lequel de ces tissus

nous protège le mieux du froid ?

’A RR IV ÉE

VE RS LE FI L D

vérifier mment il faut Retiens bien co ser . Tu devras utili des affirmations deras or lorsque tu ab cette démarche au ut énomènes to de nouveaux ph uel. long de ce man

6

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

La science, une façon d’aborder le monde La démarche scientifique vise, dans un premier temps, à développer des modèles et, dans un second temps, à réaliser des expériences pour tester la validité de ces modèles. Cette étape de validation, appelée « démarche expérimentale », permet d’améliorer les modèles existants ou même de les éliminer s’ils n’expliquent pas de façon satisfaisante les phénomènes observés. L’astronome français Urbain Le Verrier (1811-1877) a mis à l’épreuve le modèle de la gravitation universelle, élaboré par Isaac Newton en 1687. Le Verrier étudiait le mouvement de la planète Uranus. Ce mouvement ne correspondait pas exactement aux calculs qu’il effectuait selon le modèle de Newton. Le Verrier en a déduit qu’Uranus subissait l’influence d’une planète inconnue. Il arriva même à calculer la position de cette planète inconnue (voir la figure 4).

Le 23 septembre 1846, l’astronome allemand Johann G. Galle pointa son télescope dans la direction calculée par Le Verrier. Après seulement une heure d’observation, Galle découvrit une nouvelle planète : Neptune (voir la figure 3). Si Neptune n’avait pas été à l’endroit prédit, le modèle mis au point par Newton aurait été contredit. Il aurait alors fallu le modifier ou l’abandonner. Mais puisque Galle a confirmé la prédiction de Le Verrier, on peut donc penser que le modèle est bon… jusqu’au jour où une nouvelle expérience viendra le contredire.

La loi de la gravitation universelle L’ENCYCLO, p. 355

Planète Un objet céleste qui tourne autour d’une étoile. Une planète ne produit pas de lumière.

Figure 3 Le Verrier a prédit

l’existence et la position de la planète Neptune avant que Galle ne l’observe.

Le Soleil

L’orbite d’Uranus

L’orbite de Neptune

Figure 4 Une représentation des orbites d’Uranus et de Neptune

EXPLORATION 1

Les mouvements du ciel

7

ACTIVITÉ

2

EXPÉRIMENTATION

Pourquoi est-ce que ça tourne ? La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le dynamomètre p. 461

BOÎTE À OUTILS,

Les effets d’une force p. 414

L’ENCYCLO,

J‘observe De nombreux objets tournent. Par exemple, tu as sûrement déjà joué dans un tourniquet. Lorsque tu te déplaces vers le centre du tourniquet, tu sens de moins en moins la force qui te pousse vers l’extérieur. Quand tu te déplaces vers l’extérieur ou que le tourniquet accélère, tu as de plus en plus de difficulté à te retenir pour ne pas tomber à l’extérieur du tourniquet.

Je me questionne Révolution Le mouvement décrit par un astre qui tourne autour d’un autre astre. Dynamomètre Un appareil qui mesure la force appliquée.

« Comment est-ce que je peux simuler la révolution de la Terre autour du Soleil en faisant tourner un objet au bout d’une corde ? »

Je précise mes variables Ton expérience doit te permettre de vérifier ce qui se passe : a) si tu modifies la vitesse de l’objet que tu fais tourner ; b) si tu augmentes la distance entre ta main et l’objet que tu fais tourner.

J‘expérimente M AT É R I E L té ✔ Des lunettes de sécuri N) ✔ Un dynamomètre (5 X U A I R M AT É houc percé ✔ Un bouchon de caoutc 20 g) n viro de deux trous (en rémités ext ✔ Un tube de pyrex aux arrondies ✔ Un fil de pêche (1 m)

8

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. Sers-toi de celui-ci comme modèle tout au long du module. 1. Fabrique ton modèle. a) Attache une extrémité du fil de pêche au bouchon de caoutchouc. b) Insère le fil dans le tube de pyrex. c) Attache l’extrémité libre du fil au dynamomètre. 2. Fais tourner le bouchon comme le montre la photo en haut de la page suivante.

Force C’est ce qui permet de déformer un ressort ou de lancer une balle. Lorsqu’on pousse ou qu’on tire un objet, on applique une force. L’unité de mesure de la force est le newton (N).

ENRICHISSEMENT

3. Observe comment la force mesurée par le dynamomètre change : a) lorsque tu fais tourner le bouchon plus vite ; b) lorsque tu éloignes le bouchon du tube de pyrex en rapprochant le tube du dynamomètre. 4. Enlève le dynamomètre et le tube de pyrex. a) Près du sol, fais tourner lentement le bouchon et lâche le fil. b) Décris comment le bouchon se déplace après que tu as lâché le fil.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Dans tes mots, décris l’effet de la force que tu as exercée sur le bouchon. 2. Explique en quoi ton modèle peut représenter la révolution de la Terre. 3. Discute de tes observations avec tes camarades de classe. 4. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

VE RS LE FI L D

’A RR IV ÉE

Les observations que tu as faites au cours de cett e activité te seront utiles lo rsque tu tenter as de découvrir ce qui fait tourne r les planètes, au cours des deux prochaines acti vités.

Qu’est-ce qui empêche les gens de tomber ? Place une gomme à effacer dans la paume de ta main. Essaie de lui faire suivre une trajectoire semblable à celle des gens dans le manège. Que dois-tu faire pour que la gomme à effacer ne tombe pas lorsque tu retournes ta main ?

EXPLORATION 1

Les mouvements du ciel

9

ACTIVITÉ

3

TECHNOLOGIE

Modéliser le système solaire Au cours de l’activité précédente, tu as utilisé un dynamomètre pour mesurer la force qui attirait le bouchon vers le tube. Dans les deux prochaines activités, on a remplacé le dynamomètre par un plan incliné.

La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Les schémas technologiques L’ENCYCLO, p. 386 à 388

Pour simuler l’attraction que le Soleil exerce sur une planète, tu vas utiliser une propriété bien connue des cyclistes (voir la figure 5). Supposons qu’une bicyclette roule sur une route : plus cette route sera inclinée, plus la bicyclette semblera attirée vers le bas.

Le plan incliné p. 418

L’ENCYCLO,

Figure 5 Il faut rouler assez vite pour

ne pas glisser dans la courbe d’une piste de vélodrome.

1 Lis d’abord le texte « De laTerre à la Lune », à la page suivante. 2 Rassemble le matériel et les matériaux suivants : • Deux cylindres de métal de tailles différentes • Deux petites billes d’acier de tailles différentes • Un récipient cylindrique • Une bande élastique • Un morceau de tissu extensible 3 Effectue le montage de la figure 6. Deux élèves tendent le tissu extensible sur le récipient cylindrique. En même temps, une ou un autre élève place la bande élastique pour maintenir le tissu en place. 4 Pour créer un plan incliné, place un cylindre représentant le Soleil au centre de tissu (voir la figure 7). L’attraction sera plus forte près du cylindre, car l’inclinaison y sera plus grande.

Un tissu extensible

Une planète subissant une faible attraction Une planète subissant une forte attraction Le Soleil Une attraction faible

Une bande élastique

Deux petites billes d’acier

Un récipient cylindrique Deux cylindres de métal

Figure 6 Le schéma de construction du simulateur

10

Une attraction forte

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

Figure 7 Le schéma de principe du simulateur

De la Terre à la Lune

Deux objets sont toujours attirés l’un par l’autre en raison de la gravité.

À l’échelle terrestre, l’objet le plus massif est notre planète elle-même. C’est pourquoi tous les objets qui nous entourent sont attirés vers la Terre. Par exemple, si tu laisses tomber un crayon, il tombe au sol. La Terre aussi est attirée par le crayon, mais l’effet de cette attraction est si faible qu’il est négligeable. Imagine un objet en mouvement. Si aucune force n’est appliquée sur cet objet, on observe ceci :

Imagine maintenant deux objets en mouvement. En raison de la gravité, les deux objets sont attirés l’un par l’autre et leur trajectoire est déviée. Si l’un des deux objets est beaucoup plus lourd que l’autre, la déviation de sa trajectoire sera peut-être trop petite pour être observable. Par exemple, le Soleil est attiré par la Terre. Mais il est tellement plus lourd que celle-ci que la déviation de sa trajectoire est imperceptible. Un objet en mouvement peut se placer en orbite autour d’un autre objet si sa vitesse est suffisamment grande. C’est exactement ce qui se passe dans le cas des planètes du système solaire. La vitesse et la gravité sont suffisantes pour mettre la Terre et les autres planètes en orbite autour du Soleil.

Orbite La trajectoire que suit un astre autour d’un objet céleste.

résultat mouvement gravité

Le mouvement circulaire

Le mouvement en ligne droite

Gravité La force exercée par un objet sur un autre objet. Cette force dépend de la masse des objets et de la distance qui les sépare.

Une seule force, la gravité, permet donc d’expliquer à la fois pourquoi une pomme tombe d’un arbre et pourquoi la Lune tourne autour de la Terre.

En 2001, les Russes ont décidé de détruire la station spatiale Mir, qui était touchée par des pannes fréquentes. Les scientifiques l’ont mise sur une orbite suffisamment basse pour qu’elle pénètre dans l’atmosphère terrestre. Le 23 mars, Mir s’est jetée dans l’océan Pacifique. Elle avait auparavant été freinée par le frottement de l’air. Elle était restée en orbite autour de la Terre pendant 15 ans. Durant cette période, elle a permis de réaliser plusieurs expériences scientifiques en apesanteur.

SC I E N T I F I Q U E

Deux objets s’attirent toujours l’un l’autre. C’est ce qu’on appelle la gravité. En 1687, Isaac Newton a découvert que la gravité dépend de la masse et de la distance. En fait, plus la masse combinée de deux objets est grande, plus la gravité est forte. De même, plus les deux objets sont éloignés l’un de l’autre, plus la gravité est faible.

H I STO I R E

EXPLORATION 1

Les mouvements du ciel

11

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le diagramme linéaire BOÎTE À OUTILS, p. 447

Simulateur Un appareil qui permet de reproduire certaines situations réelles.

4

EXPÉRIMENTATION

La gravité à l’œuvre J‘observe Lorsque tu places une bille à proximité du cylindre de ton simulateur, la bille roule vers le cylindre. Cette situation reproduit la force d’attraction qui attire une planète vers le Soleil. Plus tu places la bille près du cylindre, plus le plan est incliné et plus la bille se dirige rapidement vers le cylindre (voir la figure 8). Le simulateur modélise l’effet de la distance sur l’attraction.

Je me questionne « Comment les billes se déplaceront-elles si je les fais rouler dans le simulateur ? M AT É R I E L ✔ Deux cylindres de métal de tailles différentes ✔ Deux petites billes d’acier de tailles différentes M AT É R I A U é ✔ Le simulateur de l’activit précédente

Une attraction faible Une orbite allongée

Une attraction forte Une orbite circulaire Figure 8 Une simulation de la gravitation

universelle

12

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

Je précise mes variables Une bille peut aller directement vers le cylindre, emprunter une orbite allongée ou encore une orbite circulaire. Pourquoi, selon toi ? Explique ce qui t’amène à penser ainsi.

J‘expérimente Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Place le gros cylindre au centre du simulateur. 2. Fais rouler la plus petite bille d’acier sur une orbite circulaire autour du cylindre. Il est possible que tu aies à faire plusieurs essais avant de réussir. 3. Refais l’expérience avec la grosse bille. 4. Refais les étapes 2 et 3 avec le petit cylindre. 5. Réponds aux questions suivantes : a) Dans quelle direction dois-tu lancer la bille si tu veux obtenir la trajectoire la plus circulaire possible ? b) Que se passe-t-il si tu lances la bille avec trop de force ? c) Que se passe-t-il si tu lances la bille trop doucement ?

J‘analyse mes résultats et je les présente

ENRICHISSEMENT

1. Examine les données du tableau 1, ci-dessous. 2. Quel est le lien entre les données du tableau 1 et les observations que tu as faites avec le simulateur ? 3. Les planètes tournent depuis longtemps autour du Soleil. Mais les billes ne réussissent pas à tourner très longtemps autour du cylindre. Comment pourrais-tu améliorer ton simulateur ? 4. Trace un diagramme linéaire qui montre la relation entre la distance séparant les planètes du Soleil et leur période de révolution. Utilise les données du tableau 1. 5. Note la relation qui existe entre la distance de la planète au Soleil et sa période de révolution. 6. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements. 7. Lis le texte « L’énigme martienne », à la page suivante, pour en savoir plus sur l’évolution des idées concernant le système solaire. Tableau 1 Les orbites de certains astres autour du Soleil

Astre

Période de révolution autour du Soleil

Période de révolution autour du Soleil

Distance de la planète au Soleil

(en jours terrestres)

(en années terrestres)

(en unités astronomiques)

Une comète est un astre qui vient d’une région très éloignée du Soleil. Son orbite l’amène près du Soleil. Elle retourne ensuite à une très grande distance du Soleil. Lorsqu’elle se trouve près du Soleil, une partie de la glace qui la compose se change en gaz. La queue de la comète est formée de gaz et de poussières. Ces matières sont poussées par le vent solaire dans la direction opposée au Soleil. Représente ce phénomène avec ton simulateur.

Planètes 88,0

0,241

0,387

Vénus

224,7

0,615

0,723

Terre

365,2

1,00

1,00

Mars

687,0

1,88

1,52

Mercure

Jupiter

4 331

11,86

5,20

Saturne

10 747

29,46

9,55

Uranus

30 589

84,01

19,22

Neptune

59 800

164,79

30,06

Pluton

90 588

248,54

39,53

Unité astronomique La distance qui sépare la Terre du Soleil. Par définition, cette distance est de 1,00 unité astronomique.

Comètes À courte période

moins de 200

À longue période

plus de 200

VERS LE FIL D’A RRIVÉE Ce que tu as découvert au cours de cett e activité te permettra de décrire le mouvement des astres du système solaire au cours de l’activité synthèse de cette exploration. Cela te permettra aussi de mieux comprendre l’évolution du système sola ire depuis sa naissance, il y a environ 4,6 milliard s d’années.

EXPLORATION 1

Les mouvements du ciel

13

L’énigme martienne

Nicolas Copernic pensait que la Terre tournait sur elle-même, en plus de tourner autour du Soleil.

Autrefois, il n’y avait pas d’éclairage artificiel. Les gens avaient l’habitude d’observer un ciel nocturne à la fois très noir et très étoilé. Dès l’Antiquité, on a noté que certaines étoiles ne suivaient pas le mouvement régulier des autres. On les a appelées « planètes », ce qui signifie « étoiles errantes » en grec. La planète Mars, surtout, suit une trajectoire particulièrement bizarre. Pendant plusieurs mois, elle semble reculer par rapport aux autres étoiles. Puis elle décrit une boucle et reprend sa course vers l’avant (voir la figure 9 a). Claude Ptolémée a vécu au 2e siècle après Jésus-Christ. Comme beaucoup de gens de son époque, il pensait que la Terre était le centre de l’Univers. Pour expliquer le mouvement apparent de Mars, il a créé un système d’orbites complexes (voir la figure 9 b). Nicolas Copernic a vécu de 1473 à 1543. Il pensait que le Soleil était le centre de l’Univers. L’explication de Copernic était plus simple que celle de Ptolémée. Mais c’est

longtemps après sa mort que les gens ont accepté son explication (voir la figure 9 c). Pourquoi, à l’époque de Copernic, avait-on autant de difficulté à admettre ses idées ? D’abord, Copernic n’apportait aucune véritable preuve en faveur de son système. Ensuite, il défiait le sens commun. En effet, les étoiles et les planètes nous semblent petites et en mouvement, alors que la Terre nous paraît énorme et immobile.

Mars

La Terre

a) Le mouvement apparent de Mars

La Terre Le Soleil

La Terre Le Soleil

Mars

Mars

Figure 9 Deux modèles différents

pour expliquer le mouvement apparent de la planète Mars

14

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

b) Le modèle de Ptolémée

c) Le modèle de Copernic

ACTIVITÉ

5

RECHERCHE

Le système solaire à raconter Nous savons maintenant que les planètes et les comètes tournent autour du Soleil. Le système solaire comprend aussi de nombreux autres astres. Beaucoup de phénomènes intéressants s’y produisent.

1 Tous les élèves de la classe doivent se diviser en cinq équipes. Chaque équipe doit choisir un des thèmes suivants :

teurs principaux Thème 1 : Les ac ire du système sola Objectifs : ème solaire et – Décrire le syst éments : ses principaux él ètes, le Soleil, les plan s astéroïdes. les comètes et le proviennent – Indiquer d’où s astéroïdes. les comètes et le

Thème 2 : Les planètes et leur environnement Objectifs : – Décrire les satellites naturels. – Expliquer pourquoi il faut un satellite pour qu’il y ait des éclipses. – Présenter les phases de la Lune.

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Les couches de l’atmosphère p. 298 et 299

L’ENCYCLO,

La lumière p. 349 à 353

L’ENCYCLO,

La valse des planètes p. 357 à 360

L’ENCYCLO,

Les satellites naturels p. 361

L’ENCYCLO,

Les comètes p. 361 et 362

L’ENCYCLO,

La Terre L’ENCYCLO,

p. 363 à 368

La Lune L’ENCYCLO, p. 372 et 373

Thème 4 : Sans Soleil, pas de vi e Objectifs : – Décrire le Sole il. – Expliquer les ef fets de la lumière du Soleil sur la Te rre. – Montrer comm ent le Soleil perm et la formation des aurores polaires.

t s astres qui compten Thème 3 : Ces petit Objectifs : es et les astéroïdes. – Décrire les comèt nt les météorites. – Expliquer ce que so es t les chutes d’astéroïd – Raconter commen équences ont pu avoir des cons fets nombreuses Thème 5 : Les ef désastreuses pour de ts de la Terre Terre. des mouvemen espèces vivant sur la Objectif : le façon les Expliquer de quel la Terre causent mouvements de cycle du jour et les saisons et le de la nuit.

Astre Un objet céleste que l’on peut voir, par exemple une planète, une comète, un satellite naturel, etc. Astéroïde Un petit objet céleste. Son diamètre ne mesure pas plus de quelques centaines de kilomètres.

2 Effectue une recherche sur le thème choisi par ton équipe. 3 Avec ton équipe, rédige un document qui pourrait être utilisé par tous les élèves du Québec. Ce document devra contenir les parties suivantes : a) une description de chacun des astres et une explication de chacun des phénomènes présentés ; b) une photo, un schéma ou une illustration de chacun des astres ou des phénomènes présentés ; c) une table des matières ; d) une liste des sources utilisées.

Place ton travail sur le site Web de ton école. Ainsi, tout le monde pourra en profiter. EXPLORATION 1

Les mouvements du ciel

15

Activité synthèse de l’exploration

Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

1

COMMUNICATION

Une communication scientifique Une des tâches importantes des scientifiques est de communiquer leurs résultats aux autres scientifiques. Pour y arriver, ils doivent écrire des articles et donner des conférences. À ton tour maintenant de partager tes connaissances.

I N F O - C A R R I È R E

Astronome L’astronome s’intéresse aux phénomènes célestes. Les personnes qui travaillent en astronomie peuvent faire de la recherche, mettre au point des applications pratiques ou élaborer des instruments destinés à la recherche. De plus, les astronomes peuvent enseigner ou faire de la vulgarisation scientifique. Pour devenir astronome, tu devras terminer tes études secondaires et poursuivre au cégep en sciences. Par la suite, tu devras faire un baccalauréat en physique à l’université. Finalement, tu devras faire une maîtrise en astronomie.

1 Chaque équipe devra présenter oralement aux autres élèves le thème sur lequel elle a travaillé dans l’activité précédente. 2 La présentation devra comprendre les parties suivantes : a) un résumé des résultats de la recherche ; b) des photos, des illustrations ou des schémas montrant les astres et les phénomènes étudiés.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Écoute attentivement les présentations des autres équipes. Cela te fournira de l’information sur tous les astres du système solaire. Tu en auras besoin au cours de la prochaine exploration.

16

Points à surveiller

exacte on scientifique précise et 1. J’échange de l’informati sse. avec mes camarades de cla s se correctement les terme tili j’u , on ati nt ése pr ma t 2. Pendan scientifiques. s schémas sont clairs. 3. Mes illustrations et me

2

E X P LO RAT I O N

La profondeur du ciel

CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 2 • Gamme de fabrication • Lumière (propriétés) • Matériau • Matériel • Phases de la Lune

As-tu le coup d’œil ?

• Schéma de construction • Système solaire

A

B

Au cours de l’exploration précédente, tu as construit un simulateur pour modéliser le mouvement des astres. Dans la présente exploration, tu te familiariseras avec les dimensions du système solaire.

C

1. Observe les trois traits rouges de la figure 10. 2. Ordonne les traits du plus grand au plus petit. N’utilise aucun instrument pour t’aider. 3. Vérifie tes réponses avec une règle. 4. Discute de ce que tu as constaté avec tes camarades de classe. Comment peux-tu aller au-delà des limites de tes sens à l’aide de la démarche expérimentale ?

Figure 10 Le test des traits rouges

Comment pourrais-je m’y prendre pour savoir si ces étoiles sont aussi près les unes des autres qu’il le semble ?

17

ration 2 : au cours Voici le fil conducteur de l’explo les distances à l’intérieur de cette exploration, tu évalueras du système solaire.

Distance La mesure de la longueur qui sépare deux points dans l’espace.

en un clin d’œil », • Dans l’activité 1, « Comprendre s comment tu évalues aux pages 19 et 20, tu découvrira te séparent des objets près de toi. habituellement les distances qui Mes sens me trompent-ils ? rprète les distances. ouvriras comment le cerveau inte déc tu 3, et 2 és ivit act les s Dan • e 21, ruire un stéréoscope », à la pag – Au cours de l’activité 2, « Const r des images en trois dimensions. tu construiras un appareil pour voi la page 22, image en trois dimensions », à – Au cours de l’activité 3, « Une tu utiliseras ton stéréoscope. tu estimeras ces, ça s’entend », à la page 23, • Dans l’activité 4, « Les distan es du système solaire. la distance qui nous sépare des astr résenteras de grandeur », à la page 24, tu rep res ord s ent fér Dif « 5, ité tiv l’ac • Dans système solaire. graphiquement les dimensions du n pois tivité synthèse « À l’échelle d’u l’ac de rs cou au , tion lora exp te À la fin de cet ts familiers. e du système solaire à l’aide d’obje dèl mo un s era cré tu 26, e pag la sec », à

18

1 re preuve | dp | 01/02/05

ACTIVITÉ

1

EXPÉRIMENTATION

Comprendre en un clin d’œil J‘observe L’humain a conçu plusieurs instruments et techniques en s’inspirant de la nature. Par exemple, les palmes de plongée sous-marine s’apparentent aux pattes palmées des oiseaux aquatiques. De même, les astronomes ont mis au point une méthode pour calculer les distances qui s’inspire de la façon dont nos yeux perçoivent les distances.

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

Je me questionne • « Comment mes yeux perçoivent-ils les distances ? » • « Est-ce que je peux évaluer les distances aussi bien avec un seul œil qu’avec mes deux yeux ? »

Je précise mes variables Ton expérience doit te permettre de vérifier : a) comment chaque œil perçoit une même image ; b) comment la distance modifie les images perçues par tes yeux.

J‘expérimente Protocole proposé 1. Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux en proposer un autre. Travaille avec une ou un camarade : a) Demande à ta ou à ton partenaire de tenir une paille verticalement devant toi. La paille doit être à une distance d’environ 40 centimètres de ton œil. b) Ferme un œil. c) Essaie d’enfiler la baguette dans la paille. Ne bouge pas la tête. Regarde toujours la baguette et la paille. Fais des essais jusqu’à ce que tu réussisses. 2. Ferme l’œil droit, puis ferme l’œil gauche. Compare les images que tu vois avec chaque œil. 3. Refais l’expérience en gardant les deux yeux ouverts.

M AT É R I E L ✔ Un ruban à mesurer M AT É R I A U X ✔ Une paille bois ✔ Une fine baguette de

➜

EXPLORATION 2

La profondeur du ciel

19

J‘analyse mes résultats et je les présente Les yeux du pigeon sont placés de chaque côté de sa tête et non sur le devant, comme chez l’être humain. Cette disposition permet à l’oiseau de bénéficier d’une vision de 340°. Par contre, sa vision binoculaire se limite à une circonférence de 30° seulement. Il ne perçoit donc pas aussi bien les distances que nous. On peut représenter la vision du pigeon sur un diagramme circulaire. Le centre du diagramme indique la position du pigeon.

1. Réponds aux questions suivantes : a) Que s’est-il produit lorsque tu as utilisé tes deux yeux plutôt qu’un œil ? b) Comment expliques-tu cette différence ? c) Imagine que la paille et la baguette sont deux fois plus loin de tes yeux. Quelles différences y aura-t-il entre l’image perçue par ton œil droit et l’image perçue par ton œil gauche ? Fais l’expérience pour vérifier ta réponse. 2. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

VE RS LE FIL D’A RR IVÉE

Aucune vision (20 %) Vision périphérique (310 %) (340 %) binoculaire (30 %)

20

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

t’aider Cette expérience devrait ment à mieux comprendre com distance la les astronomes évaluent . iles qui nous sépare des éto

1re épreuve | dp | 01/02/05

ACTIVITÉ

2

TECHNOLOGIE

Construire un stéréoscope Dans l’activité précédente, tu as constaté que tes deux yeux ne percevaient pas exactement la même image. Comment cette différence te permet-elle d’estimer les distances ? Les activités 2 et 3 t’aideront à répondre à cette question. À l’aide du matériel et des matériaux proposés, suis les étapes de la gamme de fabrication suivante afin de construire un stéréoscope.

La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Le schéma de construction L’ENCYCLO, p. 387 et 388 La gamme de fabrication p. 389

L’ENCYCLO,

Le matériau et le matériel p. 391

L’ENCYCLO,

B Pli

C Lentilles

12,00 cm

D Séparateur

2,50 cm 2,5 cm

3,25 cm 3,25 cm

6,40 cm

B Pli

20,00 cm 13,50 cm

13,50 cm

A Feuilles de polypropylène

Le schéma de construction du stéréoscope

Gamme de fabrication

1 Découpe les deux feuilles de polypropylène ondulé. A 2 Découpe les trous pour les lentilles dans la grande feuille. C 3 Coupe une seule des deux surfaces de la grande feuille le long de la ligne pointillée. B 4 Plie la grande feuille le long de la ligne pointillée. B 5 Fixe les deux lentilles dans les trous circulaires à l’aide de pâte à modeler. C 6 Fixe la petite feuille (le séparateur) avec de la colle. D

M AT É R I E L ble ✔ Un couteau à lame rétracta ✔ Une paire de ciseaux ✔ Une équerre combinée ✔ Des crayons trie ✔ Un ensemble de géomé ✔ Un ruban à mesurer ✔ Un pistolet à colle chaude ✔ Deux lentilles M AT É R I A U X ✔ Un bâtonnet de colle lène ondulé ✔ Deux feuilles de polypropy ite) noir (une grande et une pet ✔ De la pâte à modeler

EXPLORATION 2

La profondeur du ciel

21

ACTIVITÉ

3

INTERPRÉTATION

Une image en trois dimensions Maintenant que tu as fabriqué ton stéréoscope, utilise-le pour percevoir la profondeur à partir de deux photos.

1 Place le séparateur du stéréoscope entre les deux photos de la figure 11. Il ne doit y avoir aucune zone d’ombre sur les photos. 2 Garde tes lunettes si tu as l’habitude d’en porter. 3 Si nécessaire, soulève le stéréoscope pour obtenir une image plus claire. 4 Prends le temps de percevoir la troisième dimension. 5 Discute du principe qui permet de voir en trois dimensions avec tes camarades de classe. 6 Lis le texte « La découverte de la parallaxe », ci-dessous, pour savoir comment les astronomes ont mis au point une méthode pour calculer les distances.

Figure 11 Deux points de vue de la même image

ENRICHISSEMENT

Par une belle soirée d’automne, tu te promènes dehors avec un enfant. Il te dit que la Lune vous suit derrière les arbres. Comment lui expliques-tu ce phénomène ?

La découverte de la parallaxe En 1838, l’astronome et mathématicien allemand Friedrich Bessel (1784-1846) a noté avec précision la position de milliers d’étoiles. Il a alors remarqué que l’étoile 61, dans la constellation du Cygne, lorsqu’on l’observe à six mois d’intervalle se déplaçait par rapport aux autres étoiles. Pourquoi a-t-il attendu six mois ? Tu sais que la Terre met un an à faire le tour du Soleil. Au bout de six mois, elle a parcouru la moitié de son orbite.

Elle est donc exactement à l’opposé de l’endroit où elle se trouvait six mois plus tôt. Grâce à cette méthode, appelée la parallaxe, Bessel a pu noter la position de l’étoile 61 de deux points de vue différents. En comparant les deux images, il a estimé que cette étoile se trouve à 11,2 années-lumière de nous. Il a ainsi été le premier à calculer la distance entre une étoile et la Terre.

La position de la Terre en juin

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Les observations que tu as faites au cours de cette activité t’aideront à comprendre comment on a obtenu les données dont tu te serviras pour représenter le système solaire dans l’activité synthèse de cette exploration.

22

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

Le Soleil

Une étoile proche

Un groupe d’étoiles éloignées

La position de la Terre en janvier

En janvier, la position apparente d’une étoile proche par rapport à un groupe d’étoiles éloignées n’est pas la même qu’en juin.

1re épreuve | dp | 01/02/05

ACTIVITÉ

4

INTERPRÉTATION

Les distances, ça s’entend Tu sais maintenant qu’on peut calculer les distances avec des images obtenues à partir de deux points de vue. Penses-tu que ces calculs sont fiables ? Pour s’en assurer, les astronomes ont estimé les mêmes distances à l’aide d’une autre méthode.

Tracer des schémas BOÎTE À OUTILS, p. 449 et 450 La naissance du système solaire L’ENCYCLO, p. 356

1 Réponds aux questions suivantes : a) Que se passe-t-il lorsque tu cries devant une falaise ou un mur et que tu entends par la suite l’écho de ta voix ?Trace un schéma pour le décrire. b) Quelle est la relation entre la distance qui te sépare de la falaise ou du mur et le temps que met l’écho à parvenir à tes oreilles ? 2 Compare ton schéma avec celui d’une ou d’un autre élève. 3 Comment peux-tu évaluer la distance qui te sépare de la falaise ou du mur en utilisant l’écho ? 4 Lis le texte « Le radar », ci-dessous, pour savoir comment les astronomes se servent de l’écho pour mesurer les distances.

Les chauves-souris localisent les obstacles et les proies en émettant des cris et en écoutant ensuite l’écho de leur voix. Pour les chauves-souris en vol, l’ouïe est plus importante que la vue. Les sons que les chauves-souris utilisent sont tellement aigus que tu ne peux pas les entendre.

Le radar

Un radar astronomique

En 1935, Robert Watson-Watt, un physicien écossais, a construit le premier radar connu. Cet appareil émet des micro-ondes qui voyagent à très grande vitesse, puis il mesure le temps nécessaire à l’écho pour revenir. Il calcule ainsi la distance qui le sépare de l’objet qui a réfléchi les microondes. En 1958, aux États-Unis, des astronomes ont réussi à capter le premier écho radar réfléchi par une autre planète. On a ainsi pu calculer la distance précise séparant la planète Vénus de la Terre. La précision

obtenue était un million de fois plus grande que celle qu’on peut obtenir à l’aide de la méthode de la parallaxe. Le radar a donc permis de confirmer les distances estimées à l’aide d’images prises de deux points de vue différents. On connaît maintenant assez bien les dimensions des astres formant le système solaire, de même que les distances qui nous en séparent. Toutefois, cette précision n’est pas aussi grande pour les très grandes distances, par exemple les distances entre la Terre et les étoiles les plus éloignées.

Micro-ondes Des ondes invisibles variant de 1 mm à quelques dizaines de centimètres.

EXPLORATION 2

La profondeur du ciel

23

ACTIVITÉ

5

INTERPRÉTATION

Différents ordres de grandeur Représenter un objet à l’échelle réduite BOÎTE À OUTILS, p. 454

Le système solaire nous semble immense. Il est si grand qu’il est difficile de se faire une idée exacte de ses proportions. Heureusement, il existe une façon de surmonter cet obstacle.

1 Lis le texte « Le système solaire, c’est tout petit ! », à la page suivante, pour Tableau 2 Quelques dimensions

du système solaire Astre

Diamètre (en km)

Soleil

1 392 000

Mercure

Distance moyenne du Soleil (en millions de km) _

4 878

57,9

Vénus

12 104

108,2

Terre

12 756

149,6

Mars

6 796

227,9

Jupiter

142 796

778,3

Saturne

120 660

1 429,4

Uranus

51 120

2 875,0

Neptune

49 520

4 504,3

2 280

5 900,1

Pluton

avoir une idée de la dimension du système solaire par rapport à celle de l’Univers. 2 Sur un grand carton, trace les orbites des planètes et de la Lune. Choisis une échelle appropriée. Utilise les données des tableaux 2 et 3. 3 Sur le même carton, colle des photos ou des illustrations du Soleil et des différentes planètes. 4 Sur un autre carton, représente le diamètre du Soleil, de la Lune et des planètes. Choisis une échelle appropriée. Utilise les données des tableaux 2 et 3. 5 Explique pourquoi tu ne peux pas utiliser la même échelle pour tracer à la fois le diamètre des planètes et leur orbite.

Tableau 3 Quelques

caractéristiques de la Lune Diamètre

Distance moyenne de la Terre

Durée de la révolution autour de la Terre

3 476 km

384 000 km

27 jours et 8 heures

VERS LE FIL D’ARRIVÉE La démarche que tu as utilisée pour choisir une échelle appropriée te sera utile lors de la réalisation de l’activité synthèse de cette exploration.

24

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

L’Univers est fait d’objets et d’êtres vivants de tailles très variées.

1re épreuve | dp | 01/02/05

Le système solaire, c’est tout petit ! Comme les distances astronomiques sont très grandes, on a inventé une unité spéciale pour les mesurer. On utilise la plus grande vitesse connue, soit la vitesse de la lumière (300 000 km/s). Cette unité de mesure est la distance que parcourt la lumière en une année. On l’appelle année-lumière. Distance = vitesse x temps 1 année-lumière = 300 000 km/s x (365,2 d* x 24 h/d x 60 min/h x 60 s/min) 1 année-lumière = 9 465 984 000 000 km, soit environ 10 000 milliards de km * d : symbole de jour dans le SI.

La lumière émise par le Soleil met 5 heures 28 minutes à se rendre jusqu’à la planète la plus éloignée du système solaire, Pluton. Pendant cette période, la lumière du soleil parcourt 5,9 milliards de kilomètres. C’est le rayon de notre système planétaire. Au-delà de Pluton, on trouve encore des astéroïdes et des

Le Soleil

comètes qui font partie du système solaire. Mais on ne connaît pas avec précision leur distance maximale par rapport au Soleil. Le Soleil fait partie d’une galaxie appelée la Voie lactée. Cette galaxie contient environ 200 milliards d’étoiles. Le Soleil met 250 millions d’années à accomplir une orbite complète autour du centre de la Voie lactée. La Voie lactée mesure plus de 100 000 années-lumière de diamètre (voir la figure 12). Le Soleil se trouve à environ 26 000 annéeslumière du centre de la Voie lactée. La lumière provenant de la galaxie la plus rapprochée de la nôtre et semblable à notre Voie lactée met plus de 2 millions d’années à nous parvenir. Les galaxies les plus lointaines se trouvent à environ 14 milliards d’années-lumière de nous. Cette distance équivaut aux dimensions de l’Univers connu.

La lumière L’ENCYCLO, p. 349 à 353

Galaxie Un regroupement d’étoiles et de différents astres. Le Soleil fait partie d’une galaxie appelée Voie lactée. Étoile Un gros astre qui produit de la lumière. Notre Soleil est une étoile.

Le centre de la Voie lactée

L’orbite du Soleil Figure 12 Une représentation de la Voie lactée

EXPLORATION 2

La profondeur du ciel

25

Activité synthèse de l’exploration

2

INTERPRÉTATION

À l’échelle d’un pois sec Représenter un objet à l’échelle réduite BOÎTE À OUTILS, p. 454

Il est difficile de se représenter les dimensions du système solaire et de notre galaxie. Tentons pourtant de le faire en utilisant des objets familiers. Tous les élèves de la classe se partagent en deux équipes. L’une de ces équipes représentera le système solaire et l’autre, la Voie lactée. Chacune des équipes aura une échelle particulière à respecter. Utilise des repères familiers ainsi que les données recueillies tout au long de cette exploration. Consulte aussi différentes sources.

Une des étoiles les plus près de nous est Alpha du Centaure. Elle se trouve à 4,35 années-lumière du Soleil. La galaxie la plus rapprochée de la nôtre et semblable à notre Voie lactée est Andromède. Elle se trouve à plus de deux millions d’années-lumière de nous.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve tes conclusions. Elles te permettront de comprendre les distances indiquées lorsque nous raconterons l’histoire de l’Univers, dans la prochaine exploration.

Thème 1 : Le système solaire 1 Représente laTerre par un pois sec de 1 cm de diamètre. 2 En respectant la même échelle, trouve un objet qui représente : a) le Soleil ; b) la Lune. 3 À la même échelle, calcule les distances entre : a) laTerre et le Soleil ; b) la Lune et laTerre ; c) la planète Pluton et le Soleil ; d) l’étoile Alpha du Centaure et le Soleil. 4 Toujours à la même échelle, trouve un objet pour représenter chacune des distances de la question précédente.

Thème 2 : La Voie lactée 1 Représente la distance entre la planète Pluton et le Soleil par un pois sec de 1 cm de diamètre. 2 À la même échelle, calcule les distances entre : a) l’étoile Alpha du Centaure et le Soleil ; b) le centre de la Voie lactée et le Soleil ; c) la galaxie Andromède et le Soleil. 3 Toujours à la même échelle, trouve un objet pour représenter chacune des distances de la question précédente.

Mise en commun Compare les résultats obtenus par ton équipe avec ceux de l’autre équipe.

Points à surveiller

représentation. 1. Je trouve l’échelle appropriée à ma ant à mon échelle. 2. Je calcule les dimensions correspond riée. 3. Je choisis des objets de taille approp

26

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 3 • Lumière (propriétés) • Système solaire • Température • Volume

3 Le big-bang Les scientifiques qui tentent de remonter dans le passé de l’Univers se trouvent dans les mêmes conditions que les personnes qui ont enquêté sur l’explosion de la navette Columbia survenue le 1er février 2003. Comme on ne peut pas observer directement le passé, on doit essayer de le reconstituer à partir d’indices encore présents aujourd’hui. Les théories de la physique et de la chimie sont des outils qui aident les scientifiques à interpréter l’information recueillie. 1. Quels sont les points communs entre le travail des personnes qui ont enquêté sur l’explosion de Columbia et celui des scientifiques ? 2. De quels outils se servent les astronomes pour résoudre les mystères de l’Univers ?

Sur les traces du passé Comprendre pourquoi la navette spatiale Columbia a explosé n’était pas chose facile. Les personnes qui ont mené l’enquête ont tenté de reconstituer le déroulement du drame à l’aide d’outils et de techniques. Ainsi, on a trouvé des débris à différents endroits. L’analyse de ces débris a permis de savoir dans quelle partie de la navette a eu lieu l’explosion.

Figure 13 L’explosion de la navette Columbia

27

tion, tu ration 3 : au cours de cette explora plo l’ex de r teu duc con fil le ci Voi de l’Univers. apprendras davantage sur l’histoire

en

mineras érimentale », à la page 29, tu exa exp he arc dém La « 1, ité tiv • Dans l’ac ènes qui ont eu t de l’information sur les phénom llen uei rec es iqu ntif scie les nt me com lieu dans un passé lointain. étudieras des photos que le Soleil ? », à la page 30, tu • Dans l’activité 2, « Qu’est-ce re. du Soleil pour connaître sa structu rendras oile », aux pages 31 et 32, tu app l’ét … me com ide Rap « 3, ité • Dans l’activ sse. étoiles nous renseigne sur leur vite comment la lumière provenant des ? Et si on remontait dans le temps me outil la stoire de l’Univers en utilisant com l’hi s uira déd tu 5, et 4 és ivit act les • Dans théorie du big-bang. 33 et 34, , mon cher Watson », aux pages ire nta me Élé « 4, ité tiv l’ac de – Au cours point de vue ces de l’expansion de l’Univers au uen séq con les t son lles que ras tu ver de la température. tu auras expansion », aux pages 35 et 36, en ers niv L’U « 5, ité tiv l’ac de – Au cours position des te expansion au point de vue de la cet de ces uen séq con des rçu ape un astres. bande tivité synthèse « L’Univers en l’ac de rs cou au , tion lora exp te À la fin de cet tu as appris bande dessinée qui résume ce que une s era cré tu 37, e pag la à », dessinée sur l’histoire de l’Univers.

Depuis combien de temps y a-t-il des étoiles dans le ciel ?

28

1 re preuve | dp | 01/02/05

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

La démarche expérimentale La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

En 1609, Galilée a construit sa propre lunette astronomique. Il est le premier à avoir eu l’idée de s’en servir pour observer le ciel. Cette expérience lui a permis de découvrir de nombreux phénomènes fascinants : les anneaux de Saturne, les satellites de Jupiter, les phases de Vénus, les taches solaires, etc. L’observation des phases de Vénus, entre autres, a renforcé sa conviction que c’est la Terre qui tourne autour du Soleil, et non le contraire. Disposer d’outils précis aide à tirer de meilleures conclusions. En fait, chaque fois qu’on améliore la précision d’un instrument scientifique, de nouvelles découvertes sont au rendez-vous. Autrement dit, la technologie contribue au développement du savoir scientifique.

Les traces d’événements spectaculaires sont présentes partout dans l’espace.

1 Réponds aux questions suivantes selon tes connaissances actuelles : a) Comment décrirais-tu l’Univers dans lequel nous vivons ? b) L’Univers a-t-il eu un début ? Aura-t-il une fin ? c) Si l’Univers a eu un début, quel est son âge ? d) Si on avait beaucoup de temps et une fusée très rapide, pourrait-on se rendre jusqu’à la frontière de l’Univers ? e) Si c’était le cas, que verrait-on de l’autre côté de cette frontière ? 2 Discute de tes réponses avec tes camarades de classe. 3 Comment la démarche expérimentale peut-elle nous aider à aborder ces questions ? EXPLORATION 3

Le big-bang

29

ACTIVITÉ

2

INTERPRÉTATION

Qu’est-ce que le Soleil ?

Le Soleil L’ENCYCLO, p. 356 et 357

1 Observe le déplacement des taches sur les différentes photos du Soleil (voir la figure 14). 2 Évalue la période de rotation du Soleil. Justifie ta réponse à l’aide de tes observations. 3 La surface du Soleil est-elle solide ? Justifie ta réponse à l’aide de tes observations. 4 Relis le texte « Le système solaire, c’est tout petit ! », à la page 25. Il te rappellera que le Soleil n’est qu’une petite lueur perdue dans l’immensité de l’Univers.

Période de rotation Le temps que met un astre à faire un tour complet sur lui-même.

2 novembre

3 novembre

9686

4 novembre

9686

9685

9682

9684

9686

9685

9682

9684

9687

7 novembre

9690

8 novembre

9688

9688 9685

9684

9685

9690

9687

9687

9689

9 novembre

9684

9692

9690

9687

9689

10 novembre

9688 9694 9691

9684

9687

6 novembre

9688

9682

9685

9688

9694 9685

9695

9691

9689

12 novembre

9688

9692

9685

9692

9694 9691

9692

9696 9690

9687

9689

9690

9690 9687

Figure 14 On a pris ces neuf photos du Soleil entre le 2 et le 12 novembre 2001. Les zones sombres apparaissant

sur le Soleil sont appelées taches solaires. Ces taches correspondent à des régions moins chaudes de la surface du Soleil. On identifie chacune des taches par un numéro.

30

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

1 re preuve | dp | 01/02/05

ACTIVITÉ

3

INTERPRÉTATION

Rapide comme... la galaxie En 1927, Edwin Powell Hubble, un astronome américain, a analysé la lumière provenant de différentes galaxies. Il a constaté que les galaxies près de la Voie lactée s’en rapprochaient ou s’en éloignaient à faible vitesse. Lorsqu’il a analysé la lumière des galaxies plus éloignées, il a obtenu des résultats surprenants : plus ces galaxies étaient loin de la Voie lactée, plus elles s’en éloignaient rapidement !

La lumière L’ENCYCLO, p. 349 à 354 La naissance du système solaire L’ENCYCLO, p. 356

1 Lis d’abord le texte « La sirène de l’ambulance », à la page suivante, pour

Représenter la vitesse par des flèches La flèche indique la direction dans laquelle se déplace la galaxie. La longueur de la flèche représente la grandeur de la vitesse. Supposons que la galaxie A s’éloigne de nous deux fois plus vite que la galaxie B. Tu devras tracer une flèche deux fois plus longue pour représenter la vitesse de la galaxie A. La figure 15 montre un exemple de cette façon de procéder.

George Gamow est né en Ukraine, en 1904. Ce physicien a défendu avec ardeur la théorie de l’expansion de l’Univers proposée par l’astrophysicien et mathématicien Georges Lemaître en 1927. Pour sa part, l’astrophysicien anglais Fred Hoyle s’opposait farouchement à cette théorie. Il croyait en la stabilité de l’Univers. Par dérision, il a appelé l’explication défendue par Gamow la « théorie du big-bang ». Ce nom lui est resté.

SC I E N T I F I Q U E

savoir comment les astronomes calculent la vitesse des galaxies. 2 À l’aide d’un point, représente la Voie lactée au centre d’un grand carton. 3 Sur ton carton, représente 30 galaxies réparties uniformément. 4 Considère que les vitesses des cinq galaxies les plus rapprochées de la Voie lactée sont faibles ou nulles. 5 Considère que les 25 autres galaxies sont très loin de la Voie lactée et qu’elles s’en éloignent. 6 Lis le texte « Représenter la vitesse par des flèches », ci-dessous. 7 Représente la vitesse de chacune des galaxies par rapport à la Voie lactée avec une flèche. 8 Discute de tes conclusions avec tes camarades de classe.

H I STO I R E

B A Faible vitesse vers la gauche

Grande vitesse vers la droite

Figure 15 Une représentation de la

direction et de la grandeur de la vitesse

Plus la vitesse de la coureuse est grande, moins il lui faut de temps pour terminer la course. EXPLORATION 3

Le big-bang

31

La sirène de l’ambulance

Nous avons vu au cours de l’exploration précédente (voir le texte « Le radar », à la page 23), qu’on peut utiliser l’écho d’une onde émise par un radar pour calculer la distance entre un objet et le radar. On peut également se servir d’un radar pour mesurer la vitesse d’un objet. Lorsqu’une policière ou un policier veut contrôler la vitesse d’un véhicule, il envoie des micro-ondes à l’aide d’un radar. Ces ondes rebondissent sur le véhicule et reviennent vers le radar à la manière d’un écho. L’appareil analyse l’écho et, à l’aide de l’effet Doppler, il peut calculer la vitesse du véhicule.

Tu entends parfois la sirène d’une ambulance. As-tu déjà remarqué que le son est aigu lorsque l’ambulance se rapproche de toi et grave lorsqu’elle s’éloigne ? C’est ce que les scientifiques appellent l’effet Doppler. Ce phénomène s’explique par le fait que le son voyage de la même façon que les ondes à la surface de l’eau. Lorsque tu jettes une pierre dans l’eau, il se forme des cercles qui s’agrandissent à mesure que les ondes se propagent. Le son forme lui aussi des ondes circulaires qui s’agrandissent à mesure qu’il se propage dans l’air. Comme l’ambulance est en mouvement, chaque cercle se forme un peu plus loin que le précédent. Les ondes devant l’ambulance sont donc plus rapprochées les unes des autres. Les ondes derrière l’ambulance sont plus espacées. Nos oreilles perçoivent

les ondes rapprochées comme des sons aigus, et les ondes espacées comme des sons graves (voir la figure 16).

L’effet Doppler et les ondes lumineuses La lumière forme elle aussi des ondes en forme de cercles lorsqu’elle voyage. Les ondes lumineuses plus rapprochées correspondent à une lumière décalée vers le violet. Les ondes lumineuses plus éloignées correspondent à une lumière décalée vers le rouge. On peut donc examiner la lumière d’une étoile ou d’une galaxie et déterminer si elle s’éloigne ou si elle se rapproche de nous. On est aussi en mesure de calculer sa vitesse en analysant ce décalage (voir la figure 17).

Observateur A

Observateur B

Figure 16 L’effet Doppler explique pourquoi le son d’une sirène d’ambulance te paraît aigu

lorsque l’ambulance se rapproche et grave lorsqu’elle s’éloigne.

Violet

Vert

Violet

Jaune Rouge

Vert

Jaune Rouge

Hubble

Figure 17 Grâce à l’effet Doppler, les scientifiques sont en mesure de calculer la vitesse

et la direction du mouvement des étoiles et des galaxies.

32

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

1 re preuve | dp | 01/02/05

ACTIVITÉ

4

EXPÉRIMENTATION

Élémentaire, mon cher Watson La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

J‘observe Au cours de l’activité précédente, tu as appris que la majorité des galaxies s’éloignent de nous. Les scientifiques estiment que l’Univers est en expansion. En d’autres mots, l’Univers s’agrandit continuellement. Mais si l’Univers est en expansion, cela signifie qu’il a déjà été beaucoup plus petit qu’aujourd’hui. À quoi ressemble un Univers dont toute la matière est comprimée dans un espace restreint ?

« Que se passera-t-il si je comprime l’air contenu dans un cylindre à l’aide d’un piston ? »

Au début du 20e siècle, Henrietta Leavitt (1868-1921), une astronome américaine, a étudié les étoiles variables. Ces étoiles paraissent plus brillantes à certains moments qu’à d’autres. Les études d’Henrietta Leavitt lui ont permis de mesurer les distances entre ces étoiles et la Terre. Puisque les étoiles variables qu’elle étudiait faisaient partie d’une autre galaxie, les astronomes ont pu commencer à dresser une carte en trois dimensions de l’Univers.

Je précise mes variables 1. Plus le piston est enfoncé dans le cylindre, plus l’espace occupé par l’air est réduit. À quel moment de l’histoire de l’Univers peux-tu associer chacune des positions suivantes du piston ? a) Il n’est pas enfoncé dans le cylindre. b) Il est enfoncé jusqu’au milieu du cylindre. c) Il est enfoncé au maximum dans le cylindre. 2. Quel est le rôle de la pièce de coton placée dans le fond du cylindre ? 3. Que devras-tu vérifier pendant l’expérience ?

SC I E N T I F I Q U E

Je me questionne

H I STO I R E

J‘expérimente Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Place le morceau de tissu dans le fond du cylindre. 2. Introduis le piston dans le cylindre. 3. Abaisse rapidement le piston. 4. Note la température de la pièce de coton.

M AT É R I E L ✔ Un thermomètre ✔ Un piston à feu M AT É R I A U en coton ✔ Un morceau de tissu

§

EXPLORATION 3

Le big-bang

33

Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

Le volume p. 184

L’ENCYCLO,

La température p. 185

L’ENCYCLO,

QUELQUES GRANDS ÉVÉNEMENTS ASTRONOMIQUES DANS LE TEMPS

t Il y a 12 à 14 milliards d’années La naissance de l’Univers (le big-bang) t Il y a 10 milliards d’années La formation de la Voie lactée

t Il y a 4,6 milliards d’années La formation du système solaire t Il y a 245 millions d’années La chute d’un astéroïde sur la Terre t Il y a 208 millions d’années La chute d’un astéroïde à Manicouagan, au Québec t Il y a 65 millions d’années La chute d’un astéroïde à Chicxulub, au Mexique. (Elle pourrait avoir causé l’extinction de nombreuses espèces, dont les dinosaures.)

34

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Présente tes observations dans un tableau. 2. Trace un graphique représentant l’évolution de la température du contenu du cylindre en fonction du volume d’air qu’il contient. 3. Trace un graphique qui montre l’évolution de la température de l’Univers en fonction de son volume. 4. Compare tes résultats à ceux des autres équipes. 5. Quelles conclusions peux-tu tirer de cette expérience ? 6. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

1 re preuve | dp | 01/02/05

ACTIVITÉ

5

EXPÉRIMENTATION

L’Univers en expansion J‘observe Dans un Univers en expansion, les dimensions des objets ne changent pas. Seules les distances séparant les objets changent.

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

Je me questionne « Comment est-ce que je peux simuler l’expansion de l’Univers à l’aide d’un ballon ?

Je précise mes variables 1. Que devras-tu mesurer pendant cette expérience ? 2. Valide tes réponses avec ton enseignante ou ton enseignant avant de passer à l’étape suivante.

J‘expérimente Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Gonfle suffisamment le ballon pour qu’il puisse prendre sa forme. 2. Appose sur le ballon un autocollant que tu associeras à la Voie lactée. 3. Répartis les trois autres autocollants sur le ballon. Ils représentent trois autres galaxies. 4. Effectue les mesures que tu as choisi de faire à l’étape « Je précise mes variables » en gonflant le ballon à différentes tailles.

M AT É R I E L ✔ Un ruban à mesurer M AT É R I A U X ✔ Un ballon gonflable ✔ Quatre autocollants de formes variées

Un modèle de l’Univers en expansion

EXPLORATION 3

Le big-bang

35

J‘analyse mes résultats et je les présente Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

QUELQUES SAVANTS ET LEUR TEMPS

t Claude Ptolémée (98-168) conçoit un modèle de l’Univers basé sur l’idée que la Terre en est le centre. t Nicolas Copernic (1473-1543) conçoit un modèle de l’Univers basé sur l’idée que le Soleil en est le centre.

1. Note les mesures que tu as obtenues dans un tableau. 2. Quelles conclusions peux-tu tirer de cette expérience ? 3. Réponds aux questions suivantes : a) Une voyageuse se déplace à la surface de la Terre. Pour elle, quelles sont les conséquences de l’expansion de l’Univers ? b) Un voyageur veut se rendre dans une galaxie très lointaine. Pour lui, quelles sont les conséquences de l’expansion de l’Univers ? 4. Réponds à la question de l’étape « Je me questionne ». 5. Dans l’activité 3, « Rapide comme… la galaxie », tu as représenté sur un carton les vitesses des galaxies. Utilise tes résultats pour écrire un court texte justifiant les vitesses illustrées. 6. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

’A RR IV ÉE

VE RS LE FI L D

t 1600 Galileo Galilei, dit Galilée (1564-1642), contribue à convaincre les scientifiques de son époque que le modèle de Copernic est supérieur au modèle de Ptolémée. t 1687 Isaac Newton (1642-1727) énonce les lois de la gravitation universelle. t 1825 Urbain-Jean-Joseph Le Verrier (1811-1877) prédit l’existence et la position de la planète Neptune. t 1905 et 1916 Albert Einstein (1879-1955) met au point la théorie de la relativité. t 1927 Edwin Powell Hubble (1889-1953) constate que plus une galaxie est éloignée de nous, plus elle s’éloigne rapidement. t 1948 George Anthony Gamow (1904-1968) améliore le modèle de l’Univers en expansion (la théorie du big-bang) et le fait connaître.

36

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

tu as appris au Grâce à ce que tés 4 et 5, tu es cours des activi arer mesure de prép maintenant en . ée in ss bande de le scénario de ta Galilée

Newton Le Verrier

Activité synthèse de l’exploration

3

COMMUNICATION

L’Univers en bande dessinée Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

La science, ce n’est pas seulement l’affaire des scientifiques. Charles Tisseyre a étudié en littérature et en droit. Pourtant, depuis 1992, il anime une émission d’actualité scientifique à la télévision où il fait de la vulgarisation. Vulgariser les connaissances scientifiques et techniques, c’est rendre ces connaissances accessibles à tout le monde.

Dans cette exploration, tu as survolé l’histoire de l’Univers. Tu peux maintenant réaliser, en équipe, ta bande dessinée. Celle-ci devra permettre à une personne de ton âge de se faire une meilleure idée de l’histoire de l’Univers. Pour produire ton œuvre, tiens compte des points suivants : a) Pour la narration, utilise le point de vue d’un personnage situé dans l’Univers. b) Présente au moins une ou un scientifique qui a participé à des recherches sur l’histoire de l’Univers. c) Décris les grands moments de l’histoire de l’Univers. d) Assure-toi que les interprétations que tu utilises sont le résultat d’une démarche scientifique. e) Rédige ton texte en bon français. Respecte les règles de grammaire et d’orthographe.

Points à surveiller

nario. pour construire mon scé g an -b big du rie éo th la 1. J’utilise s sources. on provenant de plusieur 2. J’utilise de l’informati la communauté formation acceptée par l’in de e qu se tili n’u Je 3. scientifique. dessinée originale. 4. Je produis une bande

37

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 4 • Aurores boréales • Éclipses

4 Des bouleversements planétaires

• Érosion • États de la matière

La fin des dinosaures

• Impacts météoritiques • Lithosphère • Orogenèse • Plaque tectonique • Structure interne de la Terre • Tremblement de terre • Volcan

La biosphère L’ENCYCLO, p. 295 Les chutes de météorites p. 369

L’ENCYCLO,

Il arrive très rarement que des météorites énormes entrent en collision avec la Terre. Toutefois, l’impact météoritique de Chicxulub, au Mexique, a formé un cratère de 200 km de diamètre (voir la figure 18). Cet impact aurait eu lieu il y a 65 millions d’années. Il aurait été si violent que les poussières projetées ont probablement obscurci le ciel pendant des mois. Beaucoup d’espèces seraient alors disparu, dont les dinosaures. Cependant, cet événement aurait permis le développement des mammifères et donc, beaucoup plus tard, de l’être humain. 1. Décris quelques phénomènes naturels qui ont été catastrophiques pour les humains. 2. Décris quelques phénomènes naturels d’une grande beauté. 3. Discute avec les autres élèves des phénomènes que tu connais.

Figure 18 Une reconstitution de la chute d’un astéroïde à Chicxulub, au Mexique, il y a 65 millions d’années.

38

aborderas : au cours de cette exploration, tu 4 on rati plo l’ex de r teu duc con Voici le fil nète, la Terre. l’histoire géologique de notre pla examineras hasard ? », aux pages 40 et 41, tu • Dans l’activité 1, « Est-ce un les mouvements des continents. des indices qui te renseigneront sur tu fabriqueras t sans fin », aux pages 42 et 43, lan rou is tap Un « 2, ité tiv l’ac • Dans mouvements de Tu chercheras aussi les causes des un modèle de la croûte terrestre. la croûte terrestre. Choisis ton phénomène mi les trois qui te as un phénomène géologique par • Dans les activités 3 à 5, tu choisir nt ce uite aux élèves de ta classe comme sont proposés. Tu expliqueras ens les paysages de la planète. phénomène géologique façonne e 44, bousculade de plaques », à la pag – Au cours de l’activité 3, « Une rent en que deux plaques continentales ent tu découvriras ce qui se passe lors collision. tu verras ce qui jeunes montagnes », à la page 45, – Au cours de l’activité 4, « De . le rencontre une plaque océanique arrive lorsqu’une plaque continenta pages 46 et 47, la belle roche toute neuve », aux – Au cours de l’activité 5, « De des volcans. le plaque en examinant l’activité tu étudieras la formation de nouvel la page 48, s tombera-t-il sur la tête ? », à • Dans l’activité 6, « Le ciel nou entent les phénomènes naturels. tu évalueras les dangers que représ nue chez rs de l’activité synthèse « Bienve cou au , tion lora exp te cet de fin la À n site géologique de un livret décrivant les attraits d’u nous ! », à la page 49, tu produiras ticiper à une affiche pour inviter les gens à par ta région. De plus, tu concevras une excursion à ton site géologique.

39

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Est-ce un hasard ? La Terre en mouvement L’ENCYCLO, p. 317 à 319

Les géologues ont constaté que les roches provenant des régions montagneuses de l’est de l’Amérique du Nord, du Groenland, de l’Europe et de l’Afrique avaient le même âge. Alfred Wegener, un physicien et météorologue, a examiné ces roches et d’autres indices. Il en a conclu que ces quatre régions avaient dû être en contact dans le passé.

La chaîne de montagnes du Groenland (nord-est du Groenland)

Les Calédonides (nord-ouest de l’Europe)

Les Appalaches (nord-est de l’Amérique du Nord)

Les Mauritanides (nord-ouest de l’Afrique)

Figure 19 Quatre régions montagneuses de

l’Atlantique Nord, réparties sur trois continents

1 Lis le texte « Tu vis sur une plaque », à la page suivante. 2 Observe bien la figure 19. Peux-tu situer sur une carte géographique VERS LE FIL D’ARRIVÉE La chaîne de montagnes que ton assemblage t’a permis de découvrir est un indice important pour t’aider à comprendre les événements qui ont mené à la formation géologique de ta région.

40

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

chacune des quatre régions photographiées ? Tu peux aussi consulter la figure 24, à la page 318. 3 Dans un atlas, calque l’Amérique du Nord, l’Amérique du Sud, le Groenland, l’Europe et l’Afrique. Découpe ensuite ces régions. 4 Sur un carton, mets les pièces découpées dans la position où elles sont aujourd’hui. Puis déplace les pièces de manière que les quatre régions identifiées à la question 2 forment une seule chaîne de montagnes. 5 Colle ton assemblage sur le carton.

Tu vis sur une plaque Harry Hess (1906-1969) et John Tuzo Wilson (1908-1993) ont poussé plus loin les idées de Wegener en proposant la théorie de la tectonique des plaques. Selon cette théorie, la lithosphère, partie rigide à la surface de la Terre, est divisée en un certain nombre de plaques mobiles. Les plaques contiennent non seulement les continents, mais aussi les fonds océaniques. C’est en bordure des plaques que se trouvent la majorité des volcans et qu’on observe la plupart des tremblements de terre. Le Québec fait partie de la plaque nord-américaine (voir la figure 20). Cette grande plaque comprend la presque totalité de l’Amérique du Nord, le Groenland, une bonne partie de l’océan Arctique et la moitié ouest de l’océan Atlantique Nord. Les roches du nord du Québec sont âgées de 2,9 milliards d’années. Elles sont apparues à l’époque du début de la formation des continents. Elles composent maintenant le Bouclier canadien.

Les Rocheuses

Les Laurentides ont été formées il y a un peu plus d’un milliard d’années, lors de la collision entre les boucliers nord-américain et sud-américain. À cette époque, les Laurentides étaient aussi hautes que l’Himalaya l’est aujourd’hui. Les Appalaches et la plate-forme du Saint-Laurent sont apparues il y a environ 380 millions d’années. Elles se sont formées à la suite d’une collision entre l’Amérique et ce qui allait devenir l’Afrique et l’Europe. Il y a 120 millions d’années, les Montérégiennes ont été formées par le déplacement de la plaque tectonique au-dessus d’un point chaud. Le mont Royal, le mont Saint-Bruno et le mont Saint-Hilaire font partie des Montérégiennes. La tectonique des plaques permet de mieux comprendre des phénomènes tels que la formation de chaînes de montagnes, l’expansion et la réduction des océans ainsi que le déplacement des continents.

La plate-forme de l’Ouest

Le Bouclier canadien

La plate-forme du Saint-Laurent

La structure interne de la Terre L’ENCYCLO, p. 294 et 295 La lithosphère p. 306

L’ENCYCLO,

La tectonique des plaques p. 320 à 325

L’ENCYCLO,

Les séismes p. 329 et 331

L’ENCYCLO,

L’orogenèse p. 332

L’ENCYCLO,

Continent Une grande étendue de terre au-dessus du niveau des océans. La bordure située en eau peu profonde (le plateau continental) fait aussi partie des continents.

Les Appalaches

Le plateau continental L’océan Atlantique

L’océan Pacifique

L’asthénosphère La plaque Juan de Fuca

La plaque nord-américaine

Une zone de convergence Figure 20 À l’extrémité ouest du Canada, la plaque continentale nord-américaine entre en collision avec la plaque océanique Juan de Fuca.

EXPLORATION 4

Des bouleversements planétaires

41

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Tracer des schémas BOÎTE À OUTILS, p. 449 et 450 Le relief L’ENCYCLO,

p. 314

La tectonique des plaques L’ENCYCLO, p. 320 à 325

2

EXPÉRIMENTATION

Un tapis roulant sans fin J‘observe Pourquoi les plaques tectoniques bougent-elles ? Les mineurs savent depuis longtemps que la température du sol augmente avec la profondeur. C’est un indice important pour comprendre l’origine du mouvement des plaques. 1. Lis le texte « Comme de grands radeaux », à la page suivante. 2. Énumère quelques exemples de situations où la chaleur provoque un mouvement.

Je me questionne M AT É R I E L e ✔ Une plaque chauffant mL 250 de her ✔ Un béc urité ✔ Des lunettes de séc M AT É R I A U X ulu (après ✔ Du résidu de café mo infusion) bien rincé (bran de scie) ✔ De la sciure de bois ✔ 200 mL d’eau

1. « Lorsque je fais chauffer de l’eau sur une cuisinière, quels sont les mouvements de l’eau ? » 2. « Comment se comporte une substance qui flotte sur de l’eau très chaude ? »

Je précise mes variables 1. Ton expérience doit te permettre de simuler les mouvements de la croûte terrestre. 2. Indique quel matériau correspond à chacun des éléments du phénomène que tu tentes de modéliser. 3. Comme tout modèle, celui-ci présente certaines limites. Note ces limites.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide du matériel et des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser ton expérience. 2. Fais valider ton protocole par ton enseignante ou ton enseignant. 3. Réalise ton expérience.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Dessine un schéma accompagné d’un court texte pour décrire les mouvements observés. 2. Précise de quelle façon ces mouvements pourraient expliquer le mouvement des plaques continentales. 3. Explique d’où viennent les forces extraordinaires qui provoquent le déplacement des plaques continentales. 4. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

42

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

Comme de grands radeaux La surface de la Terre est formée de plaques tectoniques, ou lithosphériques. Celles-ci sont rigides et cassantes. On fait habituellement la distinction entre les plaques continentales, composées de roches plutôt légères, qui flottent facilement sur l’asthénosphère, et les plaques océaniques, composées de roches plus lourdes, qui flottent plus difficilement sur l’asthénosphère. En fait, à part la plaque pacifique, qui est entièrement océanique, six des grandes plaques tectoniques sont principalement continentales, même si elles comportent une importante partie océanique. Ce qui distingue l’asthénosphère d’une plaque tectonique, c’est sa composition chimique et sa température. En effet, la température de l’asthénosphère est suffisamment élevée pour que la roche qui la compose soit molle et en mouvement. C’est ce mouvement qui fait bouger

les plaques, au rythme de quelques centimètres par an. On distingue trois types de mouvements entre les plaques (voir la figure 21) : Les zones de divergence ou rift, dans lesquelles deux plaques s’éloignent l’une de l’autre. Ces zones sont caractérisées par la formation d’une faille. Le magma remonte et s’écoule de ces failles, puis il se solidifie au contact de l’eau. Une dorsale océanique se forme alors. Les zones de convergence (ou zone de subduction), dans lesquelles une plaque s’enfonce sous une autre plaque et fond dans l’asthénosphère. Ces zones sont caractérisées par des fosses océaniques très profondes. Les zones de glissement (ou faille transformante), dans lesquelles deux plaques glissent l’une sur l’autre. Dans ces zones, il n’y a ni disparition, ni création de lithosphère.

•

La tectonique des plaques p. 320 à 324

L’ENCYCLO,

Les éruptions volcaniques p. 327 et 328

L’ENCYCLO,

Asthénosphère La couche sur laquelle flottent les plaques tectoniques. Cette couche se compose de roches solides contenant parfois un peu de liquide.

•

•

Une zone de glissement L’océan

Une zone de divergence

Des plaques océaniques

Un continent

Une plaque continentale

Une zone de convergence

La fusion de la plaque L’asthénosphère

Une remontée de magma

Figure 21 Les trois types de mouvements entre les plaques tectoniques

EXPLORATION 4

Des bouleversements planétaires

43

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Tracer des schémas BOÎTE À OUTILS, p. 449 et 450 L’orogenèse p. 332

L’ENCYCLO,

3

EXPÉRIMENTATION

Une bousculade de plaques J‘observe Inévitablement, les plaques en mouvement entrent en collision. Lorsque deux plaques continentales se rencontrent, des forces énormes s’opposent. Observe bien les figures 22 et 23.

Je me questionne 1. « Pourquoi les couches de roches n’ont-elles pas toutes le même aspect ? » 2. « Est-ce que ce sont les surfaces plissées qui s’aplanissent ou les surfaces planes qui se plissent ? »

Je précise mes variables Figure 22 Sur l’île d’Anticosti, on peut

voir la roche sur les couches horizontales formées par l’accumulation des sédiments.

Ton expérience doit te permettre de simuler ce qui se passe lorsque deux plaques continentales entrent en collision.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser ton expérience. 2. Indique quel matériau correspond à chacun des éléments du phénomène que tu tentes de modéliser. 3. Fais valider ton protocole par ton enseignante ou ton enseignant.

J‘analyse mes résultats et je les présente

Figure 23 Le long de la péninsule

gaspésienne, on peut voir des plissements dans la roche formée par l’accumulation de sédiments.

M AT É R I A U X nes ✔ Deux surfaces pla , les règ es (de grand bois, etc.) de s des planchette ler ✔ De la pâte à mode de différentes couleurs

44

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

1. Décris les forces en présence. Utilise tes observations de l’activité précédente. 2. Comment expliques-tu les déformations observées sur les figures 22 et 23 ? 3. Précise les limites de ton modèle. 4. Dessine un schéma accompagné d’un court texte pour illustrer les mouvements observés. 5. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

ACTIVITÉ

4

EXPÉRIMENTATION

De jeunes montagnes J‘observe La plaque continentale flotte facilement sur l’asthénosphère. Par contre, la plaque océanique flotte plus difficilement. Que se passe-t-il lorsqu’une plaque continentale entre en collision avec une plaque océanique ?

Je me questionne « Que se passera-t-il si je pousse un carton rigide contre un carton souple ? »

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Tracer des schémas p. 449 et 450

BOÎTE À OUTILS,

L’orogenèse p. 332

L’ENCYCLO,

Sédiments Des matériaux qui se déposent en couches. Ils proviennent de l’érosion du sol ou de l’accumulation de matière organique.

Je précise mes variables 1. À quoi correspond le carton rigide ? 2. À quoi correspond le carton souple ? 3. Les grains de polystyrène représentent les sédiments. Ce sont des particules qui se détachent au cours de la collision.

J‘expérimente

M AT É R I A U X ✔ Un carton rigide ✔ Un carton souple ne ✔ Des grains de polystyrè

PROTOCOLE

1. À l’aide des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser ton expérience. 2. Fais valider ton protocole par ton enseignante ou ton enseignant. 3. Réalise le montage de la figure ci-contre. Pour y parvenir, tu devras peut-être rapprocher deux tables ou deux bancs. 4. Simule ce qui se passe lorsqu’une plaque continentale et une plaque océanique entrent en collision.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Dessine un schéma accompagné d’un court texte pour illustrer tes observations. 2. Explique comment les chaînes de montagnes peuvent se former. 3. Énumère les éléments que la simulation n’arrive pas à montrer. 4. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

EXPLORATION 4

Des bouleversements planétaires

45

ACTIVITÉ

5

EXPÉRIMENTATION

De la belle roche toute neuve La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Tracer des schémas p. 449 et 450

BOÎTE À OUTILS,

Les volcans p. 326 à 328

J‘observe La plaque océanique se détruit par endroits. Pourtant, les dimensions de la Terre demeurent constantes. Il doit donc y avoir formation de nouvelle plaque à d’autres endroits. Est-il possible que les volcans soient à l’origine de ce phénomène ?

L’ENCYCLO,

L’orogenèse p. 332

Je me questionne

L’érosion

« Comment est-ce que je peux simuler la formation de nouvelle plaque en réalisant un modèle de volcan ? »

L’ENCYCLO, L’ENCYCLO,

p. 333 à 335

Je précise mes variables

Magma De la roche liquide dans la croûte terrestre. Lorsqu’elle atteint la surface, on l’appelle de la lave.

M AT É R I E L ✔ Un bécher de 250 mL ✔ Une plaque chauffante ✔ Des lunettes de sécurité M AT É R I A U X ✔ De la cire à bougies rouge ✔ Du sable ou du gravier bien rincé ✔ De l’eau

46

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

Ton expérience doit te permettre de modéliser : a) la plaque tectonique ; b) la roche située à de grandes profondeurs ; c) la roche fondue, c’est-à dire le magma.

J‘expérimente Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Fais fondre une couche de cire de 1 cm au fond du bécher. Laisse refroidir la cire avant de passer à l’étape suivante. 2. Couvre la cire de 1 cm de sable. 3. Emplis le bécher d’eau jusqu’aux trois quarts de sa capacité. 4. Fais chauffer le bécher. 5. Note ce qui se passe.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Dans ton modèle : a) Que représentent le sable et l’eau ? b) Que représente la couche de cire solide ? c) Que représente la cire fondue ? 2. Dessine un schéma accompagné d’un court texte pour illustrer les mouvements observés. 3. À l’aide de tes résultats et de données que tu pourrais recueillir à la bibliothèque ou dans Internet, prépare un schéma. Explique en tes mots les phénomènes suivants : a) Lorsque le magma monte et s’écoule d’une faille sous-marine, il se solidifie. Il y a ainsi formation de la plaque. C’est ce qui permet l’extension du fond océanique. b) Les collines Montérégiennes ont été formées par du magma qui a refroidi avant d’atteindre la surface. C’est l’érosion qui en a fait des collines. Ce ne sont donc pas des volcans. 4. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Tu as réalisé l’activité 3, 4 ou 5. Tu dois maintenant te préparer à présenter ton travail à l’ensemble de la classe. Tu devras : a) expliquer le phénomène géologique que tu as choisi à l’aide de la théorie de la tectonique des plaques ; b) présenter au moins une illustration de ton phénomène ; c) décrire l’expérience que tu as faite.

Les humains existaient-ils quand l’Europe, l’Amérique et l’Afrique ne formaient qu’un seul continent ?

Le volcan Krafla, en Islande, fait partie d’une chaîne de volcans situés le long d’une ligne qui divise l’océan Atlantique en deux. Il s’agit de la dorsale médioatlantique. La majorité des volcans de cette chaîne sont sous-marins.

EXPLORATION 4

Des bouleversements planétaires

47

ACTIVITÉ

6

RECHERCHE ET COMMUNICATION

Mener une recherche documentaire BOITE À OUTILS, p. 439 et 440

Le ciel nous tombera-t-il sur la tête ?

Communiquer efficacement p. 441 et 442

Les Gauloises et les Gaulois de la bande dessinée Astérix n’avaient peur que d’une chose : que le ciel leur tombe sur la tête. Avaient-ils raison d’avoir cette crainte ? Pour répondre à cette question, tu approfondiras un des phénomènes naturels suivants :

BOITE À OUTILS,

Les causes des tremblements de terre L’ENCYCLO, p. 330 et 331 Les aurores polaires p. 367

L’ENCYCLO,

Les chutes de météorites p. 369 à 371

L’ENCYCLO,

Les éclipses L’ENCYCLO, p. 374 et 375

a) Les aurores polaires b) Les avalanches c) Les éboulements et les glissements de terrain d) Les éclipses de Lune e) Les éclipses de Soleil

INFO-

f) Les incendies de forêt

Géologue

g) Les glaciations

Tu aimes résoudre des problèmes et travailler autant à l’extérieur qu’en laboratoire ? Alors le travail de géologue est peut-être fait pour toi. Tu auras pour tâche d’étudier les roches et de participer à la recherche de sites appropriés à l’exploitation minière. Pour être géologue, il faut aimer la recherche et le travail d’équipe. Tu dois aussi avoir une bonne capacité de synthèse et d’analyse. Il te faudra terminer tes études secondaires et poursuivre au cégep en sciences. Par la suite, tu feras un baccalauréat en géologie à l’université.

h) Les chutes de météorites et d’astéroïdes i) Les inondations j) Les ouragans k) Les sécheresses l) Les tornades m)Les tremblements de terre n) Les tsunamis o) Les variations du rayonnement solaire p) Les volcans

1 Choisis un des sujets de la liste ci-dessus. 2 Recherche de l’information sur le phénomène naturel que tu as choisi à la bibliothèque ou dans Internet. 3 Rédige un court texte contenant : a) une description de ton phénomène ; b) les principes expliquant ce phénomène ; c) une évaluation du danger associé à ce phénomène. 4 Présente les résultats de ta recherche aux élèves de ta classe.

À l’aide d’un logiciel de traitement de texte, crée un document électronique contenant des hyperliens, c’est-à-dire des éléments sur lesquels on peut cliquer pour se rendre à un autre texte ou à un autre site.

48

MODULE 1

La grande horloge de l’Univers

VE RS LE FIL D’ARRIVÉ E de ton travail et Conserve les conclusions des de classe. Cela ara note celles de tes cam raits de ta région t’aidera à trouver les att et au cours de livr lorsque tu écriras ton z nous ! » che l’activité « Bienvenue

Activité synthèse de l’exploration

4

COMMUNICATION

Bienvenue chez nous ! Au cours de cette exploration, tu as acquis des notions de géologie. Tu peux maintenant produire un livret décrivant les attraits d’un site géologique de ta région. La figure 24 te montre quelques sites géologiques.

Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

1 Ton livret devra : Structure géologique La disposition des couches de roches et leurs fractures. Histoire géologique L’étude de l’évolution de la structure géologique et des événements qui l’ont modifiée.

a) La richesse géologique d’une région se manifeste aussi dans ses édifices en pierre. La chapelle de Sainte-Anne-de-Beaupré en est un exemple.

a) décrire la structure géologique de ton site ; b) raconter l’histoire géologique de ton site ; c) présenter des photos ou des illustrations ; d) proposer une excursion à ton site géologique. 2 De plus, tu devras réaliser une affiche invitant les gens à participer à une excursion.

b) On trouve les trois types de roches (ignées, métamorphiques et sédimentaires) dans les Montérégiennes.

c) On peut voir du schiste dans la région de Granby.

Points à surveiller

d) Des falaises de grès rouge fortement érodées (Îles-de-la-Madeleine) Figure 24 Toutes les régions du Québec

ont leurs particularités.

site géologique. 1. Je présente bien mon présentation appropriés 2. J’utilise des moyens de éma, etc.). (illustrations, photos, sch ut tifiques que j’ai appris to 3. J’utilise les termes scien ion. au long de cette explorat attrayante. 4. Je conçois une affiche

49

MES

S E T R E V U O C É D

Exploration 1 ique : • Pour qu’une explication soit scientif ; – elle doit expliquer des faits connus ions ; dict pré – elle doit permettre de faire des ions à l’aide d’une expérience (p. 6). – on doit pouvoir vérifier ces prédict t pour le faire tourner (p. 8). • Il faut exercer une force sur un obje point, • Plus un objet tourne vite autour d’un la plus la force exercée vers le centre de 8). Exploration 2 trajectoire doit être grande (p. our aut • La force qui fait tourner les planètes • Le cerveau interprète les différences entre les images perçues par du Soleil est la gravité (p. 12). chaque œil pour estimer les distances (p. 19). il, • Plus une planète est éloignée du Sole • On peut calculer les distances à l’int érieur du système solaire à r plus elle met de temps à en faire le tou l’aide de deux méthodes : 1) la méthod e de la parallaxe (images complet (p. 12). obtenues de deux points de vue différen ts) ; 2) la méthode de l’écho ues se radar. Ces deux méthodes donnent des • Certains phénomènes astronomiq résu ltats équivalents : elles les sont donc probablement fiables (p. 23) répètent régulièrement. Par exemple, . ite et planètes suivent toujours la même orb • Les planètes sont très petites par rap port au système solaire (p. 24). parcourir mettent toujours le même temps à la • Certaines planètes sont très éloigné es du Soleil (p. 24). (p. 15). • Le Sole il n’es t qu’u ne étoile parmi les nombreuses autres éto n’ont iles de • D’autres phénomènes astronomiques not re gala xie, la Voie ite lact éor ée mét (p. une 24) le, . mp exe Par . fois ne lieu qu’u • Le système solaire est très petit par ne seule rapport à la Voie lactée (p. 24). ou un astéroïde ne peut tomber qu’u • La . Voi 15) e (p. lact e ée Terr est la très petite par rapport à l’Univers (p. 24). fois sur

Exploration 3

jours (p. 30). de rotation d’environ 25 • Le Soleil a une période tée, ée de la nôtre, la Voie lac ign élo est ie lax ga e un s • Plu idement (p. 31). plus elle s’en éloigne rap Exploration 4 ie en analysant lax ga ne d’u e ess vit la er • On peut évalu • D’après certains indices, la surface de la Terre est composée sa lumière (p. 32). de plaques qui se déplacent (p. 40). ). 34 (p. t en em ell inu nt • L’Univers se refroidit co • Les mouvements de convection dus à la chaleur ion (p. 36). • L’Univers est en expans pro voq uen t le mou vem ent des plaques tectoniques (p. 43). expansion, les distances • • Comme l’Univers est en Les coll isio ns ent re les les plaques entraînent la formation de tent. Cependant, entre les galaxies augmen cha înes de mon tag ). nes 36 (p. 44-45). (p. s pa changent dimensions des astres ne • Lorsque le magma atteint la surface , il y a formation de nouvelle roche ignée (p. 46).

50

CO N C E PTS C L É S DU MODULE 1

Projet du module

• Aurores boréales

41

TECHNOLOGIE ET COMMUNICATION

• Cahier des charges • Comètes • Couches de l’atmosphère • Cycle du jour et de la nuit • Éclipses • Effets d’une force • Érosion • États de la matière

À l’heure solaire Au cours de ce projet, tu devras utiliser les notions astronomiques que tu as étudiées pour fabriquer un cadran solaire.

• Gamme de fabrication • Gravitation universelle • Impact météoritique • Lithosphère • Lumière • Machines simples • Masse • Matériau • Matériel • Orogenèse • Phases de la Lune • Plaque tectonique • Saisons • Schéma de construction • Schéma de principe • Structure interne de la Terre • Système solaire • Température • Tremblement de terre

Cahier des charges bjet Nature et fonction de l‘o laire Construire un cadran so re solaire. permettant de lire l’heu

Heure solaire Lorsque le soleil est directement au sud de l’observateur, il est midi à l’heure solaire. Le temps compris entre deux midis solaires successifs est divisé en 24 périodes égales, appelées heures solaires.

Fabrication

, l’objet • Sur le plan physique doit être résistant aux intempéries. e, l’objet • Sur le plan techniqu doit être : – compact ; – fixé sur une pelouse . ou tout autre objet stable

• Volcan • Volume

La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Communiquer efficacement p. 442

BOÎTE À OUTILS,

Points à surveiller 1. Je décris les éléments importants d’un cadran solaire. e 2. Je planifie ma démarch . technologique an en 3. Je construis mon cadr du es ign ns co les respectant es. arg ch cahier des ent 4. Je teste le fonctionnem te jus de mon cadran et je l’a au besoin.

Utilisation

l’objet doit être : • Sur le plan humain, – décoratif ; t l’installer ide expliquant commen – accompagné d’un gu et l’utiliser. construit ental, l’objet doit être m ne on vir en n pla le r • Su clés ou recyclables. avec des matériaux recy

Tu devras également préparer un guide pour accompagner ton cadran solaire. Ton guide devra traiter des points suivants : a) les mouvements astronomiques permettant le fonctionnement de ton cadran solaire ; b) les forces qui permettent les mouvements astronomiques ; c) la façon dont ces mouvements ont changé au cours de l’histoire de l’Univers ; d) ce qui se passerait si l’on utilisait l’ombre d’une montagne comme cadran solaire pour une longue période de quelques centaines de millions d’années.

51

MODULE

2 L’eau,

source de vie L’eau dans l’histoire L’histoire de l’être humain est liée à l’eau. Dans toutes les cultures, l’eau est présente dans les légendes et les religions, anciennes ou actuelles. Elle symbolise la purification dans ces trois grandes religions : le christianisme, le judaïsme et l’islam. On trouve des variantes du récit du déluge dans l’Ancien Testament, comme chez les Incas et les peuples d’Afrique du Nord. L’eau était sacrée pour les populations celtes et gauloises, qui lui attribuaient des pouvoirs de guérison. En Égypte, on vénérait particulièrement l’eau du Nil, car on considérait ce fleuve au milieu du désert comme un cadeau des dieux.

52

Baie James

Rivière Mistassini

Rivière an ag Manicou tardes s Ou e de Rivièr

Réservoir Manicouagan

QU ÉBEC

Réservo ir Gouin

Lac Saint-Jean Rivière Sa gue

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Gatineau

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Golfe du Saint-Laurent

Trois-Rivières Sa i R i nt - v F Montréal

ÎLE-DUPRINCEÉDOUAR D

NOUVEAUBRUNSWICK

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Riv. Richelieu

Sherbrooke

1. Observe les villes du Québec sur la carte. a) Où sont-elles situées par rapport aux cours d’eau ? b) Pourquoi ces villes sont-elles situées à ces endroits ?

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2. Utilise une carte de ta région. a) À quelle distance ton école se trouve-t-elle de la rivière la plus proche ? b) du lac le plus près ? c) de l’océan le plus près ?

Les explorations de ce module t’aideront à comprendre trois aspects importants de cette ressource si précieuse qu’est l’eau. • Dans l’exploration 1, « Découvrir l’eau : une goutte à la fois », tu constateras : – que l’eau occupe une place importante dans ta vie quotidienne ; – que l’eau présente des aspects différents ; – que cette substance possède des propriétés caractéristiques.

Connais-tu tous les secrets de l’eau ?

• Dans l’exploration 2, « Le marais : un monde à découvrir », tu découvriras le rôle essentiel de l’eau dans le marais. Tu verras : – les espèces végétales et animales qui habitent le marais ; – les besoins de chacune de ces espèces ; – les adaptations qui permettent à ces espèces de survivre dans ce milieu ; – le rôle du marais dans la purification de l’eau. • Dans l’exploration 3, « Pénurie dans l’abondance », tu : – inventeras un dispositif pour recueillir l’eau de pluie et la rendre limpide ; – suivras le trajet d’une goutte d’eau de la source jusqu’à ton verre. À la fin de ce module, au cours du projet « L’eau, un jeu d’enfant ! », tu concevras en équipe un jeu-questionnaire original et amusant afin de sensibiliser la population à l’importance de l’eau.

53

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 1 • Acidité et basicité • Atome • Changement physique • Eau (répartition) • Élément • États de la matière • Hydrosphère • Masse • Mélanges • Molécule • Propriétés caractéristiques • Propriétés non caractéristiques • Solutions • Tableau périodique • Température • Volume

54

1 Découvrir l’eau : une goutte à la fois Propriétaire d’un écosystème Avec l’accord de ses parents, Évelyne décide d’acquérir un écosystème : un aquarium. Comment peux-tu l’aider à le garder en santé ? Pour y arriver, tu dois mieux connaître l’eau. Réponds aux questions suivantes : 1. Quelles sont les composantes de l’écosystème d’Évelyne ? 2. Quelles sont les ressemblances et les différences entre l’aquarium d’Évelyne et un lac ou une rivière ? 3. Quel est le rôle de l’eau dans un aquarium ? 4. Quel est le rôle de l’eau dans la nature ? 5. Quelle est l’importance de l’eau dans ta vie quotidienne ?

tion, tu découvriras ration 1 : au cours de cette explora Voici le fil conducteur de l’explo ielle pour les caractéristiques et qu’elle est essent que l’eau possède des propriétés êtres humains. L’eau dans ton quotidien re dont ta famille as l’occasion de réfléchir à la maniè • Dans les activités 1 et 2, tu aur utilise l’eau. riras les it de famille », à la page 56, tu déc – Au cours de l’activité 1, « Portra e de consommation d’eau. habitudes de ta famille en matièr poseras des le gaspillage », à la page 57, tu pro ter Évi « 2, ité tiv l’ac de rs cou Au – solutions pour économiser l’eau. riras ation d’eau », à la page 58, tu déc • Dans l’activité 3, « Une dégust l’eau.

le goût de

L’eau et ses changements d’état s. ouvriras l’eau sous toutes ses forme • Dans les activités 4 et 5, tu déc es 59 et 60, l’eau changeait d’état ? », aux pag – Au cours de l’activité 4, « Et si tat de l’eau. tu observeras les changements d’é la page 61, multiples aspects de l’eau », à Les « 5, ité tiv l’ac de rs cou Au – ts dans la vie nts d’état de l’eau sont très présen tu découvriras que les changeme de tous les jours. l’eau Les propriétés caractéristiques de font as mieux certaines propriétés qui ndr pre com tu 10, à 6 és ivit act les • Dans de l’eau une substance unique. e 62, e question électrique », à la pag un : au L’e « 6, ité tiv l’ac de rs – Au cou conductibilité électrique de l’eau. tu réaliseras une expérience sur la es 63 et 64, : un solvant universel ? », aux pag – Au cours de l’activité 7, « L’eau soudre plusieurs substances. tu démontreras que l’eau peut dis et 66, tu glaçons, S.V.P. ! », aux pages 65 – Au cours de l’activité 8, « Des lière de la glace. découvriras une propriété particu 67 et 68, tu te la molécule d’eau », aux pages – Au cours de l’activité 9, « H2O, au et ses éléments chimiques. familiariseras avec la molécule d’e mesureras le échelle de pH », à la page 69, tu e Un « 10, ité tiv l’ac de rs cou – Au tu utilises fréquemment. degré d’acidité de substances que e 70, grand verre de… radis ! », à la pag • Dans l’activité 11, « Boire un si boire de l’eau. tu constateras que manger, c’est aus étaire rs de l’activité synthèse « Propri À la fin de cette exploration, au cou te permettra lyseras l’eau d’un aquarium. Cela ana tu 71, e pag la à », e tèm sys d’un éco santé. puisse garder son écosystème en elle qu’ r pou e lyn Éve ler seil con de

55

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Portrait de famille Le diagramme à bandes BOÎTE À OUTILS, p. 445

Les habitudes de ta famille en matière de consommation d’eau

1 Réfléchis aux activités quotidiennes de ta famille. Dresse la liste des activités où l’eau occupe une place essentielle. 2 Classe ensuite ces activités selon ces quatre catégories : l’alimentation, les loisirs, l’hygiène personnelle, autres. Tableau 1 Les activités reliées à la consommation d’eau

L’alimentation

Les loisirs

L’hygiène personnelle

Autres

Quelle quantité d’eau ta famille consomme-t-elle par semaine ?

1 Évalue la quantité d’eau consommée par ta famille pendant une semaine. Utilise ta liste d’activités et les catégories du tableau 1. Dans le tableau 2, tu trouveras de l’information pouvant t’aider à évaluer la quantité d’eau utilisée par ta famille. Tableau 2 Des exemples d’utilisation de l’eau à la maison

Lieu

Selon le Fonds des Nations Unies pour la population, chaque personne devrait disposer en moyenne d’au moins 50 litres d’eau par jour pour vivre. Dans certains pays, les gens n’ont même pas cette quantité minimale d’eau.

Utilisation

Consommation d’eau (en litres)

Salle de bain

Chasse d’eau Douche Bain Brossage des dents Rasage

18 100 60 10 20

Cuisine

Cuisson Lavage manuel de la vaisselle Lave-vaisselle Broyeur à déchets

20 35 40 20

Salle de lavage

Lessive

225

Extérieur de la maison

Lavage automatique de la voiture Lavage manuel de la voiture Arrosage des plantes et de la pelouse Remplissage de la piscine

400 240 35 (par minute) ou 2100 (par heure) De 50 000 à 80 000

Autres

Fuite d’un robinet

100 et plus (par jour) Source : Environnement Canada, 2004

2 Présente tes résultats sous forme de diagramme à bandes. 3 Réponds aux questions suivantes : a) Quelle activité demande le plus d’eau ? Dans quelle catégorie cette activité se trouve-t-elle ? b) Quelle activité requiert le moins d’eau ? Dans quelle catégorie cette activité se trouve-t-elle ? 4 Compare tes résultats avec ceux de tes camarades de classe.

56

MODULE 2

L’eau, source de vie

ACTIVITÉ

2

INTERPRÉTATION

Éviter le gaspillage Tu connais un peu mieux les habitudes de ta famille en matière de consommation d’eau. Compare maintenant la consommation quotidienne d’eau de ta famille aux données de la figure 1.

États-Unis Canada Québec

ENRICHISSEMENT

Organise un débat sur l’utilité des compteurs d’eau. Imagine qu’une ville songe à installer des compteurs d’eau dans chaque résidence. Comment l’ajout d’un compteur peut-il modifier la consommation d’eau de la population ? La ville devrait-elle prélever une taxe d’eau ? Devrait-elle imposer des amendes aux gens qui gaspillent l’eau ?

France Afrique

et moins

= 50 L d’eau/jour par personne

Figure 1 La consommation quotidienne d’eau à différents endroits dans le monde

Quelle est la consommation d’eau quotidienne de ta famille ?

1 Observe la figure 1. 2 Analyse les habitudes de consommation de ta famille. a) Combien de litres d’eau, en moyenne, ta famille consomme-t-elle par jour ? b) Combien de litres d’eau, en moyenne, chaque membre de ta famille utilise-t-il par jour ? c) De quel pays ou région la consommation d’eau de ta famille se rapproche-t-elle le plus ? d) Selon toi, pourquoi consomme-t-on plus d’eau au Canada qu’en Afrique?

Comment diminuer la consommation d’eau quotidienne ?

1 Forme une équipe avec une ou un autre élève. 2 Énumérez des solutions pour réduire la consommation d’eau. 3 Comparez vos solutions à celles des autres équipes de la classe.

’AR RI VÉ E

VE RS LE FI L D

mation ées sur la consom tu as nn do s le ve er Cons ons que ille et les soluti d’eau. d’eau de ta fam ill ire le gasp age du ré ur po es trouvé er ton iliser pour réalis Tu pourras les ut module. ce ire, à la fin de jeu-questionna EXPLORATION 1

Découvrir l’eau : une goutte à la fois

57

ACTIVITÉ

3

INTERPRÉTATION

Une dégustation d’eau Les propriétés non caractéristiques L’ENCYCLO, p. 179 Les propriétés caractéristiques L’ENCYCLO, p. 192 et 193

Boire un verre d’eau. Combien de fois as-tu fait ce geste sans y réfléchir ? Lorsqu’on a vraiment soif, l’eau est irremplaçable. Mais as-tu vraiment observé l’eau ? Comment la décrirais-tu ? Rien ne désaltère autant qu’un bon verre d’eau !

Tu vas continuer à explorer cette ressource en la dégustant. Comme tu le sais, on ne doit jamais goûter une substance dans un laboratoire. Cette activité est donc exceptionnelle.

1 Couvre tes yeux avec un bandeau. 2 Goûte l’eau comme si tu en buvais pour la première fois.

ENRICHISSEMENT

Organise une dégustation d’eau. Utilise un échantillon d’eau du robinet. Compare son goût à celui de différentes marques d’eau embouteillée. Quelle eau est la préférée des personnes qui goûtent tes échantillons ? Peuvent-elles distinguer l’eau du robinet de l’eau embouteillée ? Note les résultats. Ils pourraient te surprendre.

58

MODULE 2

L’eau, source de vie

a) Quelles sensations éprouves-tu d’abord ? b) Comment décrirais-tu le goût de l’eau ? c) Qu’est-ce qui distingue l’eau des jus de fruits ou du lait ? 3 Utilise chacun de tes sens pour décrire l’eau. a) Comment décrirais-tu l’eau à partir du toucher ? b) Es-tu capable d’identifier l’eau en utilisant l’ouïe ? c) Quelles observations peux-tu faire grâce à la vue et à l’odorat ? d) Quel sens te donne le plus d’information ? Lequel t’en fournit le moins ? e) Qu’est-ce qui distingue l’eau de l’alcool ou de l’eau minérale ? 4 Discute de ce que tu as observé avec tes camarades de classe. a) Qu’est-ce qui distingue tes observations de celles des autres élèves ? b) Quelles sont les observations qui reviennent le plus souvent ? c) Quelles sont les propriétés de l’eau ?

ACTIVITÉ

4

EXPÉRIMENTATION

Et si l’eau changeait d’état ?

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

J‘observe L’eau est présente presque partout sur la Terre. On la trouve sous forme solide (en glace et en neige), liquide (dans la mer, les rivières, les lacs, les nuages, etc.) ou gazeuse (en vapeur d’eau).

Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

Le diagramme linéaire BOÎTE À OUTILS, p. 447 Les états de la matière p. 180 et 181

L’ENCYCLO,

Je me questionne

Le point de fusion et le point d’ébullition L’ENCYCLO, p. 192 et 193

« Comment la température de l’eau variera-t-elle si je fais passer de la glace à l’état liquide, puis à l’état gazeux ? »

Les changements physiques p. 195

L’ENCYCLO,

Je précise mes variables Tu dois faire passer de la glace concassée de l’état solide à l’état gazeux. Tu dois aussi mesurer la température tout au long de l’expérience.

J‘expérimente Protocole proposé

M AT É R IEL ✔ Une pla que chauff ante ✔ Un béch er de 250 m L ✔ Un the rmomètre ✔ Une tig e de verre ✔ Une pin ce à therm omètre ✔ Un sup port unive rs el ✔ Un chro nomètre ✔ Des lu nettes de sé curité M AT É R IAU ✔ De la g lace conca ssée

Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. Sers-toi de celui-ci comme modèle tout au long du module. 1. Prépare un tableau pour consigner les données de la température. Tu devras inscrire la température toutes les 30 secondes. 2. Réalise ton montage. La photo de la page suivante pourra t’aider. 3. Place de la glace concassée dans ton bécher. 4. Dépose ton bécher sur la plaque chauffante. 5. Colle le thermomètre sur la glace et attend que la température se stabilise. 6. Note la température de la glace au temps zéro de ton tableau. 7. Commence à chauffer ton bécher contenant la glace. 8. Note la température toutes les 30 secondes. 9. À l’aide de la tige de verre, exerce une légère pression sur la glace afin qu’elle soit toujours en contact avec le thermomètre. 10. Continue de chauffer jusqu’à ce que presque toute l’eau ait atteint l’état gazeux.

Une molécule d’eau à l’état gazeux passe en moyenne 10 jours dans l’atmosphère. Puis elle revient à l’état liquide. Elle peut alors former un nuage ou tomber au sol sous forme de pluie, de neige ou de grêle.

§ EXPLORATION 1

Découvrir l’eau : une goutte à la fois

59

Le Canadien Nicolas Reeves a conçu une harpe à nuages. Cette invention transforme la structure des nuages en sons. On dirige un faisceau laser vers le ciel. Les nuages qui passent au-dessus de la harpe font rebondir le faisceau laser vers l’instrument. Ensuite, un ordinateur convertit l’information captée en séquences sonores. Les sons obtenus dépendent de la forme, de l’épaisseur et de la hauteur des nuages.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. À l’aide des données de ton tableau, trace le diagramme linéaire de la température de l’eau en fonction du temps. Indique les changements d’état de l’eau sur ton graphique. 2. Sur ton diagramme, observe la température de l’eau au moment de chaque changement d’état. 3. Décris ce qui s’est passé. 4. À partir de ton diagramme, trouve le point de fusion de la glace. Trouve le point d’ébullition de l’eau. 5. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

60

MODULE 2

L’eau, source de vie

ACTIVITÉ

5

INTERPRÉTATION

Les multiples aspects de l’eau Nous sommes entourés d’eau. Autour de nous, il y a les océans, les lacs et les rivières. Au-dessus de nos têtes, il y a les nuages. Sous nos pieds, se trouvent d’importantes réserves d’eau souterraines.

Figure 2 L’eau solidifiée forme une glace sur

Figure 3 Les nuages sont constitués de

laquelle on peut patiner.

gouttelettes d’eau.

Figure 4 La vapeur d’eau, c’est la partie

La température L’ENCYCLO, p. 185 Les changements physiques L’ENCYCLO, p. 195 et 196

Figure 5 Des vêtements sèchent au soleil.

invisible près du bec de la bouilloire.

Figure 6 Des gouttelettes d’eau se forment

Figure 7 Du givre se forme à partir de la

sur une surface vitrée.

vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère.

1 Observe les figures 2 à 4. Elles montrent différents états de l’eau. 2 Trouve d’autres exemples des trois états de l’eau. 3 Dans quel état l’eau a-t-elle la température la plus élevée ? la plus basse ? 4 Observe les figures 5 à 7. Elles montrent des exemples de changements d’état de l’eau. Réponds aux questions suivantes : a) Quel changement d’état chaque figure illustre-t-elle ? b) Qu’est-ce qui provoque un changement d’état ? c) Explique ce qu’est la température. d) Comment fonctionne le thermomètre ? 5 Trace un schéma pour montrer les changements d’état de l’eau : a) Reproduis la figure 8. Indique un état de l’eau dans chaque coin. b) Pour chacune des flèches de la figure 8, nomme le changement d’état. c) Cite un exemple pour chacun des changements d’état.

1

2

4

3

5 6

Figure 8 Le schéma des changements d’état de l’eau

EXPLORATION 1

Découvrir l’eau : une goutte à la fois

61

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Comment travailler en toute sécurité BOÎTE À OUTILS, p. 431 et 432 Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

M AT É R I E L ✔ Cinq béchers de 50 mL ✔ Un conductimètre M AT É R I A U substances ✔ 20 mL de chacune des eau distillée, ine suivantes : eau du rob t, embouteillée, eau de mer, eau de source

6

EXPÉRIMENTATION

L’eau : une question électrique J‘observe Tu sais qu’on se sert de l’eau pour produire de l’électricité, par exemple avec les barrages hydroélectriques. Pourtant, l’eau et l’électricité ne font pas toujours bon ménage. L’eau est un conducteur d’électricité. Elle peut donc représenter un danger d’électrocution. Quelles règles de sécurité dois-tu suivre pour te protéger de l’électrocution ?

Je me questionne « Le courant électrique passe-t-il : a) dans l’eau du robinet ? d) dans l’eau de source b) dans l’eau distillée ? embouteillée ? c) dans l’eau de mer ? e) dans l’eau de pluie ? »

eau de pluie

Je précise mes variables Conductimètre Un appareil qui permet de mesurer la capacité d’un liquide de conduire l’électricité.

Ton expérience doit te permettre de comparer la capacité de conduire l’électricité de différents échantillons d’eau. Attention! Il est important de placer les deux tiges du conductimètre dans le liquide.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide du matériel et du matériau dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser l’expérience. 2. Dessine un schéma de ton montage. 3. Fais valider ton protocole et ton schéma par ton enseignante ou ton enseignant.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Classe tes résultats. Présente-les sous forme de tableau. 2. Réponds aux questions suivantes : a) Quel échantillon d’eau conduit le mieux l’électricité ? b) Lequel ne conduit pas le courant électrique ? c) Quelle substance contenue dans l’eau conduit l’électricité ? 3. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

62

MODULE 2

L’eau, source de vie

ACTIVITÉ

7

EXPÉRIMENTATION

L’eau : un solvant universel ? La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

J‘observe Dans la vie quotidienne, à quelles occasions utilises-tu l’eau comme solvant ?

La dissolution p. 201

L’ENCYCLO,

Je me questionne 1. « Comment puis-je vérifier à quel point l’eau est un solvant universel » 2. « Est-ce que la composition d’un échantillon d’eau changera si je le fais passer à travers une couche de sable? »

Je précise mes variables Ton expérience doit te permettre de vérifier si l’eau agit comme solvant lorsqu’elle traverse une couche de sable. Tu dois vérifier la capacité de l’eau distillée de conduire l’électricité au début et à la fin de l’expérience.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. Lis le texte, « Quelques propriétés de l’eau », à la page suivante, pour en savoir plus sur l’eau en tant que solvant. 2. À l’aide du matériel et des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser l’expérience. 3. Fais valider ton protocole par ton enseignante ou ton enseignant.

M AT É R I E L c un anneau ✔ Un support universel ave 50 mL ✔ Un cylindre gradué de mL ✔ Un bécher de 50 ✔ Un bécher de 100 mL ier filtre ✔ Un entonnoir et du pap ✔ Un conductimètre filtre ✔ Un tamis très fin ou un M AT É R I A U X ✔ Un échantillon de sable ant de l’eau ✔ Un flacon laveur conten distillée

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Réponds aux questions suivantes : a) L’eau qui a traversé le sable contient-elle des sels minéraux ? b) Comment tes résultats permettent-ils de le démontrer ? c) Cette eau conduit-elle le courant électrique ? Pourquoi ? d) Pourquoi dit-on que l’eau est un solvant universel ? e) D’après toi, d’où viennent les sels minéraux contenus dans l’échantillon de sable ? 2. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements. EXPLORATION 1

Découvrir l’eau : une goutte à la fois

63

Quelques propriétés de l’eau Une des principales propriétés physiques de l’eau est sa capacité de dissoudre d’autres substances. On dit souvent que l’eau est un solvant universel, car c’est un liquide qui peut dissoudre beaucoup de substances solides, liquides ou gazeuses (voir le tableau 3). L’eau du robinet contient généralement une très faible quantité de sels minéraux. Ces sels minéraux sont principalement le calcium et Solubilité La quantité maximale de substance qu’on peut dissoudre dans une autre substance (un solvant) à une température et à une pression données.

Pourquoi l’eau éteint-elle le feu ? Parce qu’elle le refroidit. Ainsi, il n’y a plus assez d’énergie pour que la réaction de combustion se poursuive. D’autres substances éteignent le feu en le recouvrant complètement. Cela a pour effet de priver le feu d’oxygène. L’oxygène est essentiel à la réaction de combustion. Sans oxygène, le feu s’éteint.

Tableau 3 La solubilité de quelques substances dans l’eau froide (0 °C)

Substance

État à la température ambiante

MODULE 2

L’eau, source de vie

Solubilité (g /100 g d’eau)

Alcool

Liquide

Illimitée

Alun

Solide

11,4

Azote

Gazeux

0,003

Bicarbonate de sodium

Solide

6,9

Calcaire

Solide

0,000 7

Gaz carbonique

Gazeux

0,34

Huile

Liquide

Insoluble

Oxygène

Gazeux

0,007

Sel d’Epsom

Solide

70,0

Sel de table

Solide

35,7

Sucre

Solide

179,2

Une eau dure contient des sels minéraux. Plus l’eau est dure, moins elle produit de la mousse quand on lui ajoute du savon.

64

le magnésium. Une eau « dure » contient plus de sels minéraux qu’une eau « douce ». La dureté de l’eau augmente avec la quantité de calcium et de magnésium dissous. L’eau de mer est beaucoup plus salée. Elle contient surtout du sodium. Les sels minéraux dissous dans l’eau permettent au courant électrique de circuler. L’eau distillée ne conduit pas le courant parce qu’elle ne contient pas de sels minéraux.

ACTIVITÉ

8

EXPÉRIMENTATION

Des glaçons, S.V.P. ! J‘observe La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

La glace flotte à la surface de l’eau. C’est la seule substance dont la forme solide flotte sur la forme liquide.

La masse L’ENCYCLO,

p. 182 et 183

Le volume p. 184

L’ENCYCLO,

Les glaçons flottent dans un verre d’eau.

Je me questionne 1. « Pourquoi la glace flotte-t-elle sur l’eau ? » 2. « Et si je comparais certaines propriétés de l’eau liquide et de la glace ? »

Je précise mes variables Tu devras comparer le volume et la masse d’une même quantité d’eau à l’état solide puis à l’état liquide.

J‘expérimente Protocole proposé

Voici un exemple de protocole pour cette expérience que tu dois réaliser en équipe. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Place de la glace dans un contenant en plastique. 2. Indique, sur le contenant, le volume approximatif de la glace. Utilise un marqueur ou du ruban adhésif. 3. Pèse le contenant et la glace. 4. Laisse fondre la glace dans son contenant. 5. Note à nouveau le volume. 6. Pèse de nouveau le contenant et l’eau. 7. Inscris toutes tes données dans un tableau comme celui-ci : Contenant et glace Volume Masse

Contenant et eau

Antoine Laurent de Lavoisier, un chimiste français (1743-1794), a identifié 23 éléments chimiques. Mais il ne travaillait pas seul. Sa femme, Marie-Anne de Lavoisier, l’a beaucoup aidé dans ses recherches. Elle lisait et traduisait pour lui les articles scientifiques en anglais qui pouvaient l’intéresser. La science, c’est souvent un travail d’équipe !

SC I E N T I F I Q U E

M AT É R I EL ✔ Une bal ance ✔ Un cylin dre gradué de 10 mL ✔ Un cylin dre gradué de 25 mL ✔ Un conte nant en pla stique ✔ Un béch er de 50 mL ✔ Une règl e ✔ Des mar queurs ou d u ruban adhésif M AT É R I AU ✔ De la glac e

H I STO I R E

EXPLORATION 1

Découvrir l’eau : une goutte à la fois

65

J‘analyse mes résultats et je les présente L’EAU DANS LE TEMPS

t 300 av. J.-C. Aristote croit que l’eau est l’un des quatre éléments à partir desquels toutes les substances sont formées. Les trois autres éléments sont l’air, la terre et le feu.

t 1766 Cavendish et Priestley découvrent l’existence de l’hydrogène et de l’oxygène.

t 1783 Lavoisier et Laplace fabriquent de l’eau à partir de deux gaz : l’hydrogène et l’oxygène.

t 1859 Pasteur découvre les microbes. Il affirme que l’eau contaminée cause 90 % des maladies de son époque.

66

MODULE 2

L’eau, source de vie

1. Réponds aux questions suivantes : a) Quel volume d’eau liquide as-tu mesuré ? Quel était le volume de cette eau à l’état solide ? Lequel des deux a le plus petit volume ? b) Quelle est la masse de ton échantillon d’eau à l’état liquide ? Quelle était sa masse à l’état solide ? Lequel a la plus petite masse ? c) Pourquoi la glace flotte-t-elle sur l’eau ? 2. Cite un exemple de ce phénomène dans la nature. 3. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

ACTIVITÉ

9

EXPÉRIMENTATION

H2O, la molécule d’eau J‘observe L’eau est une substance incolore, inodore et pratiquement sans goût. Elle semble homogène et pure.

L’atome L’ENCYCLO, p. 206 et 207 Les éléments p. 208 et 209

L’ENCYCLO,

La molécule p. 213

L’ENCYCLO,

Je me questionne « L’eau peut-elle être décomposée en d’autres éléments ? Si oui, lesquels ? »

Les formules chimiques p. 214

L’ENCYCLO,

Je précise mes variables Tu assisteras à une démonstration qui t’aidera à comprendre la composition chimique de l’eau.

J‘expérimente 1. Lis la section « La surprenante molécule d’eau », à la page suivante, pour en savoir plus sur la composition de l’eau. 2. Observe bien la démonstration effectuée par ton enseignante ou ton enseignant. Note ce qui retient ton attention. Écoute attentivement ses explications.

La personne qui découvre un élément a le privilège de lui donner un nom. Par exemple, Marie Curie, qui a découvert le polonium, a nommé cet élément d’après le nom de son pays natal : la Pologne. Le nom uranium évoque la planète Uranus. En l’honneur de qui a-t-on nommé l’élément einsteinium ?

J‘analyse mes résultats et je les présente Réponds aux questions suivantes : a) Quels sont les deux éléments qui composent l’eau ? b) Quelle est la proportion de chacun de ces éléments dans l’eau ? c) Quels tests peut-on faire au laboratoire pour identifier les deux éléments qui composent l’eau ?

EXPLORATION 1

Découvrir l’eau : une goutte à la fois

67

La surprenante molécule d’eau La théorie atomique L’ENCYCLO, p. 208 Le tableau périodique p. 209 à 211

L’ENCYCLO,

Les symboles chimiques p. 212

L’ENCYCLO,

Le modèle atomique dans le temps L’ENCYCLO, p. 215

Cohésion La force qui maintient ensemble les molécules d’une substance. Hexagone régulier Une figure qui possède six côtés égaux et six angles égaux.

La molécule d’eau est composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. Comme tu peux le voir à la figure 9, les atomes de la molécule d’eau ne sont pas alignés. Les deux atomes d’hydrogène forment un angle de 105° avec l’atome d’oxygène. Deux molécules d’eau forment une liaison appelée « liaison hydrogène » (voir la figure 10). Lorsque plusieurs molécules d’eau se rencontrent, elles forment plusieurs liaisons hydrogène. C’est un peu comme si elles se transformaient en une seule gigantesque molécule. La liaison hydrogène donne à l’eau des propriétés que n’ont pas les autres molécules. Par exemple, la liaison hydrogène est responsable de

un atome d’oxygène

l’étonnante cohésion de l’eau. Grâce à cette propriété, certains insectes peuvent marcher sur l’eau. Dans la glace, les molécules d’eau forment des structures ordonnées par l’action des liaisons hydrogène. Cela donne à la glace une structure régulière de forme hexagonale. Au milieu de chaque hexagone régulier, il y a du vide. La glace possède donc une structure plutôt aérée (voir la figure 11). La structure de l’eau liquide est moins rigide, car les liaisons hydrogène sont brisées par la chaleur et donc moins stables et ordonnées. Par conséquent, il y a moins d’espaces vides et plus de molécules dans un même volume. C’est pourquoi l’eau liquide est plus lourde que la glace pour un même volume.

une liaison hydrogène

deux atomes d’hydrogène

Figure 9 Voici à quoi ressemble

la molécule d’eau. Figure 10 La liaison hydrogène se

forme entre les molécules d’eau. Figure 11 La glace possède

une structure régulière et aérée, contrairement à l’eau liquide.

Certains insectes, comme le patineur d’eau, peuvent marcher sur l’eau grâce à la cohésion des molécules d’eau qui résulte des liaisons hydrogène.

68

MODULE 2

L’eau, source de vie

ACTIVITÉ

10

EXPÉRIMENTATION

Une échelle de pH

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

J‘observe On parle beaucoup de la pollution par les pluies acides. Tu peux vérifier facilement si l’eau d’une piscine est acide ou non. Il suffit de mesurer son degré d’acidité, c’est-à-dire son pH.

Les acides et les bases p. 187 à 191

L’ENCYCLO,

Je me questionne 1. « Les substances qui m’entourent ont-elles des pH différents ? » 2. « Quel est le pH de l’eau ? »

Je précise mes variables 1. Tu dois mesurer le pH de différentes substances à l’aide de papier indicateur. 2. Tu classeras ensuite ces substances sur une échelle de pH.

M AT É R I E L pH ✔ Du papier indicateur de mL ✔ Plusieurs béchers de 50 X M AT É R I A U liquides ✔ Différentes substances ant ✔ Un flacon laveur conten de l’eau distillée

J‘expérimente Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Trempe le papier indicateur de pH dans chacun des échantillons de liquides. 2. Détermine le pH de chacun des liquides en comparant la couleur du papier indicateur à celles qui sont imprimées sur l’échelle fournie avec le contenant.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Reproduis l’échelle suivante. 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

2. Indique le nom et le pH de chacune de tes substances sur ton échelle. 3. Réponds aux questions suivantes : a) Laquelle de tes substances est la plus acide ? b) Laquelle est la moins acide ? 4. Réponds aux questions de la section « Je me questionne ». 5. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans le protocole ? Explique VE RS LE FIL D’ARRIVÉE pourquoi tu ferais ces enseignant te Ton enseignante ou ton changements. s tableau sur les propriété

remettra un ant remplir la de l’eau. Tu peux mainten leau en utilisant dernière colonne de ce tab ueillie tout au l’information que tu as rec . long des activités 6 à 10

EXPLORATION 1

Découvrir l’eau : une goutte à la fois

69

ACTIVITÉ

11

EXPÉRIMENTATION

Boire un grand verre de... radis ! La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

Le diagramme à bandes p. 445

J‘observe Il y a une grande quantité d’eau dans les fruits et les légumes. En manger, c’est aussi « boire » de l’eau !

BOÎTE À OUTILS,

Je me questionne « Comment puis-je vérifier quelle quantité d’eau contient un fruit ou un légume ? » Il y a en moyenne 90 % d’eau dans les fruits et les légumes. M AT É R I E L ✔ Une plaque chauffante ✔ Une balance e la pesée ✔ Un contenant pour fair inium) (par ex. un contenant d’alum ✔ Une pince à creuset é ✔ Des lunettes de sécurit M AT É R I A U ts variés ✔ Des légumes ou des frui

Je précise mes variables 1. Ton expérience doit te permettre de calculer le pourcentage d’eau que contient un fruit ou un légume. 2. Tu dois mesurer les quantités en grammes.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide du matériel et du matériau dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser l’expérience. 2. Dresse la liste du matériel supplémentaire dont tu pourrais avoir besoin. 3. Dessine un schéma de ton montage. 4. Fais valider ton protocole et ton schéma par ton enseignante ou ton enseignant.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Réponds aux questions suivantes : a) Quelle était la masse de ton fruit ou de ton légume au départ ? b) Quelle est sa masse à la fin de l’expérience ? c) Quelle masse d’eau as-tu extraite de ton fruit ou de ton légume ? 2. Compare la masse de l’eau extraite à la masse de départ. Transforme ce rapport en pourcentage. 3. Lorsque toutes les équipes ont terminé leur expérience, compile les données de ta classe dans un tableau. 4. Présente les résultats de ta classe sous forme de diagramme à bandes. Parmi les fruits et les légumes utilisés par ta classe, lequel contient le plus d’eau ? Lequel contient le moins d’eau ? 5. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans ton protocole? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

70

MODULE 2

L’eau, source de vie

2 e preuve | dp | XX/04/05

Activité synthèse de l’exploration

1

EXPÉRIMENTATION ET COMMUNICATION

Propriétaire d’un écosystème La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Communiquer efficacement p. 441 et 442

BOÎTE À OUTILS,

Les principales sources de pollution dans un aquarium sont le surplus de nourriture, les excréments des poissons et les végétaux morts. Heureusement, les plantes et les bactéries transforment ces déchets en substances inoffensives. Lors d’un nettoyage, il ne faut donc jamais changer toute l’eau d’un aquarium, afin de conserver l’équilibre entre les bactéries, les plantes et les poissons. Pour que les poissons soient en santé, il faut recréer le plus possible les conditions de leur milieu naturel. C’est pourquoi il existe des tests pour analyser différents aspects de l’eau.

Au début de cette exploration, tu as fait la connaissance d’Évelyne, l’heureuse propriétaire d’un écosystème. Elle a besoin de ton aide pour garder son aquarium en santé. Utilise l’aquarium qui se trouve dans ta classe. Il te servira de modèle pour conseiller Évelyne.

1 En équipe, analyse un échantillon d’eau provenant de l’aquarium de ta classe. 2 Présente ton analyse dans un rapport. Ce rapport devra comporter : a) les résultats de ton analyse en ce qui concerne – l’aspect, – le pH, – la capacité de conduire l’électricité, – la température ; b) des conseils pour maintenir l’aquarium en santé.

Points à surveiller

. ects de l’eau de l’aquarium 1. J’analyse différents asp les plus pertinents pour 2. Je choisis les résultats formuler mes conseils. pris le vocabulaire que j’ai ap 3. J’utilise correctement ion. au cours de cette explorat il de mon équipe. 4. Je contribue au trava

71

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 2 • Adaptations physiques et comportementales

2 Le marais : un monde à découvrir

• Espèce • Habitat • Intrants et extrants (énergie, nutriments, déchets) • Niche écologique • Système (intrants, extrants)

Quel est le rôle du marais dans le maintien de la vie? Tu as vu dans l’exploration précédente plusieurs propriétés caractéristiques de l’eau. L’eau fait partie de nombreux écosystèmes. Le marais est un exemple d’écosystème où la terre rencontre l’eau. Imagine que tu passes une journée dans un marais avec tes camarades. Quelles pourraient être tes activités ? Et si tu étais une espèce habitant le marais, à quoi ressemblerait ta journée ?

72

tu te 2 : au cours de cette exploration, on rati plo l’ex de r teu duc con fil Voici le ras quelles sont s de la vie dans un marais. Tu ver ect asp nts ére diff c ave ras rise ilia fam plent le marais. les interactions des espèces qui peu », aux pages 74 à 77, e dans la vie d’une grenouille rné jou e Un « 1, ité tiv l’ac s Dan • yeux itants du marais vus à travers les hab des s ent tem por com s tain cer tu découvriras d’une grenouille. À chacun son rôle e dans le maintien que chaque espèce a son importanc • Dans les activités 2 à 4, tu verras de l’équilibre de cet écosystème. 78, tu créeras une chaîne alimentaire », à la page – Au cours de l’activité 2, « Ma elles. ment les espèces sont reliées entre chaîne alimentaire afin de voir com à la page 78, tu rais : un réseau alimentaire », ma Le « 3, ité tiv l’ac de rs cou – Au entre les chaînes pour comprendre les interactions élaboreras un réseau alimentaire alimentaires. à la page 79, e pomme, est-ce un crime ? », un er Jet « 4, ité tiv l’ac de rs cou – Au uences sur la nos actions peut avoir des conséq tu comprendras que chacune de nature. S’adapter pour survivre t être , pour survivre, chaque espèce doi que s era stat con tu 8, à 5 és ivit act • Dans les adaptée à son habitat. et 80, itait la nature ? », aux pages 79 im on si Et « 5, ité tiv l’ac de rs – Au cou s’inspirent de la nature. tu découvriras des inventions qui eras il ? », aux pages 81 et 82, tu constat out bon le tu As« 6, ité tiv l’ac – Au cours de ticulière. que chaque outil a une fonction par lieu », à la animaux sont adaptés à leur mi – Au cours de l’activité 7, « Les r milieu. èces animales survivent dans leu page 83, tu verras comment les esp leur milieu », à la plantes aussi sont adaptées à Les « 8, ité tiv l’ac de rs cou Au – leur habitat. ntes aussi se transforment selon page 84, tu constateras que les pla découvrira ns de la Terre », à la page 85, tu rei les : s rai ma Les « 9, ité tiv • Dans l’ac vironnement. l’importance du marais pour l’en

s

e-moi ton rs de l’activité synthèse « Racont À la fin de cette exploration, au cou scène un habitant s un récit d’aventures mettant en tera sen pré tu 86, e pag la à », re histoi quenouille, etc. En on, un canard, une libellule, une du marais : une grenouille, un hér tienne ? marais sera-t-elle différente de la quoi la journée de ton habitant du

73

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Une journée dans la vie d’une grenouille Les espèces L’ENCYCLO, p. 220 L’habitat L’ENCYCLO,

p. 228

Écosystème Un ensemble écologique de base formé par un milieu non vivant, tous les organismes vivants qui l’habitent et leurs interactions.

Le marais est un milieu humide où le sol est recouvert d’eau peu profonde une bonne partie de l’année. C’est un milieu où règne une grande biodiversité.

1 Lis le texte « Une journée dans la vie d’une grenouille », aux pages 76 et 77. 2 Prépare une fiche descriptive sur l’habitat de cette grenouille.Ta fiche devra contenir l’information suivante : a) La liste des différentes espèces animales et végétales qui cohabitent dans cet écosystème. b) Les situations où un animal a été en danger. Pour chaque situation, indique la proie et le prédateur. 3 Lis le texte «Les milieux humides», à la page suivante, pour en savoir plus.

La grenouille possède une peau perméable à travers laquelle elle respire. La perméabilité de sa peau la rend vulnérable aux différents polluants contenus dans l’eau. En effet, ces substances peuvent facilement traverser la peau de la grenouille et la contaminer. Un grand nombre de grenouilles dans un système écologique indique que ce dernier est en santé.

VERS LE FIL D’A RRIVÉ E ve. Elle t’aidera Conserve ta fiche descripti réaliser à choisir une espèce pour exploration. te cet l’activité synthèse de

74

MODULE 2

L’eau, source de vie

Les milieux humides Il existe deux types de milieux sur notre planète : le milieu terrestre et le milieu aquatique. Les milieux humides sont un compromis entre ces deux types. Ils ressemblent beaucoup au milieu aquatique quand il y a des inondations. Mais ils deviennent

presque un milieu terrestre au moment des sécheresses. Les milieux humides sont des lieux où la terre rencontre l’eau. Il existe plusieurs types de milieux humides. La figure 12 t’en présente trois exemples. Qu’ont-ils en commun ? Marais Une nappe d’eau stagnante de faible profondeur, envahie par la végétation aquatique. Marécage Une étendue de terrain imprégnée ou recouverte d’eau, occupée surtout par des arbres et des arbustes. Tourbière Un écosystème où s’accumule de la tourbe, une matière combustible résultant de la décomposition partielle des végétaux.

a) Un marais

b) Un marécage

c) Une tourbière Figure 12 Différents milieux humides

EXPLORATION 2

Le marais : un monde à découvrir

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Une journée dans la vie d’une grenouille En ce début d’été, l’aube déchire le voile sombre de la nuit, illuminant le marais. Une grenouille s’est installée face au marais, dans l’espoir de dénicher son petit-déjeuner. Elle n’a pas longtemps à attendre. Une grosse nymphe de libellule émerge de l’eau et se hisse sur une tige de quenouille. Prête pour sa métamorphose, elle se laisse sécher avant de se transformer en adulte ailé. La grenouille déroule sa langue collante et avale d’un seul coup ce repas juteux. « Douce vengeance », se dit-elle en songeant au temps où, petit têtard, elle devait se méfier de ces nymphes agressives. Une silhouette brune se dessine sur l’autre rive. La grenouille reconnaît immédiatement le vison et se fige. Mais le vison a d’autres proies en vue. La grenouille comprend vite que la femelle du canard colvert, qui commençait à peine à couver ses huit œufs, n’est plus de ce monde. Les œufs abandonnés seront rapidement découverts et mangés par une corneille ou une mouffette. La femelle colvert ne dérangeait pas la grenouille. Au contraire, lorsqu’elle plongeait la tête dans l’eau pour manger des plantes submergées, des centaines d’invertébrés aquatiques devaient chercher ailleurs un abri plus sûr. «Ces bons repas ne viendront plus à moi aussi facilement », se dit la grenouille. Une couleuvre ondule lentement dans la végétation, la langue vibrante, en quête d’odeurs révélant la présence de proies. La grenouille hésite. Doit-elle plonger pour essayer de lui échapper ou rester immobile dans l’espoir que le reptile ne la remarquera pas ? Elle n’a pas le temps de se décider : une ombre surgit au-dessus du

76

MODULE 2

L’eau, source de vie

marais. Un busard Saint-Martin ! La couleuvre se glisse à l’abri dans l’épaisse végétation. Le busard s’éloigne vers le pré tout proche, où il cherchera à dénicher des campagnols et des souris. La grenouille bondit maintenant le long de la rive du marais. Elle attrape et avale une sangsue qui passait par là. Elle s’arrête dans une petite mare où de nombreux escargots s’affairent. Elle en attrape un. Les escargots qui restent pourront, au moins une journée encore, manger des algues et de la matière végétale et animale. Les escargots vont digérer, utiliser et excréter cette matière. Puis celle-ci se décomposera à nouveau pour retourner à la forme inorganique que les plantes du marais pourront réutiliser. La grenouille fait une pause. Ses yeux sont rivés sur une éphémère qui vient tout juste de passer du stade de nymphe au stade adulte. Au moment où la grenouille sort sa langue pour l’avaler, l’éphémère s’envole. C’est alors qu’une grosse libellule plonge vers l’éphémère et l’attrape par une aile. Pendant ce temps, un grand héron a atterri non loin de là. Lentement, sans que la moindre ride ne trouble la surface de l’eau peu profonde, il avance à la recherche d’une proie. Soudain, son bec pointu plonge. La grenouille reconnaît les longues pattes d’une congénère une fraction de seconde avant qu’elles ne disparaissent dans le gosier de l’oiseau. Et dire que la matinée vient à peine de commencer ! La journée promet d’être longue.

Source : Canards illimités Canada

EXPLORATION 2

Le marais : un monde à découvrir

77

ACTIVITÉ

2

INTERPRÉTATION

Ma chaîne alimentaire Les niches écologiques L’ENCYCLO, p. 236 à 238

Ton enseignante ou ton enseignant remettra à ton équipe une enveloppe contenant des étiquettes portant le nom de certaines espèces qui habitent le marais ainsi que des flèches pour les relier entre elles.

1 Place les étiquettes de façon à créer une chaîne alimentaire. 2 Utilise les flèches pour relier les espèces de ta chaîne alimentaire. 3 Indique le rôle du soleil, de l’eau et des bactéries dans ta chaîne alimentaire. 4 Sur ta chaîne alimentaire, situe les producteurs, les consommateurs et les décomposeurs. a) Quels sont les organismes qui se nourrissent d’animaux ? b) Quels sont les organismes qui consomment des végétaux ?

ACTIVITÉ

3

INTERPRÉTATION

Le marais : un réseau alimentaire Dans la nature, les relations alimentaires sont plus complexes que celles que tu as établies dans l’activité précédente. En effet, chaque espèce a un régime alimentaire diversifié.

1 Compare la chaîne alimentaire que tu as créée dans l’activité précédente Réseau alimentaire L’ensemble des chaînes alimentaires, souvent liées entre elles, qui composent un écosystème.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE À la fin de cette exploration, tu devras présenter un habitant du marais. Choisis maintenant ton espèce. Quel est son habitat ? Quels sont ses prédateurs ? Quelles sont ses proies ? Dresse un réseau alimentaire auquel elle pourrait appartenir.

78

MODULE 2

L’eau, source de vie

avec celles des autres élèves de ta classe. 2 Observe la figure 13. Elle te montre un exemple de réseau alimentaire. 3 Élabore un réseau alimentaire à partir de la chaîne alimentaire que tu as créée dans l’activité précédente et de celles des autres élèves de ta classe. Utilise une le maximum d’espèces. grenouille 4 Réfléchis aux questions suivantes : une punaise d’eau a) Qu’arriverait-il si tous les un échassier canards disparaissaient une d’un coup du marais ? larve b) Quelles seraient les de conséquences de moustique cette disparition pour une les autres espèces ? puce

Figure 13 Le réseau alimentaire de quelques habitants du marais

un poisson-chat

d’eau

des rotifères

des algues

ACTIVITÉ

4

INTERPRÉTATION

Jeter une pomme, est-ce un crime ? Il t’est peut-être déjà arrivé de jeter un cœur de pomme par terre. Quelles conséquences ce geste peut-il avoir sur la nature ?

1 Réponds aux questions suivantes : a) Pourquoi ne doit-on pas jeter de déchets biodégradables dans le marais ? b) Que se passerait-il si tout le monde faisait cela ? c) Quelles seraient les conséquences de ce geste sur la vie du marais ? d) Comment cela toucherait-il la niche écologique de chaque organisme ? 2 Échange tes réponses avec celles d’autres élèves. 3 Discutez de vos réponses afin d’arriver à un consensus. 4 Présentez ensuite vos idées au reste de la classe. ACTIVITÉ

5

Biodégradable Une matière qui peut se décomposer naturellement grâce à l’action des décomposeurs.

INTERPRÉTATION

Et si on imitait la nature ?

Les adaptations L’ENCYCLO, p. 229 à 235

L’être humain s’inspire souvent des adaptations que l’on trouve dans la nature pour élaborer ses propres outils (voir la figure 14 ).

1 Lis le texte « L’oiseau, toute une inspiration ! », à la page suivante. 2 En équipe, trouve d’autres inventions inspirées de la nature. 3 Illustre au moins trois inventions. 4 Montre tes illustrations aux membres d’une autre équipe et examine les leurs. 5 Trouve les adaptations associées aux inventions illustrées par l’autre équipe.

Les pattes palmées du canard sont adaptées à la nage.

Les longues pattes du héron lui permettent de marcher en milieu humide.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Pense à l’espèce que tu as choisie. Utilise-t-elle une partie de son corps comme un outil ? Si oui, peux-tu associer cet outil à une invention technologique ?

Figure 14 La nature offre à chacun des outils adaptés à ses besoins.

EXPLORATION 2

Le marais : un monde à découvrir

79

L’oiseau, toute une inspiration !

En 1890, Clément Ader appela « avion » son premier engin volant. Ce nom signifie « appareil volant qui imite les oiseaux naturels ».

L’AÉRONAUTIQUE DANS LE TEMPS

t 1782 Les frères Montgolfier effectuent leur premier voyage en ballon.

t 1890 Clément Ader fait décoller une machine volante propulsée par un moteur à vapeur.

t 1903 Le Flyer des frères Wright s’élève pendant 59 secondes. Il parcourt près de 289 mètres. C’est le premier appareil à moteur capable de voler.

t 1909 Louis Blériot est le premier à traverser la Manche en avion.

t 1927 Charles Lindbergh traverse l’Atlantique à bord du Spirit of St. Louis.

t 1932 Amelia Earhart est la première femme à traverser l’Atlantique en avion.

Figure 16 Le Flyer

des frères Wright

80

MODULE 2

L’eau, source de vie

Figure 15 L’être humain

a inventé l’avion en s’inspirant du corps de l’oiseau.

Les ailes de l’avion, comme celles de l’oiseau, sont très grandes et très larges par rapport à sa taille. De plus, leur face supérieure est bombée. Cette forme permet à l’avion et à l’oiseau de planer, quelle que soit leur masse (voir la figure 15). Mais l’oiseau est aussi capable de battre des ailes pour accélérer ou changer de direction. Les ailes de l’avion sont rigides. L’appareil doit donc être doté d’un moteur puissant pour atteindre une vitesse suffisante pour décoller et d’ailerons pour effectuer les virages.

Le rêve de voler Depuis toujours, les êtres humains rêvaient de voler. À la fin du 19e siècle, deux hommes ont eu l’idée de doter leur planeur d’un moteur à essence. Ce moteur faisait tourner deux hélices. Cette idée révolutionnaire a été un succès. Le 17 décembre 1903, l’Américain Orville Wright a effectué le premier véritable vol de l’histoire. Orville et son frère Wilbur sont considérés comme les pères de l’aviation (voir la figure 16).

ACTIVITÉ

6

EXPÉRIMENTATION

As-tu le bon outil ? J‘observe Chaque outil a une fonction précise. Les différentes espèces vivant dans le marais possèdent aussi des outils. Elles s’en servent pour se protéger, chasser ou s’alimenter.

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

Je me questionne « Comment les espèces vivant dans le marais utilisent-elles les outils dont elles disposent pour s’alimenter ? »

Je précise mes variables 1. Dans cette expérience, tu devras transférer différents aliments d’un récipient à un autre à l’aide des outils qui te seront remis par ton enseignante ou ton enseignant. 2. Tu devras calculer le temps requis par ton équipe pour faire ce transfert. 3. Tu devras indiquer quel outil est le plus efficace pour déplacer chaque aliment.

➜ EXPLORATION 2

Le marais : un monde à découvrir

81

J‘expérimente Protocole proposé I N F O - C A R R I È R E

Agente ou agent de protection des terres humides Les agentes et les agents de protection des terres humides veillent sur les marais en accomplissant des tâches variées. Ils doivent surveiller le niveau de l’eau dans le marais afin de prévenir les inondations. Ils effectuent aussi le recensement des plantes et des animaux et ils veillent à leur survie. De plus, ils collaborent avec les scientifiques dans leurs recherches.

Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Consulte les règles énoncées à la figure 17. 2. Chaque équipe utilisera, à tour de rôle, un poste de travail. 3. Chaque membre de l’équipe fera trois essais par aliment (trois aliments par élève). 4. Chaque essai devra être chronométré (en secondes) par un membre de l’équipe. 5. Calcule le temps moyen mis par chaque membre de ton équipe pour transférer chacun des aliments d’un récipient à l’autre. 6. Fais la moyenne du temps mis pour transférer chaque aliment avec chaque outil avec les données de la classe entière. 1. Tu ne peux utiliser que les outils fournis par ton enseignante ou ton enseignant. 2. Tu dois tenir ton outil avec les mains seulement.

Figure 17 Les règles pour déplacer les aliments

J‘analyse mes résultats et je les présente

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Qu’est-ce que cette activité t’enseigne sur l’utilisation des outils par les habitants du marais? Comment l’espèce que tu as choisie pour ton récit d’aventures se nourrit-elle?

82

MODULE 2

L’eau, source de vie

1. Présente tes résultats sous forme de tableau. 2. Réponds aux questions suivantes : a) Quel outil est le plus efficace pour chaque type d’aliment ? b) Pour quel type d’aliment la passoire est-elle le plus pratique ? c) Si ton seul outil était un casse-noisette, comment ferais-tu pour t’alimenter ? d) Quel outil trouves-tu le plus utile pour déplacer les aliments ? 3. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

ACTIVITÉ

7

INTERPRÉTATION

Les animaux sont adaptés à leur milieu Peu importe où ils habitent, les animaux sont adaptés à leur milieu. Ces adaptations ont contribué à la survie et à la reproduction des espèces. Certaines adaptations concernent l’aspect physique de l’animal : sa couleur, la forme de son bec, etc. D’autres sont liées aux modes de déplacement, à l’alimentation, à la reproduction ou au climat (voir la figure 18).

1 Examine la photo des dents d’un lion et celle des dents d’un cheval. Comment les dents de chacun de ces animaux sont-elles adaptées à leur régime alimentaire ? 2 Compare le bec de l’aigle à celui du pélican. À quel usage chaque bec convient-il le mieux ? 3 Compare le mode de déplacement du serpent à celui de l’alligator. a) Comment chacun se déplace-t-il ? b) Comment les modes de déplacement de ces animaux sont-ils adaptés au milieu dans lequel ils vivent ? 4 Compare les pattes du canard à celles du faucon.

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Les adaptations p. 229 à 235

L’ENCYCLO,

Figure 18 Des outils pour survivre

Les êtres humains apprennent à regarder de chaque côté avant de traverser une rue. Ce comportement leur permet de survivre en ville. Il représente une adaptation sociale.

VE RS LE FIL D’ARRIVÉ E

it d’aventures. mencer à préparer ton réc com de tes ps tem t an en int Il est ma . Tu peux utiliser différen l’espèce que tu as choisie sur e rch he rec e . un etc ue 1. Effect ques, Internet, référence, revues scientifi espèce ressources : ouvrages de nts qui permettent à ton me rte es et les compo qu ysi ph s de se ion et tat er ap lac ad dép les er, de se 2. Note se réchauffer, de se protég de , ter bri s’a de ir, urr no de se reproduire. les aspects suivants : 3. Ton récit devra décrire cette espèce ; a) la niche écologique de ; t sa survie dans le marais cen s; b) les dangers qui mena et les végétaux du marai x au im an sur les autres on riti pa dis sa de s. rai ets ma eff c) les général du on sur le fonctionnement d) les effets de sa dispariti

EXPLORATION 2

Le marais : un monde à découvrir

83

ACTIVITÉ

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Les adaptations p. 232 à 235

L’ENCYCLO,

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Réfléchis à la façon dont l’espèce que tu as choisie utilise les plantes.

8

RECHERCHE

Les plantes aussi sont adaptées à leur milieu 1 Observe la figure 19. 2 Note les caractéristiques qui permettent à ces plantes de s’adapter à leur milieu. 3 Quels sont les avantages de ces caractéristiques ? Ces plantes pourraient-elles survivre dans d’autres milieux ? 4 Effectue une recherche pour trouver des exemples équivalents pour les milieux humides. 5 Lis le texte « Les plantes des marais », ci-dessous, pour guider ta recherche.

Les épines et les tiges du cactus sont adaptées à un climat aride.

Les racines de cette orchidée sont adaptées à un milieu tropical.

Figure 19 Quelques adaptations d’espèces végétales

Les plantes des marais Le marais est un écosystème dont la profondeur ne dépasse pas deux mètres. Les plantes submergées poussent dans les zones les plus profondes. La plus commune est le myriophylle. Ses feuilles très minces servent d’habitat et de nourriture à de nombreuses espèces aquatiques (voir la figure 20). La lentille d’eau est une plante flottante très répandue. Elle a de minuscules feuilles sous lesquelles poussent de minces racines. Elle se déplace au gré du vent et des vagues. Elle constitue un abri pour de nombreux insectes. Elle sert aussi de nourriture aux canards (voir la figure 21).

•

Figure 20 Une plante submergée :

le myriophylle

Figure 21 Une plante flottante :

la lentille d’eau

84

MODULE 2

L’eau, source de vie

•

Figure 22 Une plante émergente : la quenouille

• La quenouille est une plante

émergente des marais. Elle s’enracine dans la vase près de la rive, mais ses feuilles et ses tiges poussent hors de l’eau. Elle sert d’abri et de nourriture à de nombreuses espèces (voir la figure 22).

ACTIVITÉ

9

INTERPRÉTATION

Les marais : les reins de la Terre L’équilibre du marais repose sur l’interaction entre ses diverses composantes.

1 Lis le texte «Les nettoyeurs », ci-dessous, pour en savoir plus sur le rôle des marais dans la filtration de l’eau. 2 Conçois un modèle qui te permettra de comparer le marais à un filtre. 3 Réponds aux questions suivantes : a) Quels sont les éléments qui entrent dans l’eau ? b) Quels sont les extrants de ton modèle ? c) Quel est le mécanisme qui transforme l’eau polluée en eau propre ? d) Quelles sont les étapes de cette transformation ? e) Quel est le rôle des espèces animales et végétales dans ce mécanisme de purification ? 4 Décris le fonctionnement de ton modèle à l’aide d’un schéma simple.

Tracer des schémas BOÎTE À OUTILS, p. 449 et 450 Concevoir un modèle p. 453

BOÎTE À OUTILS,

Les intrants et les extrants p. 284

L’ENCYCLO,

Les systèmes p. 393 à 395

L’ENCYCLO,

La plage du parc Jean-Drapeau est située sur l’île Notre-Dame. Elle permet à la population de la région montréalaise de se baigner dans une eau claire et propre. L’eau provient du fleuve Saint-Laurent. Elle séjourne d’abord dans un bassin de décantation, au fond duquel les plus grosses particules se déposent. Puis, elle passe dans d’autres bassins, où elle est naturellement filtrée par des plantes aquatiques. Elle traverse ensuite des bacs de sable. Finalement, elle reçoit des rayons ultraviolets qui tuent les virus et les bactéries.

Les nettoyeurs On dit parfois que les marais sont « les reins de la Terre », car ils fonctionnent comme des filtres. Un marais peut

filtrer l’eau parce que celle-ci y circule très lentement (voir le tableau 4).

Tableau 4 Une comparaison entre le marais et les reins

Système

Rôle

Mécanisme de filtration

Marais

Filtrer les polluants pour rendre l’eau propre

Les plantes et les microorganismes (bactéries, champignons, algues, plancton, etc.) captent les polluants. Certains de ces polluants se déposent dans les sédiments au fond du marais.

Reins

Filtrer les déchets et l’excès d’eau pour purifier le sang

Les reins retirent les déchets et l’excès d’eau du sang et les éliminent du corps sous forme d’urine.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve tes réponses et ton schéma. Ils te seront utiles pour comprendre l’importance du marais pour l’environnement lors de l’activité synthèse.

EXPLORATION 2

Le marais : un monde à découvrir

85

Activité synthèse de l’exploration

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

2

RECHERCHE ET COMMUNICATION

Raconte-moi ton histoire Tu as exploré le monde du marais. Imagine-toi maintenant dans la peau d’un habitant du marais. À quoi ressemblerait ta journée ? Inspire-toi de ce que tu as appris dans cette exploration et des documents sur lesquels tu as travaillé pour présenter ton récit d’aventures.

1 Choisis la façon dont tu vas communiquer ton récit d’aventures.

ENRICHISSEMENT

Utilise ton imagination pour faire découvrir à ta classe la réalité quotidienne de ton espèce. Voici quelques suggestions : a)Tu peux monter une courte pièce avec dialogues et costumes. b)Tu peux présenter un conte, une légende, un poème ou une chanson. c)Tu peux commenter une série de schémas, de photos ou de dessins. Ouf ! d)Tu peux simuler une entrevue avec Ma journée dans le l’espèce que tu as choisie. marais fut remplie d’aventures ! 2 Fais valider ton choix par ton enseignante ou ton enseignant.

Fais une recherche documentaire pour connaître ce qui pourrait causer la disparition d’un marais. Si le marais disparaissait, qu’arriverait-il à l’espèce de ton récit ?

Points à surveiller

Prépare des diapositives animées à l’ordinateur pour illustrer ton récit d’aventures. Utilise au besoin une banque de cliparts, de clips vidéo ou de clips audio.

86

les autres l’espèce que j’ai choisie et 1. J’indique les liens entre espèces du marais. parition les conséquences de la dis nt aie ser es ell qu ue liq 2. J’exp s. ie sur l’ensemble du marai de l’espèce que j’ai chois pris au cours le vocabulaire que j’ai ap nt me cte rre co se tili J’u 3. de cette exploration. ation n pour faire une présent 4. J’utilise mon imaginatio originale et intéressante.

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 3 • Cahier des charges • Eau (répartition)

3 Pénurie dans l’abondance

• Hydrosphère • Matériau • Matériel • Propriétés caractéristiques • Schéma de construction • Schéma de principe • Séparation des mélanges

L’hydrosphère L’ENCYCLO, p. 302 et 303

Et si demain tu n’avais plus d’eau ? Sur notre planète, la vie dépend de la présence de l’eau et de sa qualité. L’eau couvre les trois quarts de la surface du globe. Mais l’eau douce est très mal répartie dans le monde. Connais-tu le pourcentage d’eau douce disponible sur la planète ? Moins de 1% ! Tu as beaucoup de chance, car le Québec abrite une importante réserve d’eau douce. 1. Est-ce le cas partout dans le monde ? 2. Que peut-on faire pour venir en aide à une population aux prises avec des pénuries d’eau potable ?

Les océans et les mers (eau salée) [97,2 %] Les glaciers (2,15 %) L’eau souterraine (0,63 %) Les rivières, les lacs, les étangs, etc. (eau douce disponible) [0,02 %]

87

tion, tu en ration 3 : au cours de cette explora Voici le fil conducteur de l’explo ce et la qualité de l’eau douce. apprendras davantage sur la présen L’origine de l’eau u que tu bois : lleras des renseignements sur l’ea • Dans les activités 1 et 2, tu recuei r ents qu’elle doit subir pour deveni tem trai les et n utio trib dis sa , tion sa réparti potable. 89 et 90, ù vient cette eau ? », aux pages – Au cours de l’activité 1, « D’o tu bois. tu découvriras d’où vient l’eau que la page 91, monde liquide souterrain », à – Au cours de l’activité 2, « Un e est une ressource précieuse. tu apprendras que l’eau souterrain L’eau qui tombe du ciel recueillir et iras un outil technologique pour stru con tu 5, à 3 és ivit act les s • Dan filtrer l’eau de pluie. e 92, ueillir l’eau de pluie », à la pag – Au cours de l’activité 3, « Rec ciel. du ueillir l’eau qui nous vient tu concevras un dispositif pour rec e », s pour garantir une eau potabl me nor s De « 4, ité tiv l’ac de rs – Au cou lités que doit avoir l’eau potable. à la page 93, tu découvriras les qua 94, tu eau de pluie claire », à la page – Au cours de l’activité 5, « Une l’eau plus limpide. fabriqueras un filtre pour rendre subvention rs de l’activité synthèse « Une À la fin de cette exploration, au cou al d’aide ras convaincre le Fonds internation à décrocher », à la page 95, tu dev en voie de ctroyer une subvention à un pays au développement (nom fictif) d’o er ses réserves d’eau douce. développement pour mieux exploit

88

ACTIVITÉ

1

RECHERCHE ET COMMUNICATION

D’où vient cette eau ? Il te suffit d’ouvrir le robinet pour obtenir de l’eau potable. Mais sais-tu comment fonctionne le système de distribution d’eau de ta ville ?

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Communiquer efficacement p. 441 et 442

BOÎTE À OUTILS,

L’eau douce et l’eau potable p. 304 et 305

L’ENCYCLO,

Eau potable Une eau qui ne présente pas de risques pour la santé des gens. Sa qualité est garantie par des normes.

ENRICHISSEMENT

Une grande partie de l’eau traitée est utilisée pour arroser les pelouses, les jardins et les potagers. Il n’est pourtant pas nécessaire d’employer de l’eau potable, qui coûte cher à traiter, pour cet arrosage. Dresse une liste de solutions pour éviter un tel gaspillage. L’usine de traitement d’eau potable Pont-Viau à Laval.

1 Renseigne-toi sur ce sujet. a) Tu peux consulter le site Web de ta ville. Cherche la rubrique portant sur la distribution et le traitement de l’eau. b) Tu peux consulter un livre de référence. c) Tu peux faire une enquête téléphonique auprès d’une personne travaillant à l’hôtel de ville ou à l’usine de traitement de l’eau de ta municipalité. 2 Conçois une affiche. À l’aide de textes et d’illustrations, ton affiche doit expliquer : a) d’où provient l’eau ; b) les traitements que la ville fait subir à l’eau ; c) le trajet suivi par l’eau pour se rendre jusqu’à ton domicile ; d) ce que doit faire la ville pour respecter les normes du gouvernement du Québec. 3 Lis les textes « Les besoins en eau du corps humain » et « De l’eau douce à l’eau potable », à la page suivante, pour en savoir plus.

Tu viens de voir comment ta ville traite et distribue l’eau. S’il n’existait pas de système de distribution de l’eau, comment te procurerais-tu ce précieux liquide ? La prochaine activité te permettra de découvrir une autre façon d’obtenir de l’eau : les sources d’eau souterraines.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve ton affiche. Elle te sera utile pour faire valoir tes arguments au moment de ta présentation, lors de l’activité synthèse de cette exploration.

EXPLORATION 3

Pénurie dans l’abondance

89

Les besoins en eau du corps humain L’eau est le principal constituant des organismes vivants. Elle représente environ 70 % de la masse de ton corps. Chaque jour, tu dois boire environ deux litres d’eau, soit près de huit verres, pour remplacer l’eau que tu élimines.

Un adulte peut survivre de 40 à 50 jours sans manger. Mais s’il ne boit pas de liquide, il peut mourir au bout de quatre jours seulement !

Cette femme devra boire beaucoup pour remplacer l’eau qu’elle élimine pendant la course.

De l’eau douce à l’eau potable Pour être potable, l’eau doit répondre aux normes bactériologiques et physicochimiques du gouvernement du Québec. Ces normes te protègent contre les maladies et t’assurent que tu bois une eau de qualité.

Les bactéries ne sont pas toutes nuisibles. Par exemple, celles qui transforment le lait en yogourt ou en fromage sont utiles et même très bonnes pour la santé.

90

MODULE 2

L’eau, source de vie

Selon les normes bactériologiques, une eau potable ne doit pas contenir de microorganismes pathogènes (par exemple, la bactérie Escherichia coli). En effet, ces microorganismes peuvent causer des maladies. Pour assurer le contrôle bactériologique de l’eau, les villes analysent régulièrement des échantillons d’eau. Selon les normes physicochimiques, l’eau potable ne devrait contenir qu’une quantité limitée de substances chimiques. Pour vérifier la qualité physicochimique de l’eau, les villes examinent le réseau de distribution et mesurent les quantités de substances chimiques toxiques présentes dans l’eau.

ACTIVITÉ

2

EXPÉRIMENTATION

Un monde liquide souterrain

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

J‘observe Dans les médias, on mentionne souvent la pollution des eaux souterraines. On appelle « nappe phréatique » une étendue d’eau souterraine, formée par l’infiltration des eaux de pluie, qui peut alimenter des puits et des sources.

Je me questionne 1. « Comment l’eau souterraine peut-elle être contaminée ? » 2. « Comment puis-je simuler la propagation d’un polluant dans la nappe phréatique ? »

Je précise mes variables

M AT É R I E L ✔ Un bécher de 250 mL un contenant ✔ Une plaque à biscuits, inium en pyrex, une assiette d’alum e ou une assiette de polystyrèn ou ✔ Un flacon laveur un vaporisateur ✔ Un compte-gouttes M AT É R I A U X ✔ Du sable rouge ✔ Du colorant alimentaire distillée) ✔ De l’eau (du robinet ou

Tu dois vérifier si l’eau qui entre dans ton modèle est différente de l’eau qui en sort.

J‘expérimente Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. 1. Verse 125 mL d’eau dans le flacon laveur. 2. Couvre la plaque à biscuits de sable humide (environ 1 cm d’épaisseur). 3. À l’aide du compte-gouttes, dépose 5 gouttes de colorant à différents endroits sur le sable. 4. Place la plaque à biscuits sur le bord du bécher de 250 mL, en l’inclinant légèrement. 5. Avec le flacon laveur, crée une petite pluie fine au-dessus de la plaque.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Réponds aux questions suivantes. Dans cette expérience : a) que représente le sable ? b) que représente le colorant ? c) quel est le rôle de l’eau ? 2. Si tu remplaçais le sable par de l’argile, de la terre ou des roches, obtiendrais-tu le même résultat ? Pourquoi ? 3. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

’A RR IV ÉE

VE RS LE FI L D

xploration 1, Au cours de l’e s propriétés tu as vu plusieur de l’eau. caractéristiques propriétés Laquelle de ces tion ? favorise la pollu EXPLORATION 3

Pénurie dans l’abondance

91

ACTIVITÉ

3

TECHNOLOGIE

Recueillir l’eau de pluie La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Les schémas technologiques L’ENCYCLO, p. 386 à 388 Le matériel et le matériau p. 391

L’ENCYCLO,

Dans de nombreux pays en développement, il n’existe pas de système d’aqueduc. Les gens travaillent très fort pour s’approvisionner en eau. Parfois, ils profitent de l’eau qui tombe du ciel et qui ruisselle sur le toit de leur habitation. 1 Conçois un dispositif technologique pour recueillir l’eau de pluie en tenant compte des exigences du cahier des charges ci-dessous. 2 Dresse la liste du matériel et des matériaux dont tu auras besoin. 3 Dessine le schéma de construction de ton dispositif. 4 Prépare un schéma de principe décrivant le fonctionnement de ton prototype. 5 Indique les étapes que tu prévois suivre pour construire ton prototype. 6 Fabrique ton dispositif. 7 Mets-le à l’essai : va recueillir de l’eau de pluie.

Cahier des charges l‘objet Nature et fonction de ble capa Concevoir un dispositif pluie. de recueillir de l’eau de

Fabrication

bjet doit être Sur le plan physique, l’o riaux : fabriqué avec des maté – qui ne rouillent pas ; – étanches ; s normales – adaptés aux condition r. d’utilisation à l’extérieu bje l’o t doit : Sur le plan technique, environ 3 L ; – avoir une capacité d’ ur indiquer – être gradué en mL po lie. la quantité d’eau recueil

Utilisation

bjet doit être : Sur le plan humain, l’o – compact ; – sans danger ; – facile à transporter ; – facile à utiliser. ental, l’objet : Sur le plan environnem ne substance toxique ; – ne doit contenir aucu – doit être recyclable.

92

MODULE 2

L’eau, source de vie

VE RS LE FIL D’A RR IVÉE teras devant Le prototype que tu présen au dévelopide d’a le Fonds international dule, devra mo du pement, lors du projet ier des cah ce de respecter les critères gique. olo hn tec charges et la démarche

ACTIVITÉ

4

RECHERCHE

Des normes pour garantir une eau potable 1 Dresse la liste des qualités que doit avoir l’eau pour être potable. Consulte ta bibliothèque ou Internet pour t’aider. 2 Compare ta liste à celle des autres élèves de ta classe. 3 Complète ta liste si c’est nécessaire. 4 Réponds aux questions suivantes : a) Que peut-il arriver aux personnes qui consomment l’eau si les normes ne sont pas respectées ? b) Quelles sont les principales sources de pollution de l’eau ? c) Comment peut-on protéger les eaux souterraines contre les polluants ?

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 L’eau douce et l’eau potable p. 304 et 305

L’ENCYCLO,

Le Soleil 26 mai 2000 I N F O - C A R R I È R E

La Tribune 27 mai 2000

Technicienne ou technicien en assainissement de l’eau Les personnes qui exercent ce métier travaillent dans les stations de filtration ou d’épuration des eaux usées. On peut aussi les retrouver dans des bureaux d’ingénieures ou d’ingénieurs-conseils et même dans des sociétés qui effectuent des interventions d’urgence. Si tu choisis cette carrière, tu devras suivre une formation technique de trois ans dans un cégep.

La Voix de l’Est 27 mai 2000

EXPLORATION 3

Pénurie dans l’abondance

93

ACTIVITÉ

5

TECHNOLOGIE

Une eau de pluie claire La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 et 438

Dans l’activité 3, tu as conçu un dispositif pour recueillir l’eau de pluie. Dans la présente activité, tu fabriqueras un filtre pour rendre ton échantillon d’eau de pluie plus clair.

La séparation des mélanges p. 202

1 Conçois ton filtre en tenant compte des exigences du cahier des charges

L’ENCYCLO,

La filtration L’ENCYCLO, p. 203 et 204 Les schémas technologiques L’ENCYCLO, p. 386 à 388 Le matériel et le matériau p. 391

L’ENCYCLO,

Un litre de pétrole peut contaminer jusqu’à deux millions de litres d’eau de mer.

ci-dessous. 2 Dresse la liste du matériel et des matériaux dont tu auras besoin. 3 Dessine le schéma de construction de ton filtre. 4 Prépare un schéma de principe. 5 Fabrique ton filtre. 6 Mets-le à l’essai : filtre l’échantillon d’eau de pluie que tu as recueilli. 7 Réponds aux questions suivantes : a) L’eau filtrée te semble-t-elle limpide, c’est-à-dire parfaitement transparente ? Même si c’est le cas, peut-elle encore contenir des bactéries ou d’autres substances indésirables ? b) Si tu veux pouvoir boire cette eau, que dois-tu faire ? c) Parmi tes besoins quotidiens, lesquels ne nécessitent pas de l’eau traitée ? Utilise la liste que tu as réalisée pour l’activité 1 de l’exploration 1, « Portrait de famille », à la page 56.

Cahier des charges Nature et fonction de l‘objet Construire un filtre pour clarifier un échantillon d’eau de pluie.

Fabrication Sur le plan physique, l’objet doit résister à l’eau. Sur le plan technique, l’objet doit laisser passer l’eau tout en retenant un maximum de résidus.

Utilisation VERS LE FIL D’ARRIVÉE Retiens la démarche que tu as suivie pour réaliser ton filtre, de même que ton analyse. Conserve aussi ton prototype. Ils te seront utiles pour réaliser l’activité synthèse de cette exploration.

94

MODULE 2

L’eau, source de vie

Sur le plan humain, l’objet doit être : – compact ; – sans danger ; – facile à utiliser. Sur le plan environnemental, l’objet : – ne doit contenir aucune substance toxique ; – doit être recyclable ; – doit être réutilisable.

Activité synthèse de l’exploration

3

RECHERCHE ET COMMUNICATION

Une subvention à décrocher Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Communiquer efficacement p. 441 et 442

BOÎTE À OUTILS,

L’hydrosphère p. 302 à 305

L’ENCYCLO,

Toi et ton équipe devez présenter un projet pour décrocher la subvention de 10 millions de dollars octroyée par le Fonds international d’aide au développement (nom fictif). Chaque année, ce Fonds encourage la mise au point de nouvelles méthodes pour exploiter l’eau disponible dans un pays en développement. Il espère ainsi améliorer la santé de la population de ce pays.

1 Fais une recherche documentaire pour connaître : a) les ressources en eau d’un pays en développement de ton choix ; b) les méthodes artisanales ou industrielles pour traiter et distribuer l’eau potable dans ce pays ; c) les normes, les lois et les règlements concernant l’eau potable dans ce pays. 2 Tu devras également présenter : a) la situation géographique, démographique et économique de ce pays ; b) le dispositif technologique que tu as inventé pour recueillir l’eau de pluie et ton système de filtration ; c) tes arguments pour convaincre le Fonds international d’aide au développement d’octroyer la subvention au pays que tu as choisi.

Points à surveiller

Télécharge les documents pertinents que tu trouveras dans Internet. Numérise des documents imprimés pour illustrer ta présentation. Assure-toi de bien citer tes sources électroniques.

liés à la répartition de 1. J’explique clairement les problèmes l’eau dans le pays que j’ai choisi. que, démographique et 2. Je présente la situation géographi économique du pays que j’ai choisi. n prototype pour recueillir 3. J’explique le fonctionnement de mo de filtration, et de l’eau de pluie ainsi que mon système je démontre leur efficacité. que j’ai appris au cours 4. J’utilise correctement le vocabulaire de cette exploration.

95

MES

DÉCOUVERTES Exploration 1 • L’eau est essentielle dans l’alimentati on, tout comme pour l’hygiène et les loisirs (p. 56). • Dans certains pays, on gaspille l’ea u. Dans d’autres, il n’y a pas assez d’ea u pour répondre aux besoins de tout le monde (p. 57) . • L’eau possède des propriétés. Avec mes cinq sens, je peux observer et déc rire ces propriétés. Ce sont, par exemple, la couleur, l’od eur, la texture et le goût (p. 58). • L’eau possède des propriétés caractér istiques, comme son point de fusion (0° C) et son point d’ébullition (100 °C). Ces propriétés per mettent de distinguer l’eau des autres substances (p. 59). • L’eau conduit le courant électrique lorsqu’elle contient des sels minérau x (p. 62). • L’eau peut dissoudre beaucoup de substances : on l’appelle parfois « le solv ant universel » (p. 63). • La glace est plus légère que l’eau liquide pour un même volume (p. 65) . • La molécule d’eau est composée de deux atomes d’hydrogène et d’un ato me d’oxygène (p. 67). • L’eau pure a un pH de 7 : elle est don c neutre (p. 69).

Exploration 2

(p. 78). maintien de l’équilibre d’un écosystème le s dan rôle un e jou èce esp que Cha • r créer tions des animaux et des végétaux pou pta ada des t ven sou e spir s’in ain hum • L’être ses propres outils (p. 79). animales d’interagir portements permettent aux espèces com les et es siqu phy s tion pta ada Les • (p. 83). ptations sont vitales pour leur survie entre elles et avec leur milieu. Ces ada profondeurs et émergentes poussent à différentes • Des plantes submergées, flottantes d’un marais (p. 84). er. une richesse naturelle qu’il faut préserv • Les milieux humides représentent me les marais de végétaux en dépend. De plus, com La survie de beaucoup d’animaux et lité de l’environnement (p. 85). nettoient l’eau, ils contribuent à la qua

Exploration 3

96

• L’eau est une richesse inestimable. Ma vie dépend de la présence et de la qualité de l’eau (p. 89). • Pour être potable, l’eau doit répondre aux normes du gouvernement du Québec (p. 90). • La nappe phréatique peut être contaminée par des polluants (p. 91). • L’approvisionnement en eau douce et la transformation de l’eau douce en eau potable sont des opérations coûteuses qui concernent toute la communauté (p. 93).

CO N C E PTS C L É S DU MODULE 2

Projet du module

2

COMMUNICATION

• Acidité et basicité • Adaptations physiques et comportementales • Atome

L’eau, un jeu d’enfant !

• Cahier des charges • Changement chimique • Changement physique • Eau (répartition) • Élément • États de la matière

La société Jouteck désire mettre en marché un jeu-questionnaire afin de sensibiliser la population à l’importance de l’eau. Elle cherche des personnes dynamiques, capables de concevoir de nouveaux jeux. Ta classe décide de répondre à son appel.

• Habitat • Hydrosphère • Intrants et extrants • Masse • Matériau • Matériel • Mélanges • Molécule • Niche écologique • Propriétés caractéristiques • Propriétés non caractéristiques • Schéma de construction • Schéma de principe • Séparation des mélanges • Solution • Tableau périodique • Température • Volume

Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

1 En équipe, conçois un jeu original et amusant.Ton jeu-questionnaire doit : a) sensibiliser les gens à l’importance de l’eau dans leur vie et dans celles des autres êtres vivants ; b) intégrer des faits, des statistiques et des connaissances que tu as vus tout au long de ce module. 2 Chaque équipe doit créer différentes catégories de questions. Elle doit préparer plusieurs questions par catégorie. 3 Chaque question doit être courte et facile à comprendre. 4 Utilise un moyen original pour présenter ton jeu-questionnaire. 5 Prépare les réponses à tes questions. 6 Vérifie si ton jeu-questionnaire est amusant : fais-en l’essai en classe.

Tu sais maintenant que l’eau est une richesse inestimable qu’il ne faut pas gaspiller.

Points à surveiller

le lien entre les propriétés 1. Je formule des questions qui font de l’eau et la vie quotidienne. précises. 2. Je rédige des questions courtes et que j’ai appris au cours 3. J’utilise correctement le vocabulaire de ce module. ail de mon équipe. 4. Je contribue efficacement au trav

EXPLORATION 3

Pénurie dans l’abondance

97

MODULE

3 Avertissement de changements intenses

Figure 1 Depuis la fin de la dernière époque

glaciaire (il y a 10 000 ans), le Québec a connu des changements climatiques importants. Entre les années 1980 et aujourd’hui, les services météorologiques du Québec ont enregistré les 10 années les plus chaudes du siècle. La carte montre les variations de température prévues entre aujourd’hui et l’an 2050.

a) La répartition des régions écoclimatiques Figure 2 Les forêts aussi

s’adaptent aux modifications climatiques. Par exemple, il y a 10 000 ans, la vallée du SaintLaurent était couverte par une toundra arctique, tandis qu’aujourd’hui, on y trouve une forêt tempérée. La carte montre à quoi pourrait ressembler la végétation du Québec si l’air contenait deux fois plus de gaz carbonique que maintenant.

98

b) Une simulation des régions écoclimatiques si l’air contenait deux fois plus de gaz carbonique que maintenant

1. Observe les figures 1 et 2. Elles te permettront de te familiariser avec quelques prévisions concernant les changements climatiques. Ceux-ci font partie des changements environnementaux attendus au cours des 50 prochaines années. 2. Quels sont les avantages et les inconvénients des changements climatiques qui pourraient survenir au Québec ? Fais-en la liste. 3. Selon toi, quels comportements humains peuvent entraîner des changements climatiques ? des changements environnementaux ? 4. À l’inverse, comment les changements environnementaux affecteront-ils les comportements humains ?

Un enchaînement complexe Comme tu viens de le constater, les changements climatiques n’apportent pas que des inconvénients. Cependant, tu dois savoir que la communauté scientifique n’est pas unanime sur le détail des prévisions. L’étude des écosystèmes est complexe. Une chose est sûre : l’histoire de la Terre est marquée par des changements de toutes sortes. Malgré ces bouleversements, les êtres vivants ont fait preuve jusqu’ici d’une formidable capacité d’adaptation.

Mesdames et messieurs, doit-on, oui ou non, se préoccuper des changements climatiques ?

Au cours de ce module, tu étudieras la capacité des végétaux, des animaux et des humains à s’adapter aux changements qui peuvent survenir dans leur milieu. • Dans l’exploration 1, « La permanence du changement », tu découvriras : – comment les espèces vivantes sont adaptées à leur environnement ; – l’effet de certains changements environnementaux sur la croissance des plantes ; – la présence de cellules dans les êtres vivants ; – les modes de reproduction des végétaux. • Dans l’exploration 2, « J’adopte un ami mystérieux », tu découvriras : – la diversité des espèces animales ; – comment on peut mieux connaître les besoins des animaux ; – quels gestes peuvent favoriser la survie des animaux ou nuire à celle-ci ; – la classification des êtres vivants et son lien avec l’évolution ; – les modes de reproduction des animaux. • Dans l’exploration 3, « Le mal de l’air », tu étudieras : – ton habitat ; – la qualité de l’air qui t’entoure ; – les effets d’une mauvaise qualité de l’air ; – des solutions pour améliorer la qualité de l’air ; – le rôle de l’air dans le corps humain. À la fin de ce module, au cours du projet « Ça va chauffer ! », tu participeras à la simulation d’un procès mettant en cause les changements climatiques.

99

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 1 • Acidité et basicité • Adaptations physiques et comportementales • Air (composition) • Atmosphère • Cahier des charges • Cellules végétales et animales • Constituants cellulaires visibles au microscope • Couches de l’atmosphère • Cycle de l’eau • Espèce • Évolution • Fécondation • Gamètes • Gamme de fabrication • Habitat • Ingénierie

1 La permanence du changement À quelque chose, malheur est bon Selon les théories actuelles, tous les animaux peuplant aujourd’hui la Terre auraient un ancêtre commun. Cet ancêtre aurait vécu il y a environ 600 millions d’années. La disparition des espèces est un phénomène naturel. Actuellement, le nombre d’espèces qu’on trouve sur la Terre représente au plus 1 % des différentes espèces qui y ont déjà vécu. En effet, la Terre a connu cinq extinctions massives depuis 500 millions d’années. Entre ces événements, d’autres extinctions se sont déroulées à un rythme plus lent. Après chacune des extinctions massives, il y a eu une explosion de nouvelles formes de vie. Les espèces qui vivent sur Terre aujourd’hui n’auraient probablement pas pu exister si d’autres espèces ne s’étaient pas éteintes avant elles.

• Matériel • Matériau • Modes de reproduction chez les végétaux • Organes reproducteurs • Photosynthèse et respiration • Reproduction asexuée et sexuée • Schéma de construction • Taxonomie • Température • Types de sols

Les espèces L’ENCYCLO, p. 220 Le règne végétal p. 223

L’ENCYCLO,

L’habitat L’ENCYCLO, p. 228 Extinction La disparition de tous les membres d’une espèce.

100

Le roseau (Phalaris arundinacea) se répand de plus en plus au Québec.

La quenouille (Typha latifolia) est de moins en moins présente au Québec.

En équipe, réponds aux questions suivantes : 1 Comment l’environnement où tu vis a-t-il changé par rapport à ce qu’il était quand tes parents avaient ton âge ? 2 Quelles sont les espèces animales et végétales qui sont moins nombreuses qu’avant ? 3 Quelles sont les espèces qui sont plus nombreuses qu’avant ? 4 Quels sont les effets de tes gestes sur l’habitat des espèces qui vivent dans ton environnement ?

tion, tu vas aborder les ration 1 : au cours de cette explora ments. Voici le fil conducteur de l’explo et végétales de survivre aux change les ma ani s èce esp aux t tten me adaptations qui per s à expliquer rwin », à la page 102, tu cherchera Da de s son pin Les « 1, ité tiv • Dans l’ac vent apparaître. mun, des espèces différentes peu com être anc n d’u tir par à nt, me com nementaux Simuler les changements environ nts uleras l’effet de certains changeme • Dans les activités 2, 3 et 4, tu sim re. s végétales cultivées dans une ser environnementaux sur deux espèce ent ? », aux change dans mon environnem qui e t-c ’es Qu « 2, ité tiv l’ac – Au cours de pourraient ngements environnementaux qui cha les as ver relè tu , 104 et 103 pages végétaux. toucher la croissance de tes deux page 105, serre pour expérimenter », à la – Au cours de l’activité 3, « Une tu construiras une serre. 106 et 107, ine ou profusion ? », aux pages – Au cours de l’activité 4, « Fam ental sur l’effet d’un changement environnem r ifie vér r pou nce érie exp une tu réaliseras la croissance de tes deux plantes. de survivre ? Qu’est-ce qui permet à une espèce nces acquises en te familiariseras avec les connaissa • Dans les activités 5, 6, 7 et 8, tu olution. ci nous aident à comprendre l’év lesCel les. sièc des rs cou au e agricultur u ? », à la ent cette espèce a-t-elle survéc – Au cours de l’activité 5, « Comm t tu décriras les adaptations. page 108, tu recevras un plant don pousse ? », à la se passe-t-il quand ma plante e Qu « 6, ité tiv l’ac de rs cou Au r. – ce qui permet à ta plante de grandi e cop ros mic n d’u de l’ai à s rira page 109, tu découv ation », roduction sexuée sans fécond rep de Pas « 7, ité tiv l’ac de rs – Au cou ion sexuée. s ce qui rend possible la reproduct aux pages 110 et 111, tu apprendra e 112, : un facteur de survie », à la pag ion uct rod rep La « 8, ité tiv l’ac – Au cours de de reproduction des végétaux. tu exploreras les différents modes mangerons-nous rs de l’activité synthèse « Que cou au , tion lora exp te cet de fin À la expérience sur la t’appuieras sur les résultats de ton dans le futur ? », à la page 113, tu végétaux aux pour discuter des adaptations des culture de deux plantes en serre . changements environnementaux

101

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Les pinsons de Darwin L’évolution et la selection naturelle L’ENCYCLO, p. 239

En 1835, Charles Darwin a séjourné aux îles Galapagos. Ces îles sont situées dans l’océan Pacifique, à environ 1 000 km à l’ouest de l’Équateur. Darwin y a découvert 14 espèces de pinsons dont les seules différences importantes sont la taille et la forme du bec. Il en a conclu que ces pinsons avaient tous un ancêtre commun, mais que l’isolement sur différentes îles et l’adoption de régimes alimentaires différents les avaient amenés à se différencier au point de former 14 espèces distinctes. Ce processus a pris plusieurs millions d’années. Cette idée est le point de départ de la théorie de la sélection naturelle de Darwin afin d’expliquer l’évolution des espèces.

Figure 3 Le pinson à gros bec (Geospiza

Figure 4 Le pinson à bec moyen

Figure 5 Le pinson minuscule

magnirostris) mange de gros fruits dont les graines sont dures.

(Geospiza fortis) mange des graines.

(Camarhynchus parvulus) mange surtout des insectes.

1 Observe bien les figures 3 à 5. Elles montrent les photos de trois espèces de pinsons des îles Galapagos et des croquis faits par Darwin. 2 Lis le texte « Les aurochs », ci-dessous. 3 Crois-tu que des vaches pourraient survivre dans un environnement sauvage ? Justifie ta réponse. 4 Quels facteurs, autres que l’isolement et le régime alimentaire, peuvent expliquer, selon toi, qu’un même ancêtre donne plusieurs espèces distinctes ? 5 Comment pourrais-tu vérifier expérimentalement l’explication que tu as donnée à la question précédente ?

Les aurochs

Figure 6 Un bœuf des hautes terres

d’Écosse. Cette espèce de bœufs ressemble beaucoup aux aurochs, une espèce disparue.

102

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

Il y a 8 500 ans, les humains ont apprivoisé des troupeaux d’aurochs. L’espèce est aujourd’hui disparue. Cependant, les bœufs et les vaches descendent des aurochs (voir la figure 6). Aujourd’hui, les vaches donnent beaucoup plus de lait que leurs ancêtres n’en produisaient. En effet, en agriculture, on sélectionne

les vaches les plus productives des troupeaux pour la reproduction. Ainsi, chaque nouvelle génération de vaches produit, en moyenne, plus de lait que la génération précédente. Comme on utilise cette technique depuis des millénaires, les résultats sont spectaculaires.

ACTIVITÉ

2

RECHERCHE

Qu’est-ce qui change dans mon environnement ?

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440

Quelle expérience pourrais-tu réaliser pour vérifier l’effet de la variation d’un facteur environnemental sur un organisme vivant ? Pourrais-tu utiliser des animaux pour étudier comment ils réagissent à un changement environnemental ? Deux raisons nous poussent à rejeter ce genre d’expérience : 1. L’élevage des animaux demande beaucoup de temps. 2. Il serait cruel de soumettre des animaux à des conditions difficiles pour vérifier les effets d’un changement environnemental sur eux.

La température p. 185

L’ENCYCLO,

Les acides et les bases p. 187 à 192

L’ENCYCLO,

L’atmosphère p. 296 et 297

L’ENCYCLO,

Un trou dans la couche d’ozone L’ENCYCLO, p. 300 Les types de sols p. 311

L’ENCYCLO,

Nous pouvons toutefois procéder à ce type d’expérience avec des plantes. Au cours de cette activité, tu feras une recherche pour connaître les changements environnementaux qui peuvent affecter la culture de deux céréales très courantes au Québec : le blé et l’orge (voir les figures 7 et 10).

La formation du sol p. 311 et 312

L’ENCYCLO,

Les pluies acides p. 337

L’ENCYCLO,

Le blé

Figure 7 Le blé occupe

une place importante dans l’alimentation humaine.

Figure 8 Les sites de culture du blé au Québec

L’orge

Figure 10 L’orge est surtout utilisée pour l’alimentation animale. Elle sert indirectement à l’alimentation humaine puisqu’elle permet la production de viandes et de produits laitiers. Figure 9 Les sites de culture de l’orge au Québec

EXPLORATION 1

La permanence du changement

103

Les conditions des 100 dernières années Norme Une valeur qu’on donne à une variable qu’on a choisi de ne pas modifier.

Le riz sauvage est la seule céréale qui pousse à l’état naturel au Canada. Chaque année, cette graminée aquatique repousse d’elle-même à partir des graines dispersées par le vent. Le riz sauvage occupait une place importante dans l’alimentation et la culture amérindiennes. Pour le récolter, les Amérindiennes et les Amérindiens parcouraient en canot les lacs où il pousse. Ils sélectionnaient une gerbe et la tenaient au-dessus du canot. Ils frappaient ensuite les tiges avec un bâton pour faire tomber les graines dans leur embarcation.

1 Après en avoir discuté avec tes camarades, sélectionne sur les cartes des figures 8 et 9, à la page précédente, une région ou un site de culture qui sera utilisé par toute ta classe. 2 À la bibliothèque ou dans Internet, trouve comment les six facteurs suivants ont varié au cours des 100 dernières années dans la région ou le site que tu as sélectionné : a) le pH de l’eau de pluie ; b) la quantité et la fréquence des précipitations ; c) les types de sols ; d) l’effet des pluies acides sur le sol ; e) la composition de l’air ; f) la température. 3 Discute avec tes camarades de classe des découvertes que tu as faites.

Les conditions dans 50 ans L’ensemble de la classe doit maintenant former au moins sept équipes. La première équipe devra déterminer les conditions de culture qui serviront de normes aux autres équipes lorsque vous cultiverez vos deux plantes. Chacune des autres équipes étudiera l’effet d’un facteur précis. Il doit y avoir au moins une équipe pour chacun des six facteurs présentés ci-dessus, à la question 2.

1 Si tu fais partie de la première équipe, mène une recherche à la bibliothèque ou dans Internet pour déterminer les conditions de culture idéales de l’orge et du blé pour chacun des six facteurs. 2 Si tu fais partie d’une des autres équipes : a) Choisis un des six facteurs en accord avec les membres de ton équipe. b) Fais une recherche à la bibliothèque ou dans Internet pour déterminer quelle valeur ton équipe donnera au facteur choisi. Cette valeur doit correspondre aux conditions environnementales prévues dans 50 ans. 3 Discute avec ton équipe des questions suivantes : a) Comment construiriez-vous une serre qui vous permettrait de cultiver du blé et de l’orge selon les conditions que vous avez choisies ? b) Comment réaliseriez-vous la culture du blé et de l’orge dans cette serre ?

Les changements prévus sont-ils inévitables ? VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve les résultats de tes recherches. Ils t’aideront à construire et à rédiger le protocole de l’expérience que tu réaliseras au cours des activités 3 et 4 de cette exploration.

104

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

ACTIVITÉ

3

TECHNOLOGIE

Une serre pour expérimenter Au cours de la présente activité, tu construiras une serre. Celle-ci devra te permettre d’évaluer l’effet de la variable que tu as choisie dans l’activité 2 sur la culture du blé et de l’orge.

1 Prends connaissance des consignes du cahier des charges ci-dessous. 2 Dessine un croquis de ta serre. 3 Dessine le schéma de construction de ta serre. 4 Rédige la gamme de fabrication. 5 Fais valider ton schéma et ta gamme de fabrication par ton enseignante ou ton enseignant. 6 Rassemble le matériel et les matériaux nécessaires à la construction de ta serre. 7 Construis ta serre. 8 Modifie ton schéma de construction et ta gamme de fabrication, si cela est nécessaire.

La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Le schéma de construction p. 387 et 388

L’ENCYCLO,

La gamme de fabrication p. 389

L’ENCYCLO,

Le matériau et le matériel p. 391

L’ENCYCLO,

Serre Une construction de verre ou de plastique qui laisse passer la lumière. Dans une serre, on peut contrôler les conditions de croissance des végétaux.

Cahier des charges bjet Nature et fonction de l‘o ant de vérifier l’effet

rmett Construire une serre pe du blé. loppement de l’orge et ve dé le r su ble ria va e d’un

Fabrication

serre doit être : Sur le plan physique, la atériaux résistants ; – fabriquée avec des m on en classe. ons normales d’utilisati – adaptée aux conditi la serre doit : Sur le plan technique, blé ation et la croissance du – permettre la germin et de l’orge ; 2 ltivable de 100 cm ; – avoir une surface cu 15 cm ; – avoir une hauteur de retenue le facile de la variable – permettre un contrô et des normes fixées.

Utilisation

serre doit : Sur le plan humain, la rter ; – être facile à transpo en toute sécurité. – pouvoir être utilisée ental, la serre : Sur le plan environnem de matériaux t que possible, à partir tan au e, ué riq fab e êtr – doit récupérés ; e ou ce toxique pour la plant tan bs su ne cu au ir en – ne doit cont pour l’être humain.

EXPLORATION 1

La permanence du changement

105

ACTIVITÉ

4

EXPÉRIMENTATION

Famine ou profusion ? La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 L’habitat L’ENCYCLO,

p. 228

L’évolution, la sélection naturelle et la mutation des gènes L’ENCYCLO, p. 239 et 240 Deux fonctions vitales de la cellule p. 288 et 289

L’ENCYCLO,

J‘observe Il y a des plantes qui poussent dans certains habitats mais pas dans d’autres. Par exemple, le pissenlit pousse sur les pelouses mais pas en forêt. Comment certains changements environnementaux prévus pour les 50 prochaines années affecteront-ils la croissance des plantes ?

Je me questionne « Comment la croissance du blé et de l’orge dans ma serre sera-t-elle modifiée par le facteur environnemental que mon équipe a choisi ? »

Je précise mes variables

Certaines plantes sont particulièrement importantes pour l’alimentation humaine. En 2003, les espèces les plus cultivées dans le monde ont produit d’énormes quantités de nourriture.

Ton expérience doit te permettre : a) d’évaluer l’effet de la variable choisie ; b) de maintenir la valeur des autres variables aux normes fixées lors de l’activité 2 ; c) de concevoir et de réaliser un tableau commun à toutes les équipes. 1. Explique comment tu évalueras l’effet de la variable choisie par ton équipe. 2. Comment t’y prendras-tu pour garder les autres variables constantes pendant toute la durée de ton expérience ? 3. Avec ton équipe et les autres équipes de la classe : a) précisez comment vous vous occuperez des plants en général ; b) décidez comment vous évaluerez l’effet de chacune des variables ; c) concevez et réalisez une affiche qui servira à consigner les résultats de toutes les équipes.

ENRICHISSEMENT

Espèce

Maïs Riz Blé Pomme de terre Patate douce

106

Production mondiale (millions de tonnes métriques) 637 589 549 315 125

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

La quantité de blé produit par hectare cultivé varie beaucoup d’un pays à l’autre. Le tableau ci-contre indique le rendement de la culture du blé dans les plus grands pays producteurs en 2003. D’après toi, qu’est-ce qui explique de telles différences ?

Pays (par ordre d’importance de la production totale)

Rendement (tonnes / hectare)

Chine

4,85

Inde

2,62

États-Unis

2,97

Russie

1,71

France

6,23

Australie

1,71

Canada

2,25

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide du matériel et des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser ton expérience. Sers-toi de l’information que tu as recueillie au cours de l’activité 2. 2. Fais valider ton protocole par ton enseignante ou ton enseignant.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Pendant toute la durée de cette expérience, note tes observations sur l’affiche qui aura été placée sur un mur de ta classe. 2. À la fin de l’expérience, analyse l’effet de chacune des variables sur la croissance du blé et de l’orge. 3. Évalue les conséquences de certains changements environnementaux prévus au cours des 50 prochaines années sur la croissance du blé et de l’orge. 4. Réponds aux questions suivantes : a) Comment se comparent la croissance du blé et celle de l’orge ? b) D’après toi, les deux espèces étudiées ont-elles la capacité de s’adapter aux changements environnementaux prévus ? 5. Discute de tes conclusions avec tes camarades de classe. 6. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

M AT É R I E L ✔ Un bécher ✔ Un cylindre gradué ✔ Une balance ✔ Un thermomètre ✔ Un arrosoir ✔ Quelques petites pelles ✔ Une lampe avec une ampoule de 100 W ✔ Une lampe à batterie ✔ Une minuterie ✔ Des marqueurs ✔ Une paire de ciseaux ✔ Une étuve ✔ Une bonbonne de CO 2

M AT É R I A U X ✔ La serre construite dans l’activité 3 ✔ Du sel de table ✔ Du vinaigre ✔ Du terreau ✔ De la vermiculite ✔ Des bâtonnets à café ✔ Des semences d’orge et de blé ✔ Un carton opaque ✔ Un grand carton pour l’affiche (68 cm x 96 cm)

VE RS LE FIL D’A RR IVÉE Conserve les résultats de ton expérience. Tu en auras bes oin pour expliquer le comporteme nt du blé et de l’orge au cours du col loque de l’activité synthèse. EXPLORATION 1

La permanence du changement

107

ACTIVITÉ

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Les adaptations liées à l’alimentation L’ENCYCLO, p. 231 à 233 Les adaptations liées à la reproduction L’ENCYCLO, p. 235 La reproduction chez les végétaux p. 245 à 253

L’ENCYCLO,

Les types de sols p. 311

L’ENCYCLO,

Figure 11 Du blé sauvage

5

RECHERCHE

Comment cette espèce a-t-elle survécu ? Au fil des âges, les personnes travaillant dans l’agriculture ont appris à sélectionner les plants en fonction de certains critères. Par la suite, elles faisaient en sorte que les plants sélectionnés se reproduisent (voir les figures 11 et 12). Ton enseignante ou ton enseignant présentera à ta classe des espèces végétales très différentes. Tu recevras un plant identifié par son nom courant en français et par son nom scientifique en latin. L’étude de ton plant t’aidera à comprendre ce qui a permis à cette espèce de survivre jusqu’à aujourd’hui.

Figure 12 Le blé cultivé possède des caractéristiques différentes de

celles du blé sauvage. Ces caractéristiques sont liées à la sélection des semences par plusieurs générations d’êtres humains.

1 Rends-toi à la bibliothèque ou lance une recherche dans Internet. Crée un

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Prépare bien ton dossier. Il te sera utile pour discerner ce qui a permis à une des deux espèces de céréales de croître plus ou moins facilement que l’autre lors de ton expérience. Cette information te sera également utile pour te préparer au colloque de l’activité synthèse.

108

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

dossier contenant les renseignements suivants à propos de ta plante : a) les endroits où elle pousse (climat, type de sol, ensoleillement, humidité du sol) ; b) le mode de reproduction de ta plante ; c) le mode de dispersion de ses graines ; d) les adaptations de ta plante à son milieu ; e) la façon dont le mode de reproduction de ta plante est adapté à son environnement ; f) ses différents stades de développement. 2 Si nécessaire, ajoute des schémas à ces renseignements. 3 Discute avec tes camarades de classe des ressemblances et des différences entre les différentes espèces étudiées.

ACTIVITÉ

6

INTERPRÉTATION

Que se passe-t-il quand ma plante pousse ? Autour de toi, il y a des plantes de différentes tailles. Contrairement aux êtres humains et à la plupart des animaux, les plantes peuvent croître toute leur vie. En effet, chez les plantes, les cellules qui permettent la croissance ne cessent jamais de se diviser (voir la figure 13).

Le microscope BOÎTE À OUTILS, p. 456 et 457 La cellule p. 281 à 283

L’ENCYCLO,

Figure 13 Certaines de ces cellules végétales sont en

train de se diviser (grossissement 400X).

L’utilisation d’un microscope La réalisation de la première partie de cette activité te permettra de te familiariser avec l’utilisation du microscope. Tu découvriras les caractéristiques de l’image obtenue à l’aide d’un microscope et tu apprendras à monter une lame. 1 Assure-toi de bien connaître les parties du microscope et la façon de le manipuler. 2 Découpe une lettre « e » minuscule dans un journal ou dans un magazine. 3 Place cette lettre au centre d’une lame de verre propre. 4 Ajoute une goutte d’eau sur la lettre et dépose une lamelle sur le tout. 5 Installe la lame montée sur la platine du microscope de façon que tu puisses lire la lettre « e » à l’endroit sans regarder dans le microscope. 6 Dessine les images obtenues avec les objectifs 4X, 10X et 40X. Indique le grossissement sur chacune de tes images. L’observation des cellules végétales Ton enseignante ou ton enseignant te remettra un plant d’élodée (voir la figure 14) ou une lame prémontée contenant des cellules végétales. 1 Si ta classe dispose d’un plant d’élodée : a) détache une feuille de la tige à l’aide d’une pince et place-la au centre d’une lame propre ; b) dépose une goutte d’eau sur la feuille d’élodée ; c) recouvre le tout d’une lamelle. 2 Observe ta lame (contenant une feuille d’élodée ou une lame prémontée contenant des cellules végétales) au microscope à tous les grossissements. Dessine ce que tu observes à 400X. 3 Identifie les parties de la cellule en te servant du schéma d’une cellule végétale qui se trouve à la page 282 de L’encyclo. 4 Avec tes camarades de classe, discute des questions suivantes : a) Pourquoi les cellules ne sont-elles pas plus grosses ? b) Si les cellules sont microscopiques, comment les êtres vivants font-ils pour grandir ?

Figure 14 L’élodée est une plante

aquatique souvent utilisée dans les aquariums.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve ton schéma de la cellule végétale. Il te sera utile pour réaliser l’activité 4 de l’exploration 2, « L’unité de base de la vie ».

EXPLORATION 1

La permanence du changement

109

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

7

EXPÉRIMENTATION

Pas de reproduction sexuée sans fécondation

Le microscope et le binoculaire p. 456 à 459

BOÎTE À OUTILS,

La reproduction chez les plantes à fleurs L’ENCYCLO, p. 248 à 250

J‘observe Le lys qui apparaît sur le drapeau du Québec est en réalité un iris. Cette méprise s’explique par une erreur d’identification datant du 12e siècle. À l’époque, le symbole du roi Louis VII était l’iris jaune. Cette fleur était très abondante sur les rives de la Lys, une rivière traversant la France et la Belgique. C’est pourquoi on l’a nommée « lys ». Pour rappeler ses origines françaises, le gouvernement québécois a représenté ce symbole sur notre drapeau en 1948.

On place souvent des ruches dans les vergers pour obtenir de meilleures récoltes de pommes. En effet, les abeilles transportent les grains de pollen d’une fleur à l’autre, ce qui favorise leur pollinisation. Lorsqu’un grain de pollen se pose sur le stigmate d’une fleur, il adhère à la substance collante et sucrée qui s’y trouve. Le grain de pollen se transforme ensuite pour atteindre l’ovule. Il peut alors lui transmettre son matériel génétique.

Je me questionne « Que se passera-t-il si je place un grain de pollen dans une solution simulant la substance collante et sucrée qui se trouve sur le stigmate d’une fleur ? »

Je précise mes variables Ton expérience doit te permettre de provoquer la formation d’un tube pollinique à partir de différents grains de pollen.

110

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

J‘expérimente Protocole proposé Voici un exemple de protocole pour réaliser cette expérience. Tu peux aussi en proposer un autre. Sers-toi de celui-ci comme modèle tout au long du module. 1. Choisis une fleur. 2. À l’aide de la pince à épiler, prélève délicatement quelques grains de pollen dans les anthères de ta fleur. Dépose-les sur une lame creuse. 3. Observe les grains de pollen au microscope. Dessine un schéma de ce que tu observes. 4. Mets une goutte de la solution d’eau sucrée sur la lame creuse. 5. Avec un cure-dents, applique de la gelée de pétrole autour de la cavité de la lame creuse. 6. Dépose la lamelle sur la lame creuse qui contient la solution et les grains de pollen. 7. Presse la lame et la lamelle délicatement, de façon que la gelée de pétrole scelle le contour de la solution. 8. Conserve ton montage jusqu’au prochain cours. 9. Au cours suivant, examine ton échantillon au microscope. 10. Dessine un schéma pour décrire la formation du tube pollinique.

M AT É R I E L ✔ Un microscope ou un binoculaire ✔ Une pince à épiler ✔ Des cure-dents ✔ Un compte-gouttes ✔ De la gelée de pétrole ✔ Une lame creuse ✔ Une lamelle M AT É R I A U X ✔ Une solution concentrée d’eau et de sucre ✔ Différentes sortes de fleurs : par exem ple un lys, une jonquille, une tulipe, un cactu s de Noël

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Compare ton schéma avec ceux des équipes ayant choisi une fleur différente. a) Quelles sont tes conclusions ? b) Y a-t-il des différences entre les grains de pollen et les tubes polliniques de différentes sortes de fleurs ? 2. Discute de cette affirmation avec tes camarades de classe : « Les fleurs sont des adaptations qui favorisent la survie d’une espèce. » 3. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

EXPLORATION 1

La permanence du changement

111

ACTIVITÉ

8

INTERPRÉTATION

La reproduction : un facteur de survie La loupe, le microscope et le binoculaire BOÎTE À OUTILS, p. 455 à 459 La reproduction asexuée et sexuée L’ENCYCLO, p. 244 La reproduction chez les végétaux L’ENCYCLO, p. 245 à 253

Pour survivre, une espèce doit remplacer les individus qui meurent. Le taux de reproduction est donc un facteur de survie important pour une espèce. Par ailleurs, les organes reproducteurs varient selon les espèces. Certaines plantes, comme l’actée rouge (Actea rubra), ne produisent que quelques fruits pour assurer leur reproduction (voir la figure 15). D’autres, comme le pissenlit officinal (Taraxacum officinale), produisent une grande quantité de graines (voir la figure 16). Le pissenlit a été introduit en Amérique lors de la colonisation. Aujourd’hui, il est répandu dans tout l’est de l’Amérique. Qu’est-ce qui explique la rapidité de sa propagation ?

I N F O - CARRIØRE

Botaniste Les botanistes font des recherches en vue de mieux connaître les végétaux. Ces personnes s’intéressent aussi à l’utilisation des végétaux dans l’industrie des aliments, des médicaments, des cosmétiques, etc. Elles effectuent des inventaires botaniques et des aménagements d’habitats naturels. Elles peuvent également superviser les travaux de culture dans un jardin botanique, une serre ou un institut de recherche. Pour devenir botaniste, tu dois obtenir un diplôme universitaire en biologie, avec une spécialisation en botanique.

Figure 15 L’actée rouge produit très

peu de fruits.

Figure 16 Le pissenlit se reproduit très facilement.

Au cours de cette activité, tu feras le tour de quatre stations. Dans chacune, tu observeras un mode de reproduction différent ou une étape de la reproduction sexuée. À chaque station, effectue les tâches suivantes : 1 Effectue les manipulations et les observations demandées. 2 Dessine un schéma de ce que tu observes. Annote ton schéma. 3 Analyse l’information que tu as recueillie en répondant aux questions qui te sont posées.

112

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

2e épreuve | dp | XX/04/05

Activité synthèse de l’exploration

1

INTERPRÉTATION ET COMMUNICATION

Que mangerons-nous dans le futur ? Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

Colloque Une rencontre entre spécialistes visant à faire le bilan des connaissances sur un thème précis et à dégager de nouvelles pistes pour la recherche.

Dans 50 ans, sera-t-il plus difficile de nourrir l’ensemble de la population ?

Au cours de l’activité 4, « Famine ou profusion ? » (voir la page 106), toute la classe a noté sur une affiche ses observations sur la croissance du blé et de l’orge. Tu vas maintenant analyser les résultats de cette expérience et communiquer tes conclusions aux autres élèves de ta classe à l’occasion d’un colloque. Le thème de ce colloque sera : « Comment les changements environnementaux prévus au cours des 50 prochaines années influeront-ils sur notre alimentation ? » Préparation 1 En équipe, prépare un texte d’une page présentant les conclusions de ton expérience sur l’orge et le blé.Ton texte devra contenir : a) un résumé des résultats de ton expérience ; b) une conclusion résumant les effets possibles de la variable que tu as étudiée sur l’alimentation humaine ; c) la description d’une expérience qui permettrait de connaître davantage l’effet de la variable que toi et ton équipe avez étudiée. 2 Écris ton texte aussi simplement et clairement que possible. 3 Lis les textes préparés par les autres équipes. Cela t’aidera à préparer des questions à poser lorsque les autres équipes présenteront leurs résultats. Communication 1 En équipe, présente les résultats de tes recherches à l’ensemble de la classe. 2 À la fin de ta présentation, réponds aux questions des autres élèves. 3 Réponds aux questions suivantes avec tes camarades de classe : a) Qu’est-ce qui permet à une espèce de survivre aux changements environnementaux ? b) Que mangerons-nous dans le futur ? 4 À la suite de ce colloque, discute des points suivants avec tes camarades de classe : a) Comment pourrions-nous améliorer le texte que nous avons présenté ? b) Qu’avons-nous appris au cours du colloque ? c) Quelles sont les limites de nos connaissances ?

Points à surveiller Échange tes idées à l’aide d’un babillard électronique ou participe à un groupe de discussion en ligne.

s de mon expérience. 1. Je présente clairement les résultat res équipes. 2. Je tiens compte des résultats des aut ons. 3. Je participe activement aux discussi

113

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 2 • Acidité et basicité • Adaptations physiques et comportementales • Air (composition) • Caractéristiques du vivant • Cellules végétales et animales • Constituants cellulaires visibles au microscope • Eau (répartition)

2 J’adopte un ami mystérieux Un S.O.S. des animaux en péril Depuis 1977, le Comité sur la situation des espèces en péril au Canada (COSEPAC) veille à la survie des espèces sauvages. Les spécialistes qui travaillent au sein de ce comité publient une liste des espèces en péril.

• Espèce • Évolution • Fécondation • Gènes et chromosomes • Habitat • Intrants et extrants (énergie, nutriments, déchets) • Modes de reproduction chez les animaux • Niche écologique • Osmose et diffusion • Population • Reproduction asexuée ou sexuée • Taxonomie

t it étudié 650 espèces potentiellemen En novembre 2004, le COSEPAC ava nt sidérées comme étant effectiveme en péril. Parmi celles-ci, 455 sont con les catégories suivantes : en péril. Elles ont été classées dans upante » ; • 141 sont dans une situation « préocc • 120 sont « menacées » ; (voir la figure 17) ; • 172 sont « en voie de disparition » t-à-dire qu’on ne les trouve plus à • 22 sont « disparues du pays », c’es l’état sauvage au Canada. De plus, selon le Comité : ant totalement disparues de • 12 des espèces étudiées sont mainten la planète ; • 149 espèces ne sont pas en péril ; parce que le COSEPAC ne disposait • 34 espèces n’ont pas été classées prononcer sur leur cas. pas de données suffisantes pour se

1. Est-ce normal qu’autant d’espèces soient en péril ? 2. Est-ce que l’être humain accélère ce phénomène ? 3. Est-il important de préserver la diversité ? Pourquoi ? 4. Quelles sont les conséquences de la disparition d’espèces ?

Parrainer une espèce animale ? Oui, c’est possible ! Comment pourrais-tu lui venir en aide ?

1 Adopte une espèce animale en péril parmi celles que ton enseignante ou Figure 17 Le COSEPAC classe la grue

blanche parmi les espèces en voie de disparition.

114

ton enseignant te présentera. 2 Que peux-tu faire personnellement pour aider cette espèce animale ? Dresse une liste de moyens d’action.

raineras cours de cette exploration, tu par au : 2 on rati plo l’ex de r teu duc Voici le fil con mal. Tu devras riras les caractéristiques de cet ani ouv déc Tu il. pér en le ma ani èce une esp ironnement. aussi te familiariser avec son env eras ses secrets », à la page 116, tu cré èle rév l ma ani n Mo « 1, ité tiv • Dans l’ac ton animal. ter différentes caractéristiques de sen pré r pou tive crip des e fich une participeras à un pour survivre », à la page 117, tu • Dans l’activité 2, « Une lutte de ton animal. les facteurs qui menacent la survie jeu qui te permettra de découvrir riras prendre », à la page 118, tu découv com r pou r sse Cla « 3, ité tiv • Dans l’ac s la classification eras ensuite ton animal adoptif dan situ Tu . mie ono tax la de es bas les du règne animal. eras », aux pages 119 et 120, tu observ vie la de e bas de é nit L’u « 4, • Dans l’activité n a te donnera un aperçu de la divisio Cel e. cop ros mic au les ma ani s des cellule cellulaire. 121, uille de l’œuf », aux pages 120 et • Dans l’activité 5, « Sous la coq f. tu examineras attentivement un œu 123, e sa solution », aux pages 122 et nac me que cha À « 6, ité tiv • Dans l’ac adoptées par naces qui planent sur les espèces me aux ns utio sol des s era gér sug tu n de sauvegarde pour ton animal. ta classe. Tu rédigeras aussi un pla nd jour », rs de l’activité synthèse « Le gra À la fin de cette exploration, au cou présentera création d’une murale. Cette murale à la page 124, tu participeras à la sse. Tu mettras maux en péril étudiés dans ta cla ani les et mie ono tax la de es cip les prin mal. ction pour venir en aide à ton ani également en œuvre un moyen d’a

115

ACTIVITÉ

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442 Les espèces p. 220

L’ENCYCLO,

L’habitat L’ENCYCLO,

p. 228

Les adaptations L’ENCYCLO, p. 229 à 235

1

RECHERCHE ET COMMUNICATION

Mon animal révèle ses secrets Comme tu l’as constaté, plusieurs espèces animales et végétales sont en péril au Canada. D’ailleurs, on t’a attribué une de ces espèces animales. Au cours de cette activité, tu vas découvrir les caractéristiques de ton animal. Tu t’intéresseras également à son milieu de vie. Tu sais déjà que l’habitat d’un animal est essentiel à sa survie (voir la figure 18). Il y a aussi d’autres éléments qui sont essentiels à la survie de l’espèce que tu parraines.

Les niches écologiques p. 236 à 238

L’ENCYCLO,

La reproduction chez les animaux L’ENCYCLO, p. 254 à 260

Figure 18 Le déboisement n’affecte pas seulement les arbres. Il détruit l’habitat de

nombreux animaux. ENRICHISSEMENT

Choisis une espèce végétale en voie de disparition. Rédige une fiche descriptive semblable à celle que tu as élaborée pour ton animal adoptif.

116

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

1 Effectue une recherche pour découvrir l’information suivante au sujet de ton animal : a) son nom courant en français et son nom scientifique en latin ; b) sa description physique, accompagnée d’une image (photo ou dessin) ; c) la catégorie dans laquelle il se trouve dans la liste du COSEPAC ; d) la description de son habitat ; e) sa distribution sur une carte du Canada ; f) ses adaptations physiques et ses comportements liés au climat, aux déplacements, à l’alimentation et à la communication ; g) son mode de reproduction, incluant des détails tels que l’aire de nidification ou de reproduction, la saison de l’accouplement, le temps de gestation, le nombre de petits par portée, son cycle de vie, etc. ; h) son régime alimentaire (incluant une liste de ses proies s’il est carnivore) ; i) ses principaux prédateurs ; j) la manière dont les végétaux influent sur sa survie ; k) les facteurs qui peuvent nuire à sa survie. 2 Consigne l’information que tu as trouvée sur une fiche descriptive. 3 Présente ta fiche descriptive à tes camarades de classe.

ACTIVITÉ

2

INTERPRÉTATION

Une lutte pour survivre Au cours de l’activité précédente, tu as écouté les présentations de tes camarades de classe. Si toutes ces espèces sont en péril, c’est parce que plusieurs menaces planent sur elles. Certaines de ces menaces concernent l’espèce que tu parraines, d’autres pas. Cette activité te permettra de déterminer, tout en t’amusant, quelles menaces mettent en péril ton espèce animale.

1 Fais équipe avec trois élèves qui étudient un animal différent du tien. 2 Prends connaissance des règles du jeu « Une lutte pour survivre », ci-dessous. 3 Joue une partie. 4 Complète ta fiche descriptive en indiquant les facteurs qui menacent la survie de ton animal.

Le faucon pèlerin est un magnifique oiseau de proie. Au cours de la seconde moitié du 20e siècle, sa population a énormément diminué au Canada et aux États-Unis. Les pesticides, comme le DDT, ont provoqué l’amincissement de la coquille des œufs du faucon pèlerin. Les œufs devenaient si fragiles que la femelle les brisait en voulant les couver. L’utilisation du DDT est interdite au Québec depuis 1988.

re »

Règles du jeu « Une lutte pour surviv

e le dé. L’élève qui obtient le chiffre 1. Chaque membre de l’équipe lanc le plus élevé commence la partie. e de menace et détermine si celle-ci 2. L’élève qui commence tire une cart concerne son animal ou non. la menace concerne son animal, elle 3. La même personne lance le dé. Si le dé. Si la menace ne concerne recule du nombre de cases indiqué par e nombre de cases. pas son animal, elle avance du mêm t contester la décision de l’élève qui 4. Un autre membre de l’équipe peu convaincre les autres de la joue. Dans ce cas, l’élève qui joue doit d’arguments tirés de sa fiche justesse de son point de vue à l’aide descriptive. es sont convaincus, l’élève demeure a) Si la majorité des trois autres élèv et bien son animal (au lieu de sur sa case si la situation menace bel ce n’est pas une menace. reculer) ou avance, comme prévu, si es ne sont pas convaincus, c’est b) Si la majorité des trois autres élèv qui avance du nombre de cases l’élève qui a confronté l’élève qui joue qui joue perd son tour. indiqué par le dé, tandis que l’élève t de jouer tire une carte à son tour. 5. L’élève à la gauche de celui qui vien la case « espèce sauvegardée » gagne 6. La première personne à atteindre la partie.

Est-ce que les changements climatiques représentent une menace pour les animaux ?

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Tu devras présenter les menaces qui pèsent sur ton animal dans une murale, au cours de l’activité synthèse « Le grand jour ». Dans ta liste de moyens d’action (voir la page 114), choisis le geste concret que tu mettras en œuvre pour aider ton animal adoptif. Si ce geste demande de l’organisation, planifie-le dès maintenant.

EXPLORATION 2

J’adopte un ami mystérieux

117

ACTIVITÉ

3

RECHERCHE ET INTERPRÉTATION

Classer pour comprendre Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 L’évolution p. 219, 239 et 240

L’ENCYCLO,

Les espèces p. 220

L’ENCYCLO,

La taxonomie L’ENCYCLO, p. 221 à 223 Le règne animal p. 226 et 227

L’ENCYCLO,

I N F O - C A R R I È R E

Gardienne ou gardien de jardin zoologique La gardienne ou le gardien peut travailler dans un jardin zoologique, une réserve faunique ou un parc de conservation. Cette personne s’occupe de nourrir les animaux et de leur donner des soins. Elle observe leur comportement et leur reproduction. Elle rédige des rapports pour rendre compte de ses observations. Pour exercer ce métier, il faut obtenir un diplôme d’études collégiales en techniques de santé animale.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Participe activement à l’élaboration de l’arbre de la taxonomie de ta classe. Cet arbre sera le premier élément présenté dans votre murale. Celle-ci sera complétée lors de l’activité synthèse, à la fin de cette exploration.

118

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

On connaît actuellement 3,5 millions d’espèces différentes. On sait aussi qu’il en reste de nombreuses autres à découvrir. Pour s’y retrouver, on a mis sur pied une classification du vivant. C’est cette classification que tu vas maintenant découvrir.

1 Assure-toi de bien comprendre les concepts d’«espèce» et de « taxonomie». 2 Fais une recherche pour connaître : a) la classification de Linné ; b) l’ordre historique présumé d’apparition des vivants. 3 Sur la fiche que ton enseignante ou ton enseignant te remettra, complète l’arbre de la taxonomie dans lequel se trouvent les cinq règnes du vivant. a) Utilise les termes dans la banque de mots ci-dessous. Ordonne les classes d’animaux sur l’arbre de la taxonomie selon leur ordre présumé d’apparition au cours de l’évolution. • Échinodermes • Mammifères • Amphibiens

Banque de mots • Vers • Oiseaux • Arthropodes • Éponges • Mollusques • Cnidaires

• Reptiles • Poissons

b) À l’extrémité de chaque branche, ajoute le nom d’une espèce qui appartient à cette classe d’animaux. c) Avec tous les élèves de ta classe, reproduis l’arbre de la taxonomie sur une murale. d) Situe l’animal que tu parraines dans l’arbre de la taxonomie de ta classe. Ajoute au bon endroit une image qui le représente et écris son nom scientifique en latin. 4 En puisant dans tes connaissances, participe à une discussion sur le sujet suivant : « Quel lien pouvons-nous faire entre la classification actuelle du vivant, héritée du système de Linné, et l’évolution présumée des espèces ?»

ACTIVITÉ

4

INTERPRÉTATION

L’unité de base de la vie La longévité de toute espèce vivante dépend, entre autres, de sa capacité de reproduction. Pour se reproduire, les organismes unicellulaires n’ont qu’à se diviser en deux. Ils donnent ainsi naissance à deux individus. Les organismes pluricellulaires ont quant à eux besoin de cellules spécialisées dans la reproduction.

Des cellules sous observation Tu as vu dans l’exploration 1 que les végétaux sont constitués de cellules. C’est aussi le cas des animaux. Dans la première partie de cette activité, tu compareras les cellules animales et végétales. Ton échantillon de cellules animales sera en fait constitué de tes propres cellules.

Le microscope BOÎTE À OUTILS, p. 456 et 457 Les chromosomes et les gènes p. 240

L’ENCYCLO,

Les caractéristiques du vivant p. 281

L’ENCYCLO,

La cellule p. 281 à 283

L’ENCYCLO,

1 Prépare une lame contenant des cellules animales : a) Prends une lame de verre propre. Si nécessaire, nettoie-la avec un papier à lentille. b) Gratte l’intérieur de ta joue avec le bout aplati d’un cure-dent. Tu prélèveras ainsi un échantillon de tes cellules buccales. c) Dépose ton échantillon de cellules buccales sur la lame de verre en frottant le cure-dent au centre de la lame. d) Ajoute une goutte d’eau iodée. e) Couvre ta lame avec une lamelle. 2 Observe tes cellules au microscope au plus fort grossissement possible. 3 Dessine un schéma de ce que tu observes. Nomme les différentes parties de ton schéma. 4 Compare ton schéma avec celui d’une cellule animale typique (voir L’Encyclo, à la page 282). a) Quelles parties d’une cellule animale as-tu réussi à observer ? b) D’après toi, pourquoi n’as-tu pas réussi à observer toutes les parties de la cellule ? 5 Compare ton schéma des cellules animales avec le schéma des cellules végétales que tu as tracé au cours de l’activité 6 de l’exploration 1, « Que se passe-t-il quand ma plante pousse ? » (voir la page 109). a) Quelles parties as-tu observées dans les deux cas ? b) Quelles parties sont présentes dans la cellule végétale mais pas dans la cellule animale ? Quel est le rôle de ces parties ?

Une cellule végétale, une cellule animale et une cellule bactérienne. EXPLORATION 2

J’adopte un ami mystérieux

119

Des cellules qui se divisent L’ÉVOLUTION DE LA THÉORIE CELLULAIRE DANS LE TEMPS

t 4e siècle av. J.-C. Aristote croit que la vie peut apparaître spontanément dans la matière non vivante. C’est la théorie de la génération spontanée. e

t 17 siècle Jan Baptist van Helmont tente de prouver le bien-fondé de la théorie de la génération spontanée.

t 1668 Francesco Redi prouve que les vers n’apparaissent pas dans la viande si les mouches n’y ont pas accès.

Au début de sa vie, chaque individu n’est constitué que d’une seule cellule. Toutes les autres cellules proviennent de la division de cette première cellule et des cellules qui en ont résulté. Au cours de ce processus de division, les cellules se spécialisent. Elles vont jouer des rôles différents. Dans la seconde partie de cette activité, tu observeras la division cellulaire au microscope.

1 Observe au microscope des lames prémontées qui présentent des cellules animales à différentes étapes de leur division. 2 Dessine ce que tu observes sur chaque lame. 3 Tente de reconstituer l’ordre logique des étapes de la division cellulaire. 4 Écoute bien les explications de ton enseignante ou de ton enseignant. Cela te permettra de vérifier si l’ordre que tu as choisi est bon et d’en apprendre davantage sur les gènes et les chromosomes.

t 1668 Anton van Leeuwenhoek met au point le premier microscope. Il prouve l’existence des microorganismes.

t 1845 Alexander Carl affirme que la cellule est l’unité de base de la vie. C’est ce qu’on appelle la théorie cellulaire.

t 1864 Louis Pasteur démontre que, si des organismes se développent dans un milieu stérilisé, c’est parce qu’il y a eu contamination. Il prouve ainsi que la théorie de la génération spontanée est fausse.

ACTIVITÉ

5

EXPÉRIMENTATION

Sous la coquille de l’œuf J‘observe De nombreux animaux se reproduisent en pondant des œufs. C’est le cas des insectes, des reptiles, des amphibiens et des oiseaux. Lorsqu’ils sortent de leur coquille, certains de ces animaux ressemblent beaucoup à leurs parents. D’autres, comme la plupart des insectes, doivent subir une série de métamorphoses avant de ressembler aux adultes.

Je me questionne 1. « Quelles sont les parties d’un œuf ? » 2. « Quel est le rôle de chacune de ces parties dans le développement de l’embryon ? » 3. « Quelle partie possède la plus grande masse : le blanc ou le jaune ? »

Je précise mes variables La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 La fécondation interne p. 258 et 259

L’ENCYCLO,

Comment fonctionne la cellule ? L’ENCYCLO, p. 284 à 287

120

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

Ton expérience doit te permettre : a) d’observer chacune des parties de l’œuf ; b) de découvrir le rôle de chacune de ces parties ; c) de définir le rapport entre la masse du blanc d’œuf et celle du jaune d’œuf.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À partir du matériel et des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser cette expérience. 2. Fais approuver ton protocole par ton enseignante ou ton enseignant. 3. Réalise ton expérience. 4. Assiste à la démonstration que fera ton enseignante ou ton enseignant. Cela te permettra de comprendre le rôle de la coquille et de la membrane de l’œuf.

M AT É R I E L ✔ Deux boîtes de Petri ✔ Un couteau ✔ Une petite pince ✔ Une loupe ou un binoculaire ✔ Un pic de dissection ✔ Une balance ✔ Un contenant pour la pesée M AT É R I A U X ✔ Deux œufs de poule

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Dessine un schéma de ton œuf et nomme chacune des parties. 2. Puise dans tes connaissances ou effectue une courte recherche pour comprendre le rôle de chacune des parties. 3. Calcule le rapport entre la masse du blanc d’œuf et celle du jaune. 4. Explique comment les particules passent à travers la coquille et les membranes de l’œuf. 5. Écoute attentivement les explications de ton enseignante ou de ton enseignant pour vérifier tes informations. 6. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

ENRICHISSEMENT

Selon toi, un œuf de poule est-il constitué d’une seule cellule ou de plusieurs ? Fais une recherche pour trouver la réponse à cette question.

EXPLORATION 2

J’adopte un ami mystérieux

121

ACTIVITÉ

6

INTERPRÉTATION

À chaque menace sa solution Le moment est venu de proposer des solutions pour favoriser la survie de ton animal adoptif. En effet, au cours de cette activité, tu rédigeras un plan de sauvegarde.

Parcs Canada administre 150 lieux historiques nationaux, 42 parcs nationaux et réserves et 2 aires marines nationales de conservation. Les parcs nationaux forment un réseau pancanadien d’aires naturelles. Ils sont protégés par une loi. Ils permettent au public de comprendre et d’apprécier la nature. De plus, les parcs conservent intacts des espaces naturels pour les générations à venir.

Un oiseau doit choisir avec soin l’endroit où il construira son nid. En effet, il doit assurer la sécurité de ses petits et subvenir à leurs besoins.

1 Lis le texte « À la rescousse de la grue blanche », à la page suivante. Tu y

ENRICHISSEMENT

Fais une recherche pour connaître le territoire protégé le plus près de chez toi.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve ton plan de sauvegarde. Il devra apparaître sur la murale de ta classe à côté de ton animal.

122

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

trouveras une description des menaces qui pèsent sur la grue blanche ainsi qu’un plan de sauvegarde. 2 Consulte la fiche descriptive de ton animal. Relis la liste des menaces que tu y as consignée au cours de l’activité 2, « Une lutte pour survivre ». 3 Pour chacune de ces menaces, propose une solution. Cette solution peut faire appel aux différents paliers de gouvernement, à des organismes spécialisés, à la population, etc. 4 Rédige un plan de sauvegarde réaliste en t’inspirant de celui de la grue blanche.

À la rescousse de la grue blanche La grue blanche mesure 1,5 m de haut. C’est le plus grand oiseau d’Amérique du Nord. C’est aussi une espèce en voie de disparition (voir la figure 19). Cet échassier avait l’habitude de nicher dans un territoire qui s’étendait de l’Illinois jusqu’à l’Alberta. Aujourd’hui, son aire de nidification se limite au parc national Wood Buffalo, à la frontière de l’Alberta et des Territoires du Nord-Ouest (voir la figure 20). Ce territoire représente un total de 400 km2. C’est un bien petit espace, car un couple de grues blanches a besoin d’environ 5 km2 pour répondre aux besoins de sa famille.

Les menaces Les problèmes auxquels la grue blanche doit faire face sont nombreux. Sa population est peu nombreuse et sa reproduction est lente (généralement, un couple n’a qu’un seul petit par année). De plus, de nouvelles maladies font leur apparition (comme l’infection par le virus du Nil occidental). L’habitat de la grue blanche est également menacé : les changements climatiques et les interventions humaines causent l’assèchement des milieux humides qui lui servent d’aire de nidification et d’hivernage. Les obstacles sont également nombreux le long de sa route migratoire : collisions avec les lignes d’électricité, coups de fusil, etc.

Pour le réaliser, on a mis en place diverses mesures : – établissement de deux nouvelles populations à partir d’animaux élevés en captivité, puis remis en liberté ; – enseignement de parcours migratoires moins dangereux aux oiseaux à l’aide d’aéronefs ultralégers ; – surveillance des lieux de repos et de nidification ; – poursuite des recherches sur l’alimentation des grues blanches et sur les causes de mortalité des oisillons ; – élaboration d’activités pour sensibiliser la population. Pour appuyer ce plan, chacun d’entre nous peut par exemple : – limiter les comportements qui entraînent des changements climatiques, par exemple en faisant du covoiturage ; – éviter de chasser cet oiseau en période de migration ; – préserver les milieux humides, comme les marais ; – prendre des moyens pour éviter la propagation du virus du Nil occidental, par exemple en évitant de laisser de l’eau stagnante s’accumuler dans les vieux pneus et autres objets à l’extérieur.

Population L’ensemble des individus appartenant à une même espèce et occupant le même territoire.

Figure 19 À l’hiver 2003, on ne

dénombrait que 312 grues blanches vivant à l’état sauvage et 119 vivant en captivité.

Un plan de sauvegarde Le Service canadien de la faune a mis sur pied un plan de sauvegarde de la grue blanche. Ce plan vise à faire augmenter la population jusqu’à ce qu’elle atteigne 1 000 individus. Figure 20 Cette carte montre le territoire de nidification actuel de la grue blanche.

EXPLORATION 2

J’adopte un ami mystérieux

123

Activité synthèse de l’exploration

2

COMMUNICATION

Le grand jour Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

I N F O - C A R R I È R E

Vétérinaire La ou le vétérinaire est une personne qui soigne les animaux. Elle procède à des examens, administre des traitements et donne des conseils aux propriétaires des animaux. Elle met tout en œuvre pour prévenir les maladies. Elle peut également travailler dans le domaine de l’hygiène publique, enseigner ou faire de la recherche. Pour exercer ce métier, il faut obtenir un diplôme universitaire de 1er cycle en médecine vétérinaire.

Pendant cette exploration, tu as recueilli de l’information sur la vie animale en général et sur ton animal en particulier. Tu vas maintenant faire un geste concret pour venir en aide à ton animal. Tu vas aussi sensibiliser la population à l’importance d’assurer la survie des espèces en péril. Avec tous les élèves de ta classe, prépare une grande murale. Tu la dévoileras lorsque ta classe sera prête à mettre en œuvre les moyens d’action que vous avez choisis pour aider les animaux que vous parrainez.

1 Dans l’espace commun à toute la classe, donne de l’information sur : a) la taxonomie du vivant et du règne animal en particulier ; b) la situation de ton animal sur l’arbre de la taxonomie et son nom scientifique en latin ; c) l’extinction des espèces au cours de l’histoire. 2 Dans l’espace qui t’est personnellement réservé, donne de l’information sur: a) l’aspect de ton animal et ses adaptations physiques ; b) l’habitat de ton animal ; c) la distribution géographique de ton animal ; d) son mode de reproduction et ses stades de développement ; e) son régime alimentaire et ses principaux prédateurs ; f) les facteurs qui peuvent nuire à sa survie ; g) les mesures qui peuvent favoriser sa sauvegarde. 3 Pour présenter ton information, tu peux choisir un ou plusieurs des moyens suivants : textes, photos, tableaux, schémas, dessins, collages d’objets, etc. 4 Au début de cette exploration, tu as choisi un moyen d’action pour venir en aide à ton espèce animale. À l’occasion du dévoilement de la murale, concrétise ce moyen d’action.

Points à surveiller

Tu peux utiliser un logiciel de dessin, de coloriage ou de graphisme pour réaliser les éléments visuels de ta murale.

124

, la technologie et la survie 1. Je montre les liens entre la science des espèces en péril. des espèces dans son 2. Je situe le phénomène de l’extinction contexte historique. que j’ai appris tout au 3. J’utilise correctement le vocabulaire long de cette exploration. rocheur pour ma partie de 4. Je produis un message clair et acc la murale.

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 3 • Adaptations physiques et comportementales • Air (composition) • Cahier des charges • Cellules végétales et animales • Espèce • Évolution • Grossesse • Habitat • Intrants et extrants (énergie, nutrition, déchets) • Matériau • Matériel • Molécule • Osmose et diffusion • Photosynthèse et respiration • Schéma de principe

En 1998, les maladies respiratoires étaient la tro isième cause d’hospitalisation au Canada.

3 Le mal de l’air Donnez-moi de l’oxygène ! Tout comme les végétaux et les animaux, les humains ont évolué depuis leur apparition sur la Terre. Le milieu dans lequel les humains vivent a aussi évolué, entre autres à cause de l’industrialisation et des changements environnementaux. Certains facteurs en particulier, comme la pollution de l’air, affectent la qualité de vie des humains (voir la figure 21).

1 Afin de brosser un portrait de la situation, mène une enquête auprès des membres de ta famille. a) Dans ton entourage, combien de personnes souffrent de maladies respiratoires ? b) Quels sont les symptômes ou les maladies causés par la mauvaise qualité de l’air ? c) Quels comportements contribuent à la mauvaise qualité de l’air ? 2 Compare tes résultats avec ceux de tes camarades de classe. 3 Réponds aux questions suivantes : a) Quelles sont les conséquences d’une mauvaise qualité de l’air ? b) Une mauvaise qualité de l’air peut-elle menacer l’existence des êtres humains ? c) Quels autres facteurs pourraient nuire à l’évolution de l’espèce humaine ? d) Comment peut-on améliorer la qualité de l’air ?

n de la populatio En 20 00, 20 % us fumait de 15 ans et pl t. Cela en quotidiennem illions de m représente 4,9 ada. an C personnes au

En 20 05, pour la pr emière fois, les décès dus au ca ncer dépassent les décè s dus aux maladies cardiova sculaires. La plupart des canc ers diagnostiqués sont causés par le tabagisme. Figure 21 En 1998, Santé Canada

estimait que trois millions de personnes étaient atteintes de maladies respiratoires au Canada.

125

eras rs de cette exploration, tu constat cou au : 3 on rati plo l’ex de r teu Voici le fil conduc s, survie de l’espèce humaine. De plu la r pou e ant ort imp est r l’ai de que la qualité milieu. éliorer la qualité de l’air dans ton am r pou ns utio sol des s era rch tu che r, mon habitat », à la page 127 : • Dans l’activité 1, « Mon quartie de ton quartier ; – tu décriras les caractéristiques des maladies respiratoires. – tu relèveras les causes probables Preuve à l’appui tu as énumérés dans quelle mesure les facteurs que • Dans les activités 2 et 3, tu verras l’air. ement à augmenter la pollution de dans l’activité 1 contribuent effectiv e 128, capteur de poussière », à la pag – Au cours de l’activité 2, « Un suspension surer la quantité de particules en tu fabriqueras un capteur pour me dans l’air. e 129, capteur qui en dit long », à la pag – Au cours de l’activité 3, « Un entation de ifier une cause probable de l’augm tu utiliseras ton capteur pour vér r. la quantité de particules dans l’ai riras g », aux pages 130 à 132, tu découv san r pou g San « 4, ité tiv l’ac s • Dan humaine. de l’air pour la survie de l’espèce l’importance d’une bonne qualité tège », aux pages 133 et 134 : • Dans l’activité 5, « Je me pro n dans l’air ; réagit aux particules en suspensio ps cor ton t don on faç la ras die – tu étu tu respires. r améliorer la qualité de l’air que pou ns utio sol des s era rch che tu – trousse de rs de l’activité synthèse « Une À la fin de cette exploration, au cou ndra le capteur de eras une trousse. Celle-ci compre survie », à la page 135, tu prépar ument té 2, une notice technique et un doc tivi l’ac s dan it stru con as tu que poussière l’importance vira à informer ton entourage sur ser e uss tro te Cet . ent em agn mp d’acco d’une bonne qualité de l’air. Est-ce que les

changements climatiques influent sur la qualité de l’air ? Peuvent-ils contribuer à détériorer la qualité de vie des humains ?

126

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Mon quartier, mon habitat On peut dire que ton quartier est ton habitat. C’est le milieu physique qui répond à tes besoins. Bien des gens fréquentent ton quartier. De même, plusieurs entreprises et divers immeubles y sont situés. Ces éléments définissent les caractéristiques de ton habitat.

1 Reproduis le tableau ci-dessous. Quelques exemples sont donnés pour t’aider. Les éléments de mon quartier Les entreprises

Les autres immeubles

Les endroits extérieurs

Les magasins Les industries

Ma maison Mon école

Un parc La cour de l’école

L’habitat L’ENCYCLO, p. 228

ENRICHISSEMENT

Communique avec une ou un urbaniste de ta ville pour enrichir ton tableau.

Les fonctions de chaque élément de mon quartier

Les facteurs pouvant nuire à la qualité de l’air

2 Énumère dans ton tableau les éléments qui composent ton quartier. 3 Puise dans tes connaissances afin de déterminer les fonctions de ces éléments. 4 Dans chaque colonne de ton tableau, inscris les facteurs qui peuvent nuire à la qualité de l’air.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve ton tableau. Il t’aidera à proposer des solutions pour améliorer la qualité de l’air dans ton quartier, au cours de l’activité 5 de cette exploration. Tu devras ensuite joindre tes solutions à ta trousse de survie.

EXPLORATION 3

Le mal de l’air

127

ACTIVITÉ

2

TECHNOLOGIE

Un capteur de poussière La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Le schéma de principe p. 386

L’ENCYCLO,

Les symboles normalisés L’ENCYCLO, p. 388 Le matériau et le matériel p. 391

L’ENCYCLO,

As-tu une idée de la quantité de poussière présente dans l’air que tu respires ? Construis un capteur de poussière qui t’aidera à estimer la quantité de particules présentes dans l’air.

1 Lis l’activité 3, à la page suivante. Choisis l’endroit où tu utiliseras ton capteur. 2 Respecte les consignes du cahier des charges ci-dessous. 3 Dessine un croquis de ton capteur. 4 Prépare le schéma de principe de ton capteur.Tiens compte de l’endroit que tu as choisi. 5 Fais vérifier ton schéma par ton enseignante ou ton enseignant. 6 Dresse la liste du matériel et des matériaux dont tu auras besoin pour construire ton capteur de poussière. 7 Fabrique ton capteur. 8 Mets ton capteur à l’essai. Procède à des ajustements au besoin. 9 Si nécessaire, modifie ton schéma de principe.

Cahier des charges Nature et fonction de l‘objet

Concevoir un dispositif qui perme t d’évaluer la quantité de particules en suspension dans l’air.

Fabrication

Sur le plan physique, l’objet doit être fabriqué avec des matériaux étanches. Sur le plan technique, l’objet doit : – permettre de voir la quantité de particules amassées ; – être adapté aux conditions norma les d’utilisation à l’intérieur et à l’extéri eur.

Utilisation

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve ton schéma et ton capteur de poussière. Ils te seront utiles pour réaliser l’activité synthèse de cette exploration.

128

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

Sur le plan humain, l’objet doit être : – sans danger ; – facile à transporter ; – facile à utiliser. Sur le plan environnemental, l’ob jet : – doit être fabriqué, dans la mesur e du possible, à partir de matériaux récupérés ou recyclables ; – ne doit contenir aucune substan ce toxique.

ACTIVITÉ

3

EXPÉRIMENTATION

Un capteur qui en dit long J‘observe Au cours de l’activité 1 de cette exploration, tu as relevé des facteurs pouvant nuire à la qualité de l’air.

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le tableau LA BOÎTE À OUTILS,

p. 443

Je me questionne « Comment puis-je utiliser mon capteur de poussière pour vérifier si un des facteurs que j’ai relevés contribue effectivement à augmenter la quantité de particules en suspension dans l’air ? »

Je précise mes variables Tu dois évaluer la quantité de particules captées par ton appareil avant et après avoir introduit le facteur que tu veux vérifier.

J‘expérimente

PROTOCOLE

M AT É R I E

L 1. Élabore un protocole pour réaliser ✔ Le capteu r de poussièr e cette expérience. fabriqué au co urs de l’activité précédente 2. Fais valider ton protocole par ton enseignante ou ton enseignant. 3. Avec les autres élèves de la classe, prépare un tableau pour noter le pourcentage de la surface de chaque capteur qui sera couvert de poussière. 4. Inscris dans ce tableau les observations que tu feras à différents moments de l’expérience.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Tu as évalué la quantité de particules recueillies en présence du facteur choisi et en l’absence de ce facteur. a) Compare les pourcentages que tu as trouvés. b) De quelle façon le facteur que tu as étudié a-t-il modifié la qualité de l’air ? 2. Compare tes résultats avec ceux de tes camarades de classe. 3. Ordonne les facteurs que ta classe a examinés selon la quantité de pollution qu’ils produisent. Mets le facteur le plus polluant en tête de ta liste. 4. Si tu devais refaire cette expérience, comment modifierais-tu ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

Avant

Après

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Tes résultats te seront utiles pour réaliser le document d’accompagnement de ta trousse de survie, au cours de l’activité synthèse de cette exploration.

EXPLORATION 3

Le mal de l’air

129

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Comment fonctionne la cellule ? L’ENCYCLO, p. 284 à 287 Deux fonctions vitales de la cellule L’ENCYCLO, p. 288 et 289

4

EXPÉRIMENTATION

Sang pour sang J‘observe Pourquoi est-il important que l’air soit de bonne qualité ? Quel rôle certains gaz présents dans l’air jouent-ils dans mon corps ?

Je me questionne M AT É R I E L ✔ Une bougie briquet ✔ Des allumettes ou un ✔ De la plasticine mL ✔ Un erlenmeyer de 100 mL 500 de r eye ✔ Un erlenm ri ✔ Une boîte de Pet ✔ De l’eau de chaux houc à trois trous ✔ Un bouchon de caoutc it ✔ Un tube de verre dro dé cou re ✔ Un tube de ver ✔ Un thermomètre té ✔ Des lunettes de sécuri tre mè ✔ Un chrono

1. « Quel gaz de l’air est indispensable au bon fonctionnement de mes cellules ? » 2. « Quel gaz rejeté dans l’air lorsque j’expire est le résultat de l’activité de mes cellules ? » 3. « Comment puis-je simuler les réactions qui se produisent entre les gaz de l’air et mes cellules ? »

Je précise mes variables Au cours de cette expérience, observe attentivement toutes les modifications produites : changement de couleur, changement de température, apparition d’un résidu, etc.

J‘expérimente Protocole proposé PREMIÈRE PARTIE 1. À l’aide de plasticine, fixe la bougie dans la boîte de Petri. 2. Verse un peu d’eau de chaux dans la boîte de Petri. 3. Allume la bougie. 4. Renverse l’erlenmeyer de 100 mL sur la bougie allumée. 5. Observe ce qui se passe. SECONDE PARTIE 1. Remplis d’eau de chaux l’erlenmeyer de 500 mL. 2. Insère dans le bouchon de caoutchouc les deux tubes de verre et le thermomètre. Fixe le bouchon sur l’erlenmeyer. 3. Note la température. 4. Fais des bulles dans l’eau de chaux en soufflant dans le tube de verre droit pendant exactement une minute. 5. Observe ce qui se passe.

130

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Réponds aux questions suivantes. Elles concernent la première partie de l’expérience : a) Que s’est-il passé avec la bougie ? Essaie d’expliquer ce résultat. b) L’eau de chaux a-t-elle changé de couleur ? c) L’eau de chaux devient blanchâtre au contact du gaz carbonique. Qu’est-ce que cela t’indique sur cette partie de l’expérience ? 2. Réponds aux questions suivantes. Elles concernent la seconde partie de l’expérience : a) Que s’est-il passé avec l’eau de chaux ? Que peux-tu en conclure ? b) As-tu observé un changement de température ? Pourquoi, selon toi ? c) As-tu observé un résidu sur la paroi du tube de verre ou de l’erlenmeyer ? Si oui, d’où provient-il ? 3. Lis le texte « Le trajet de l’air dans ton corps », à la page suivante. Il te permettra d’en savoir plus sur l’importance de l’oxygène dans ton corps. Il t’aidera aussi à vérifier les résultats de ton expérience. 4. Dessine un schéma qui indique le trajet de certains gaz de l’air dans ton corps. Tu dois montrer leur rôle dans tes cellules. 5. Selon toi, comment la cellule utilise-t-elle l’oxygène qui lui parvient ? 6. Essaie de formuler une équation chimique en te basant sur les résultats de cette expérience. Cette équation doit illustrer ce qui se déroule dans tes cellules lorsque l’oxygène y pénètre et que le gaz carbonique en sort. 7. Lis le texte « Les dommages de la fumée de cigarette », à la page suivante. 8. Quels effets une diminution de l’oxygène présent dans l’air pourrait-elle avoir sur le corps humain ? 9. Réponds aux questions de la section « Je me questionne ». 10. Écoute les explications de ton enseignante ou de ton enseignant. Elles t’aideront à valider tes réponses. VERS LE FIL D’ARRIVÉE Conserve tes réponses et ton schéma. Ils t’aideront à réaliser le document d’accompagnement de ta trousse de survie, à la fin de cette exploration.

EXPLORATION 3

Le mal de l’air

131

Le trajet de l’air dans ton corps La molécule L’ENCYCLO, p. 213

Organe Une partie du corps qui remplit une fonction particulière. Par exemple : le cœur, le foie, etc. Nutriment Une substance qui résulte de la digestion des aliments et qui peut être absorbée par l’organisme. Par exemple : le glucose, les acides gras, les acides aminés, les vitamines et les minéraux.

ENRICHISSEMENT

Respirer ! Combien de fois par jour le fais-tu sans en avoir vraiment conscience ? Pour le savoir, fais-en le calcul.

L’air est composé à 21 % de molécules de dioxygène (O2). L’oxygène est essentiel au fonctionnement de ton corps. Les poumons ont pour rôle de permettre le passage de l’oxygène dans le sang. Le cœur propulse le sang oxygéné vers chacun des organes du corps. Les cellules qui constituent tes organes ont besoin de cet oxygène pour effectuer leur travail. L’oxygène les aide à transformer les nutriments en énergie. Cette énergie permet à tes organes de fonctionner. En échange de l’oxygène, le sang recueille du gaz carbonique (CO2). Ce gaz est un déchet qui résulte des transformations chimiques effectuées par la cellule. Le sang revient donc au cœur chargé de gaz carbonique. Là, il est de nouveau envoyé vers les poumons. Dans les poumons, le sang se décharge du gaz carbonique (lorsque tu expires).

Il reçoit aussi une nouvelle dose d’oxygène (lorsque tu inspires). Un nouveau cycle commence ! CO2

O2 Le trajet de l’air

Les poumons

Le cœur

Le trajet du sang

Des cellules

Les dommages de la fumée de cigarette

L’oxygène est essentiel à tous les organes du corps. C’est tellement vrai que, si ton cerveau manque d’oxygène, tu risques de t’évanouir. Ce sont les globules rouges du sang qui transportent l’oxygène (grossissement env. 2 600X).

132

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

Durant de nombreuses années, on a ignoré les dangers de la fumée secondaire. Cette fumée est celle qu’on respire en côtoyant les gens qui fument. On sait maintenant que respirer la fumée des autres accélère le rythme cardiaque et diminue l’apport en oxygène. Cette fumée irrite aussi les yeux et la gorge, et elle aggrave les problèmes respiratoires. Les enfants qui grandissent dans un milieu enfumé souffrent plus souvent de problèmes respiratoires : toux, otites, angines et asthme. Par ailleurs, fumer durant la grossesse augmente les risques de fausse couche et de « mort subite du

nourrisson ». La fumée secondaire incommode donc aussi bien la femme enceinte que son fœtus. En effet, certaines substances provenant de la fumée que la femme respire parviennent dans le sang du fœtus et mettent sa santé en danger. Les bébés des femmes ayant fumé durant leur grossesse ont plus souvent un petit poids à la naissance. Ils commencent leur vie avec des faiblesses respiratoires. Cela les rend plus vulnérables aux maladies. Leur espérance de vie est plus courte que celle des autres enfants du même âge.

ACTIVITÉ

5

RECHERCHE ET INTERPRÉTATION

Je me protège Comme tu l’as constaté, ton quartier est exposé à différentes sources de pollution atmosphérique. Beaucoup de gens souffrent de cette pollution. Il y a dans l’air qui t’entoure de la poussière et des grains de pollen en suspension. Comment ton corps se défend-il contre ces intrus ? Que peux-tu faire pour éviter qu’ils s’accumulent dans l’air en trop grande quantité ? Dans cette activité, tu verras comment fonctionne ton système immunitaire. De plus, tu proposeras des mesures pour améliorer la qualité de l’air que tu respires.

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Les adaptations L’ENCYCLO, p. 229

1 Selon toi, comment ton système respiratoire te protège-t-il de la poussière et des particules ? 2 Parfois, ces moyens ne sont pas suffisants. Tu dois alors faire appel à des mécanismes de défense bien particuliers. Pour les connaître, lis le texte « Une armée pour me défendre », à la page suivante. Il t’aidera à comprendre le rôle du système immunitaire. 3 Fais un résumé de ce que tu viens de lire. 4 Effectue une brève recherche. a) Tâche de découvrir les symptômes des allergies respiratoires, de l’asthme ou des autres malaises causés par une mauvaise qualité de l’air. b) Essaie de trouver des solutions pour aider les gens qui sont incommodés par une trop grande quantité de poussière ou de pollen dans l’air. 5 Certains comportements contribuent à la détérioration de la qualité de l’air. Observe bien les figures 22 et 23. On y présente des facteurs pouvant déclencher des problèmes respiratoires chez certaines personnes . 6 Reprends la liste des sources de pollution de l’air que tu as dressée à l’activité 1, « Mon quartier, mon habitat » (voir la page 127). Propose une solution pour chaque source de pollution de ta liste.

Figure 22 La poussière et les grains de pollen se déposent sur les fibres des tissus.

Ce phénomène se produit par exemple lorsqu’on fait sécher des vêtements à l’extérieur.

Figure 23 Plusieurs fois par année, des

associations proposent des solutions aux gens qui souffrent de malaises respiratoires.

Voici quelques organismes qui s’intéressent aux problèmes respiratoires : le Réseau québécois de l’asthme, l’Association pulmonaire du Québec, la Direction de la santé publique. Consulte leur site Web ou écris-leur un message par courrier électronique pour t’aider à trouver des solutions pour améliorer la qualité de l’air. EXPLORATION 3

Le mal de l’air

133

Une armée pour me défendre ENRICHISSEMENT

L’herbe à poux produit du pollen qui irrite les voies respiratoires de certaines personnes et entraîne le rhume des foins. En fait, l’herbe à poux est la principale cause du rhume des foins entre la mi-août et les premières gelées. De 6 % à 13 % de la population souffre de cette allergie. Organise une activité pour éliminer l’herbe à poux dans ton quartier. Tu dois t’y prendre avant la floraison de cette plante, qui a lieu au mois d’août.

Ce panneau d’affichage électronique, situé à la station de métro McGill, à Montréal, permet de connaître l’indice des allergènes dans l’air.

Le corps humain dispose de plusieurs moyens pour se défendre contre l’attaque des microorganismes. La première ligne de défense est la peau. Elle agit comme une barrière qui empêche les microorganismes de pénétrer dans l’organisme. Dans le système respiratoire, les poils, les cils vibratiles et les glandes à mucus empêchent les microorganismes et la poussière de pénétrer dans les poumons. Les globules blancs constituent notre deuxième ligne de défense. Ils encerclent les particules étrangères qui circulent dans le sang et les détruisent (voir la figure 24). Lorsque nous sommes infectés par un virus ou une bactérie, nous avons parfois de la fièvre. C’est encore une réaction de notre corps pour limiter la propagation des microorganismes et aider notre organisme à se rétablir. Notre corps possède un autre moyen de défense extrêmement efficace : les anticorps. C’est la troisième ligne de défense. Chaque anticorps est conçu pour combattre un

type de microorganisme précis. C’est étonnant, mais les vaccins contiennent, en réalité des microorganismes très affaiblis, morts ou artificiels. Ceux-ci donnent l’occasion à notre corps de développer les anticorps spécifiques à une maladie sans que nous soyons malades. Par la suite, si nous contractons cette maladie, notre corps peut réagir immédiatement pour la combattre. Les grains de poussière et de pollen présents dans l’air sont généralement inoffensifs. Malheureusement, notre corps n’interprète pas toujours correctement les signaux qu’il reçoit. Le système immunitaire des personnes allergiques au pollen réagit à cette substance comme s’il s’agissait de microorganismes très dangereux. Résultat ? Chaque fois que ces personnes respirent de l’air contenant du pollen, elles luttent contre ces particules. Les allergies sont donc des réactions exagérées de l’organisme. En fait, ce sont des dérèglements du système de défense lui-même.

Globule blanc Microorganisme pathogène

Figure 24 Les globules blancs présents dans ton sang encerclent les virus et les bactéries

et les détruisent (grossissement env. 2 600X).

134

MODULE 3

Avertissement de changements intenses

Activité synthèse de l’exploration

3

TECHNOLOGIE

Une trousse de survie La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438

Le moment est venu de créer un outil pour sensibiliser les gens au problème de la qualité de l’air : une trousse de survie ! Ta trousse comprendra le capteur de poussière que tu as fabriqué au cours de l’activité 2, une notice technique expliquant comment utiliser le capteur et un document d’accompagnement.

1 Chez toi, récupère une boîte pour construire le boîtier de ta trousse. 2 Rédige une notice technique expliquant comment utiliser le capteur de ENRICHISSEMENT

Selon toi, comment les personnes qui gouvernent ta ville, le Québec ou le Canada se soucient-elles de la qualité de l’air ? Énumère des mesures qu’elles ont prises pour améliorer la qualité de l’air ou pour sensibiliser les gens à ce problème.

poussière que tu as construit.Ta notice doit comporter : a) le schéma de principe de ton capteur ; b) les précautions à prendre quand on utilise le capteur ; c) les instructions nécessaires pour utiliser le capteur ; d) des conseils pour nettoyer et entretenir le capteur. 3 Conçois un document d’accompagnement. Celui-ci doit informer les gens sur : a) les facteurs qui nuisent à une bonne qualité de l’air ; b) les effets de ces facteurs sur l’être humain ; c) les solutions qu’on peut employer pour améliorer la qualité de l’air. 4 Élabore un plan de mise en marché pour ta trousse de survie.

Points à surveiller

ment de mon capteur de 1. J’explique clairement le fonctionne poussière dans ma notice technique. ssière à l’aide d’un schéma. 2. Je représente mon capteur de pou ces d’une mauvaise qualité 3. J’explique clairement les conséquen aine. de l’air sur ma vie et sur l’espèce hum ssée tout au long de cette 4. J’utilise l’information que j’ai ama exploration.

135

MES

DÉCOUVERTES

Exploration 1

des espèces sont apparues • Tout au long de l’histoire de la vie, et d’autres ont disparu (p. 100). quées, les humains • Parmi les espèces qu’ils ont domesti la reproduction. sélectionnent certains individus pour nner les caractéristiques De cette façon, ils arrivent à sélectio de ces espèces (p. 102). nouveaux environnements • L’adaptation des êtres vivants à de es espèces (p. 102 et 108). peut entraîner l’apparition de nouvell portantes modifications • La présence humaine entraîne d’im nes qui concernent le environnementales. En voici quelques-u Québec : yenne ; – augmentation de la température mo carbonique dans – augmentation de la quantité de gaz l’atmosphère ; la fréquence des – augmentation de la quantité et de précipitations ; tations (p. 103 et 104). – modification de la qualité des précipi nementaux ne sont ni tous • Les effets des changements environ bons ni tous mauvais (p. 106). changements environne• Il est possible de prédire l’effet des (p. 106 et 107). mentaux en réalisant une simulation e des végétaux (p. 109). • La cellule est le constituant de bas

Exploration 3

Exploration 2 • Chaque espèce animale a ses propres besoins et ses propres caractéristiques (mode de reproduction, aire de nidification, adaptations, etc.) (p. 116). • Chaque espèce animale occupe un habitat qui devrait répondre à ses besoins (p. 116). • Plusieurs facteurs peuvent menacer la survie des animaux (p. 117). • La taxonomie permet de classer le vivant (p. 118). • La théorie de l’évolution nous permet de présumer l’ordre d’apparition des espèces sur la Terre (p. 118). • Tous les êtres vivants sont constitués de cellules (p. 119). • La plupart des cellules sont visibles seulement au microscope (p. 119). • Toutes les cellules ont plusieurs constituants en commun (p. 119). • La division cellulaire est un processus qui comporte plusieurs étapes (p. 119). • La division cellulaire permet la croissance et la reproduction des êtres vivants (p. 119). • Chacune des parties d’un œuf joue un rôle dans le développement de l’embryon (p. 121). • La coquille de l’œuf et sa membrane interne permettent les échanges avec l’environnement et protègent l’embryon (p. 121). • Il faut parfois intervenir pour éviter que certaines espèces disparaissent (p. 122). • Tout le monde peut faire des gestes concrets pour favoriser la sauvegarde des animaux (p. 122).

les en suspension (p. 127). • L’air contient de nombreuses particu breuses sources (p. 128). • Ces particules proviennent de nom nt (p. 129). la santé des personnes qui m’entoure sur ts effe des a l’air de lité qua La • (p. 129). t être très grande à certains endroits peu l’air s dan res ssiè pou de é ntit qua • La iration cellulaire (p. 130). • L’oxygène est indispensable à la resp 133). es par la mauvaise qualité de l’air (p. • Plusieurs personnes sont incommodé améliorer la qualité de l’air (p. 133). • Je peux faire quelque chose pour aussi bien sible pour l’être humain. Elle lui nuit • La mauvaise qualité de l’air est nui ce (p. 133). en tant qu’individu qu’en tant qu’espè

136

CO N C E PTS C L É S DU MODULE 3

Projet du module

3

INTERPRÉTATION ET COMMUNICATION

• Acidité et basicité • Adaptations physiques et comportementales • Air (composition) • Atmosphère • Cahier des charges • Caractéristiques du vivant • Cellules végétales et animales • Constituants cellulaires visibles au microscope • Couches de l’atmosphère • Cycle de l’eau • Eau (répartition) • Espèce • Évolution • Fécondation • Gamme de fabrication • Gamètes • Gènes et chromosomes • Grossesse • Habitat • Ingénierie • Intrants et extrants (énergie, nutriments, déchets) • Matériau • Matériel • Modes de reproduction chez les animaux • Modes de reproduction chez les végétaux • Molécule • Niche écologique • Organes reproducteurs • Osmose et diffusion • Photosynthèse et respiration • Population

Ça va chauffer ! Au cours des trois explorations de ce module, tu as appris à mieux connaître les végétaux, les animaux et un animal particulier, l’être humain. Le monde vivant contient aussi d’autres règnes. C’est cette diversité qui le rend à la fois riche et fragile. Les changements environnementaux influent sur les organismes vivants. Les changements climatiques, en particulier, sont devenus un problème environnemental majeur. Dans ce projet, tu vas défendre l’opinion d’un personnage qui te sera attribué au cours d’un procès mettant en cause les changements climatiques.

1 Relis le début de ce module (voir les pages 98 et 99). 2 Pour t’assurer que tu as examiné tous les aspects du problème, consulte les notes que tu as prises tout au long du module. 3 Ton enseignante ou de ton enseignant t’expliquera le déroulement du procès et t’attribuera un rôle à jouer. Écoute ses consignes attentivement. 4 Participe à la préparation du procès. 5 Défends l’opinion de ton personnage de ton mieux. 6 À la lumière de ce que tu as appris au cours Mesdames et du procès, réponds aux questions messieurs, doit-on, oui ou non, se préoccuper des changements suivantes en donnant ton climatiques ? opinion personnelle : a) Est-il souhaitable de freiner les changements climatiques ? Pourquoi ? b) Si oui, dresse une liste des comportements humains qu’il faudrait modifier pour y arriver.

• Reproduction asexuée et sexuée • Schéma de construction • Schéma de principe • Taxonomie • Température • Types de sols

Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441

Points à surveiller

nage en me servant 1. Je défends l’opinion de mon person ris tout au long de d’arguments basés sur ce que j’ai app ce module. e et technologique 2. J’utilise le vocabulaire scientifiqu approprié à mon rôle. ux respecter les êtres vivants. 3. Je propose des solutions pour mie rs de ma participation 4. Je fais preuve d’originalité au cou au procès.

137

MODULE

4 Ma planète : ses ressources et ses limites La planète va-t-elle mieux ? Tu sais déjà que la planète Terre se situe dans un ensemble infiniment vaste : l’Univers. Tu as aussi constaté que les interventions de l’être humain ont des effets sur l’environnement et que l’équilibre de la planète est fragile.

Observe bien ces deux paysages. Invente un dialogue entre deux élèves. Leur conversation doit être reliée à l’environnement et à la santé de la planète.

138

Voici une conversation entendue au conseil municipal de Saint-Moustiquedes-Carrières entre madame Yva Fercho et monsieur Pierre Touvabien. Ce dialogue ressemble-t-il à celui que tu as imaginé entre les deux élèves, à la page précédente ?

Je crois que tout le monde doit agir pour préserver la Terre du réchauffement climatique. Je demande donc au conseil municipal de former un comité sur l’environnement.

Je ne suis pas d’accord ! La Ville a déjà beaucoup de dossiers à traiter. D’autant plus que la planète va mieux ! L’espérance de vie est meilleure et le taux de mortalité infantile a diminué. Le développement des technologies a permis d’éviter l’épuisement de certaines ressources. D’ailleurs, le réchauffement climatique n’aura peut-être pas lieu, car de nouvelles technologies font baisser le coût des énergies « propres » comme l’énergie éolienne.

Développement durable Une utilisation des ressources qui répond aux besoins actuels sans compromettre la satisfaction des besoins des générations futures.

Les données que vous citez ne montrent pas toute l’ampleur du problème. Entre autres, on prévoit la disparition de 25 % à 50 % des espèces animales dans le monde d’ici 50 ans. Le développement durable doit être Je crois que l’on devrait plutôt se servir une priorité. de l’argent des contribuables pour investir dans la santé et l’éducation. Pourquoi dépenser pour retarder de quelques années le réchauffement climatique ?

Les explorations de ce module t’aideront à mettre en ordre tes idées sur ces sujets d’actualité : la gestion des matières résiduelles et l’utilisation de l’énergie et des ressources naturelles. • Dans l’exploration 1, « Une visite au site d’enfouissement », tu découvriras : – que la consommation engendre des sous-produits : les matières résiduelles ; – que l’élimination des matières résiduelles pose des problèmes environnementaux.

Et toi, qu’en penses-tu ?

• Dans l’exploration 2, « L’énergie à bout de souffle », tu découvriras : – qu’il faut de l’énergie pour fabriquer des biens ; – qu’il existe une grande variété de moyens pour transformer de l’énergie ; – que l’utilisation de l’énergie peut poser des problèmes environnementaux. • Dans l’exploration 3, « Je m’amuse pour pas cher », tu concevras un objet en réutilisant des ressources. À la fin de ce module, au cours du projet « La planète va-t-elle mieux ? », tu devras donner ton opinion sur l’état de santé de la planète.

139

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 1 • Acidité • Air (composition)

1 Une visite au site d’enfouissement

• Atmosphère

La crise du s

• Atome • Changement chimique

M IC HÈ LE OU IM ET

• Changement physique • Composantes d’un système • Conservation de la matière • Eau (répartition) • États de la matière • Intrants et extrants (énergie, nutriments, déchets) • Masse • Matériau • Matière première • Molécule • Niche écologique • Propriétés • Système (fonction globale, intrants, procédés, extrants, contrôle) • Types de sols

ous Sommes-n ? s suremballÉé N IC O LA S

B ÉR U B

écois recymme les Québ « C’est fou co t un e am ie it ré ce mm en cl en t ! » la nça ent arrivée à Montréal. chem française, fraî re go rge an t b ac s verts es d sortes, La v ue d e to utes o ir à tt o d’em ballag es tr ign és sur le vite t sa gement al av ai m ai ne, l’ nt so is o ch aq ue se éc q ue les Q uéb li re la à co nv ai ncue s ti s’être co nv er no mb re ux à déchets. gion du tri des en ce s so nt tro mp eu ar Mais les app jusqu’a ux s d e gom me et u aq p s utilises. D es les Canadien , ls ie ic g lo e boîtes d s d e to nn es cin q millio n se nt p rè s de nt la moitié par année, do ] d’emballages au dépotoir. [… aboutit encore resse, Source : La P

ac vert

Lorsque le s ge ns déposent le ur s ordure s sur le tr ottoir, ils s’im ag inent qu’ils vien nent de régler le ur problème de dé chets. […] Mais les déchet s ne di sp ar ai sse nt pas par m ag ie . Il s so nt tr an sp or té s pa r ca mions da ns de s dé po to ir s, pudi quement appe lés si te s d’ en fo ui ss em en t. P rè s de 40 % des déch ets de la gran de ré gi on de Mon tréal aboutissen t da ns le dé po to ir de Brow ni ng Fe rr is Internat ional (BF I) , un e co mpagnie ca na di en ne située à Lachenaie. […] La cr ise des dé chets se prép ar e depuis des anné es. Non seulem ent le site de L ac he na ie est plein, ce qu i ét ai t ha ut em en t pr év is ib le depuis des lu st res, mais le s au tres dépotoirs de la région déborden t et souhaitent s’ag randir. […] Source : La Pres

se, 9 mars 2003.

En 2002, le Québec a produit plus de 11 millions de tonnes de matières résiduelles, dont 42 % ont été recyclées. Cela te semble un bel effort pour préserver l’environnement ? Pourtant, cela ne représente que la moitié de ce que nous pourrions recycler. Les emballages, entre autres, occupent encore trop de place dans les sites d’enfouissement. 1. À quoi servent les emballages ? 2. Comment sais-tu si un emballage est recyclable ou non ? 3. Quelles seraient les conséquences d’une réduction des emballages ? 4. Que faut-il faire des matières résiduelles lorsque les sites d’enfouissement sont pleins ?

140

ration 1 : au cours Voici le fil conducteur de l’explo s le vaste de cette exploration, tu découvrira monde des matières résiduelles. e écologique », • Dans l’activité 1, « Une enquêt s les habitudes aux pages 142 et 143, tu examinera écologiques de ta famille.

Matière résiduelle Toute matière qu’une personne, un commerce ou une industrie décide d’éliminer.

elles Sur le chemin des matières résidu matières teras de découvrir ce qui arrive aux • Dans les activités 2 à 5, tu ten sac que tu as placé devant chez toi. résiduelles après la disparition du 144 et 145, psie d’une poubelle », aux pages uto L’a « 2, ité tiv l’ac de rs cou Au – belle et de ton bac de récupération. tu analyseras le contenu de ta pou ’est-ce qui se passe dans un site – Au cours de l’activité 3, « Qu rmation 146 à 148, tu observeras la transfo d’enfouissement ? », aux pages de leur enfouissement. des matières résiduelles à la suite 150, les déchets ! », aux pages 149 et , feu Au « 4, ité tiv l’ac de rs – Au cou ération. matières résiduelles lors de l’incin tu observeras la transformation des », aux pages 151 meilleur sol pour les déchets – Au cours de l’activité 5, « Le s. pour enfouir des matières résiduelle sol ur ille me le s rira ouv déc tu , et 152 e 153, matières résiduelles », à la pag les sur m Zoo « 6, ité tiv l’ac s • Dan résiduelles et les différentes sortes de matières tu chercheras de l’information sur leur origine. yens pour à la page 154, tu proposeras des mo », ! as arr déb Bon « 7, ité tiv • Dans l’ac réduire les matières résiduelles. écopub », rs de l’activité synthèse « Mon À la fin de cette exploration, au cou age au problème liant afin de sensibiliser ton entour à la page 155, tu produiras un dép s. de la gestion des matières résiduelle

141

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Une enquête écologique I N F O - C A R R I È R E

Statisticienne ou statisticien En 2004, 2 320 personnes travaillaient dans le domaine de la statistique au Québec. Elles décrivent à l’aide de chiffres certains aspects des domaines social, économique, médical, politique, écologique, sportif, etc. Elles tentent aussi de prévoir leur évolution. Pour faire ce métier, il faut obtenir un diplôme universitaire en mathématique, en actuariat ou en statistique-informatique.

Tu as appris que les sites d’enfouissement sont bien remplis au Québec. Tu sais aussi que plusieurs matières recyclables se trouvent dans les poubelles. Cette activité te permettra d’enquêter sur les habitudes écologiques de ta famille. Est-ce que vous contribuez, ta famille et toi, au problème de la gestion des matières résiduelles ? Pour le savoir, tu dresseras une liste du contenu habituel des poubelles et du bac de récupération de ta famille. Tu compareras ensuite ta liste à celles des autres élèves de ta classe, puis avec les habitudes écologiques du Québec, du Canada et du reste du monde.

Les habitudes écologiques de ma famille, de ma classe et du Québec

1 Mène une enquête sur les habitudes écologiques de ta famille. Ton enseiVERS LE FIL D’ARRIVÉE Dans l’activité synthèse « Mon écopub », tu devras raconter comment le geste proposé à ta famille a modifié vos habitudes. Tu devras également présenter à ton entourage des statistiques intéressantes concernant les matières résiduelles.

142

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

gnante ou ton enseignant t’expliquera comment faire. 2 Compare les habitudes de ta famille à celles de tes camarades de classe. 3 Compare les habitudes des familles des élèves de ta classe à celles de la population du Québec. Ton enseignante ou ton enseignant te fournira de l’information à ce sujet. 4 Formule des recommandations pour réduire les matières résiduelles. 5 Quelles recommandations accepterais-tu de suivre ? Pourquoi ? 6 Choisis un geste concret en faveur de l’environnement. Propose à ta famille de le mettre en pratique.

Les habitudes écologiques du Canada et du reste du monde Maintenant que tu connais les habitudes de ta famille et des élèves de ta classe, compare-les avec celles du Canada et de certains pays du monde.

■ Quantité de matières résiduelles totale (100 000 tonnes)

2 500

■ Quantité de matières résiduelles par personne (kg)

2 000

1 500

1 000

500

0 PAYS

(POPULATION)

France (62 millions)

États-Unis (295 millions)

Canada (32 millions)

Japon (127 millions)

Mexique (104 millions)

Grande-Bretagne (59 millions)

Figure 1 La quantité de matières résiduelles produite dans quelques pays du monde en 2004

1 Observe la figure 1. 2 Réponds aux questions suivantes : a) Quel pays produit le moins de matières résiduelles par personne ? b) Quel pays produit le plus de matières résiduelles par personne ? c) Que sais-tu du niveau de vie des pays indiqués dans la figure 1 ? d) Le Canada, la France et la Grande-Bretagne ont des niveaux de vie semblables. Selon toi, pourquoi la production de matières résiduelles y est-elle si différente ? e) D’après toi, d’où proviennent ces matières résiduelles ?

Lorsqu’on évalue la quantité de matières résiduelles en tenant compte uniquement de leur masse, cela peut nous jouer des tours. En effet, l’utilisation croissante de contenants de plastique entraîne une réduction de la masse des matières résiduelles, mais une augmentation de leur volume. Par exemple, 2 kg de bouteilles de plastique prennent beaucoup plus de place que 2 kg de bouteilles de verre. Diminuer la masse n’est donc pas la seule solution au problème d’espace des sites d’enfouissement.

EXPLORATION 1

Une visite au dépotoir

143

ACTIVITÉ

2

INTERPRÉTATION

L’autopsie d’une poubelle La matière première L’ENCYCLO, p. 390

Avant d’examiner ce que deviennent les matières résiduelles, tu dois d’abord savoir ce qu’elles sont. Connais-tu les matières premières qui sont à l’origine des matières résiduelles qui se trouvent dans ta poubelle ?

1 Reproduis le tableau suivant. ENRICHISSEMENT

Calcule ton empreinte écologique, c’est-à-dire la surface de territoire qu’il te faut pour satisfaire tes besoins de consommation.

Matières résiduelles Bouteille de verre

Types de matières organiques

inorganiques

X

Matières premières Verre (sable et silice)

Types de ressources renouvelables

non renouvelables

X

2 Indique dans ton tableau les différentes matières résiduelles qu’on peut Matière organique Une matière constituée essentiellement de carbone et d’hydrogène. Elle constitue la matière première de tout organisme vivant. Par exemple : une pomme. Ressource renouvelable Une ressource naturelle provenant principalement des animaux et des végétaux. Elle ne s’épuise pas si elle est bien gérée. Par exemple : la forêt.

Dans plusieurs grandes villes du monde, des gens vivent dans les dépotoirs. Par exemple, à Mexico, une grande entreprise emploie un quart de million de personnes pour fouiller dans les ordures tous les jours. Elles trouvent des objets de valeur que l’entreprise vend ou utilise. Mais ces gens ne font pas que travailler dans le dépotoir. Ils y vivent avec leurs enfants et se logent avec ce qu’ils y trouvent.

144

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

retrouver dans la poubelle de ta famille. 3 Discute avec tes camarades de classe de ta liste de matières résiduelles. Complète la première colonne de ton tableau au besoin. 4 Remplis ton tableau en te servant de tes connaissances actuelles. Le tableau ci-dessus te donne un premier exemple pour t’aider. a) Indique si chaque déchet de ta liste provient de matières organiques ou de matières inorganiques. b) Nomme les matières premières qui ont servi à fabriquer cet objet. c) Indique si les matières utilisées pour fabriquer cet objet sont des ressources renouvelables ou non renouvelables. d) Quel lien peux-tu faire entre les types de matières et les types de ressources ? 5 Lis le texte « Les matières résiduelles disparaissent-elles vraiment ? », à la page suivante, pour en savoir plus sur le cycle de la matière.

Les matières résiduelles disparaissent-elles vraiment ? Imagine que tu te promènes dans une forêt. Tu observes que les animaux mangent et laissent des restes. Tu vois que les arbres perdent régulièrement leurs feuilles. Tu notes que les plantes et les animaux morts ne sont pas enterrés. Il devrait donc y avoir des montagnes de déchets. Pourtant, tu n’en trouves nulle part. Pourquoi ? Parce que, dans la nature, les déchets organiques sont constamment recyclés. Les végétaux utilisent l’eau, la lumière du soleil, le gaz carbonique et les minéraux du sol pour fabriquer de la matière organique. Celle-ci est à la base de tous les êtres vivants. Elle les nourrit et leur permet de grandir et de se reproduire. On dit que les végétaux sont des producteurs. Les animaux ne fabriquent pas de matière organique. Pour survivre, ils doivent manger des plantes ou d’autres animaux. On dit que les animaux sont des consommateurs. Il existe une troisième catégorie d’êtres vivants : les décomposeurs. Leur rôle est de transformer les déchets organiques (excréments, restes de nourriture, plantes ou animaux morts) en éléments inoffensifs pour l’environnement, comme le compost.

Les végétaux. Ils produisent de la matière organique.

Les décomposeurs. Ils décomposent la matière organique.

Les animaux. Ils consomment la matière organique.

Figure 2 Le cycle de la matière dans

la nature

La plupart des bactéries, des champignons, des insectes, des invertébrés et certains autres animaux sont des décomposeurs (voir la figure 2). Dans la société humaine, on trouve aussi des producteurs. Ce sont les industries qui fabriquent des biens à partir des matières premières puisées dans l’environnement. Les consommateurs, c’est chacun d’entre nous. Malheureusement, les décomposeurs ne sont pas aussi faciles à identifier dans notre société que dans la nature (voir la figure 3). Pour être aussi efficaces que la nature, nous devrions retourner à la Terre les matières utilisées sous une forme inoffensive pour l’environnement. Pour atteindre cet objectif de conservation de la matière, il faudrait prendre différents moyens : cesser d’utiliser les ressources non renouvelables (en effet, des études prévoient qu’au rythme actuel, certaines d’entre elles s’épuiseront d’ici deux siècles) ; réduire la quantité de matières résiduelles que nous produisons, par la récupération, le recyclage et la valorisation. Lorsque aucune de ces solutions n’est applicable, nous devons faire en sorte que nos matières résiduelles contaminent l’environnement le moins possible. Pour cela, on peut les incinérer ou les placer dans des sites d’enfouissement sanitaire, ce qui n’est pas sans causer des dommages à l’environnement. Comme tu peux le constater, il reste encore beaucoup de chemin à faire avant de régler le problème de la gestion des matières résiduelles.

La conservation de la masse L’ENCYCLO, p. 198 Les niches écologiques p. 236 à 238

L’ENCYCLO,

Compost Un mélange de substances organiques et minérales ressemblant à de la terre noire. Le composte résulte de la décomposition des résidus végétaux et animaux. Matière première Une matière d’origine naturelle qui subit une transformation artisanale ou industrielle.

• •

Les industries. Elles produisent des biens de consommation à partir des matières premières.

Une zone grise. La gestion des matières résiduelles.

Les êtres humains. Ils utilisent les biens de consommation.

Figure 3 Le cycle de la matière dans

notre société de consommation EXPLORATION 1

Une visite au dépotoir

145

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435

Enfouissement sanitaire Une pratique qui vise à enterrer les matières résiduelles dans des sites conçus pour protéger l’environnement.

3

EXPÉRIMENTATION

Qu’est-ce qui se passe dans un site d’enfouissement ? J‘observe Au Québec, en 2002, 83 % des matières résiduelles non dangereuses, comme le plastique, le papier et les restes de table, ont été placés dans des sites d’enfouissement sanitaire.

Je me questionne « Que deviendront des échantillons de restes de table si je les enfouis pendant deux semaines ? »

L’ancienne carrière Miron à Montréal, devenue le Complexe environnemental Saint-Michel, a servi de site d’enfouissement de 1968 à 1999. Ensuite, on a transformé 2,5 hectares du site en parc grâce à un projet communautaire.

Je précise mes variables Au cours de cette expérience, observe : a) la température du sol et de l’air; b) l’aspect de tes échantillons (par ex. : la couleur, l’odeur) ; c) la formation de résidus (solides, liquides ou gazeux).

J‘expérimente M

AT É R I E Protocole proposé L ✔ Trois th ermomètr es Voici un exemple de protocole pour ✔ Une la mpe réaliser cette expérience. Tu peux aussi ✔ Un bac de plastiqu e ✔ Un bac en proposer un autre. Sers-toi de celui-ci de récupé ra tion ✔ Un tuy comme modèle tout au long du module. au de caou tc houc M AT É R IAUX 1. Perce un trou dans le fond du bac ✔ Du gra vier de plastique. ✔ De la te rre noire ✔ Des m 2. Installe le tuyau de caoutchouc dans atières rési duelles le trou et dépose l’extrémité libre dans le bac de récupération. 3. Place du gravier dans le fond du bac de plastique. 4. Ajoute une couche de terre noire sur le gravier. 5. Enfouis complètement tes matières résiduelles dans la terre noire. 6. Mets un thermomètre dans la terre, un autre au-dessus de la terre et le dernier ailleurs dans la classe. 7. Pendant deux semaines, simule les conditions naturelles d’un site d’enfouissement. a) Pour simuler la pluie, arrose ton montage régulièrement. b) Pour simuler l’action du soleil, allume une lampe au-dessus de ton montage, 12 heures par jour.

146

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

8. Pendant deux semaines, observe les transformations qui se produisent. a) Note la température affichée par les trois thermomètres. b) Décris les changements survenus.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Organise tes résultats dans un tableau. 2. Voici quelques questions qui t’aideront à analyser tes résultats. a) As-tu observé une variation de température du sol et de l’air ? Essaie d’expliquer ces résultats. b) As-tu observé une décomposition de certaines matières ? Décris les changements survenus (par exemple, les pelures d’orange ont rapetissé de moitié). Indique les changements chimiques et les changements physiques. c) Est-ce que des résidus sont apparus ? Si oui, essaie d’expliquer ce résultat. d) À ton avis, quels facteurs peuvent accélérer la décomposition des matières biodégradables ? e) Quel type de matières résiduelles convient le mieux à l’enfouissement ? 3. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans le protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements. 4. Lis le texte « L’enfouissement sanitaire », à la page suivante, pour en savoir plus sur l’enfouissement.

Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

Les changements physiques L’ENCYCLO, p. 194 à 196 Les changements chimiques L’ENCYCLO, p. 197

Résidu Une matière qui reste après une série de changements chimiques ou physiques. Matière biodégradable Une matière qui peut se décomposer naturellement grâce à l’action des décomposeurs.

EXPLORATION 1

Une visite au dépotoir

147

L’enfouissement sanitaire 1 Compacteur à déchets

2 Déchets compactés

3 Couche d’argile

4 Tuyau d’évacuation du lixiviat

5 Tuyau d’évacuation

1

des biogaz

2

5

6 Sonde pour la vérification des eaux souterraines

3

6

4 Figure 4 Le schéma d’une cellule d’enfouissement sanitaire

Les états de la matière L’ENCYCLO, p. 180 et 181 Les intrants et les extrants p. 284

L’ENCYCLO,

Les habitants du sol p. 314

L’ENCYCLO,

Microorganisme Un organisme vivant (bactérie, levure, virus, etc.) composé d’une seule cellule et visible seulement au microscope. Lixiviat Un résidu liquide qui contient des substances provenant de la décomposition des matières résiduelles mélangées à de l’eau de pluie infiltrée. Biogaz Un mélange de gaz provenant de la décomposition des matières organiques en l’absence d’oxygène.

148

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

L’enfouissement sanitaire est la méthode la plus utilisée pour éliminer les matières résiduelles au Québec (voir la figure 4). On peut le considérer comme un système biologique. Des camions apportent les matières résiduelles au site. Ce sont les intrants. On les compacte, puis on les recouvre d’argile. Sous l’action des intempéries et des microorganismes, les matières enfouies se transforment. Les extrants sont les matières décomposées (le compost), les matières non décomposées (solides), le lixiviat (liquide) et le biogaz. Le lixiviat est retenu par la couche protectrice d’argile qui tapisse le fond du site. Il est acheminé vers un bassin de lixiviation. On le retire à l’aide d’une pompe et on le traite avant de le libérer dans l’environnement.

À mesure que les matières résiduelles se décomposent, du biogaz se forme. Le méthane (CH4 ) constitue environ la moitié de ce gaz. Le méthane peut être utilisé comme combustible. Il est important d’échantillonner régulièrement le site d’enfouissement. Cela permet de s’assurer que les extrants n’auront aucun effet négatif sur l’environnement.

On peut comparer un site d’enfouissement au système digestif de l’être humain. Les humains avalent des aliments et des boissons qui sont digérés. Il résulte de cette transformation des extrants solides, liquides et gazeux.

ACTIVITÉ

4

EXPÉRIMENTATION

Au feu, les déchets ! J‘observe L’incinération est une manière courante d’éliminer les matières résiduelles. Que deviennent les matières résiduelles qui sont incinérées ?

Je me questionne 1. « Que se passera-t-il si je brûle de la matière organique ? » 2. « Est-ce que je peux brûler des matières comme du plastique, du verre, du métal ou du papier ? » 3. « Quelles sont les conditions nécessaires à la combustion ? »

Incinération La réduction d’une matière en cendres. On incinère les matières résiduelles en les brûlant. Combustion Une réaction chimique résultant de la combinaison d’une matière combustible avec de l’oxygène. Cette réaction libère de l’énergie.

J‘expérimente 1. Tu assisteras à la démonstration des trois petites expériences suivantes : la matière organique qui brûle, l’incinération de différentes matières et les gaz de la combustion. 2. Observe les figures 5 à 7. 3. Observe les matières en cause, les transformations et les matières dégagées.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Réponds aux questions de la section « Je me questionne ». 2. Quel gaz est indispensable à la combustion ? 3. Quel gaz est produit au moment de la combustion ? 4. D’après toi, quel effet le gaz libéré au moment de l’incinération des matières résiduelles peut-il avoir sur l’atmosphère ? 5. Lis le texte « L’incinération », à la page suivante, pour en savoir plus sur l’incinération.

P1410-MM4E123

Figure 5 De la matière organique

Figure 6 L’incinération

qui brûle

de différentes matières

Figure 7 Les gaz de la combustion

EXPLORATION 1

Une visite au dépotoir

149

L’incinération On peut considérer l’incinérateur à déchets comme un système technologique (voir la figure 8). Ainsi, les intrants sont les différentes matières résiduelles. Idéalement, il faut les trier avant de les incinérer. On peut ainsi retirer celles qui ne brûlent pas complètement (qui sont très polluantes) et celles qui ne brûlent pas du tout (qui requièrent beaucoup d’énergie inutilement). Dans la chambre à combustion, les matières résiduelles sont transformées en différents extrants. Il faut ensuite s’assurer que ces extrants sont 9 inoffensifs, c’est-à-dire qu’ils ne sont pas nuisibles pour l’air, l’eau, le sol Extrants et les êtres vivants.

Les systèmes technologiques L’ENCYCLO, p. 392 à 395

Incinérateur Un appareil dans lequel on brûle les matières résiduelles.

1 Déchargement des matières

9 10 11 12

5 Convoyeur 6 Chambre à combustion 7 Récupération des cendres

résiduelles (intrants)

2 Stockage des matières résiduelles

et des résidus solides (extrants)

3 Grue 4 Chambre de chargement

8 Filtration des fumées

des matières résiduelles sur le convoyeur

Il y a trois sortes d’extrants : a) L’énergie. Elle se dégage sous forme de vapeur d’eau et de chaleur. On peut la récupérer et la transformer en électricité à l’aide d’un générateur. b) Les cendres et les matériaux qui ne brûlent pas. S’ils ne sont pas toxiques, on les enterre dans un site d’enfouissement. Sinon, il faut d’abord les décontaminer. Par ailleurs, on récupère les métaux. c) Les résidus de la combustion : le gaz carbonique, l’eau et les gaz toxiques. On doit filtrer les gaz toxiques dans la cheminée afin d’éviter de les libérer dans l’atmosphère.

Rejets gazeux filtrés (extrants) Récupération de la vapeur Chambre de refroidissement Récupération de l’eau (extrants)

10 Intrants

11

8

3

Extrants

6 4 1 5 7 2

12

Figure 8 Le schéma d’un incinérateur à déchets

150

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

ACTIVITÉ

5

EXPÉRIMENTATION

Le meilleur sol pour les déchets J‘observe Au cours de l’activité 3, tu as constaté que la décomposition des matières résiduelles produit un liquide après seulement quelques jours d’enfouissement. Lorsqu’il faut choisir l’emplacement d’un site d’enfouissement, il faut donc tenir compte du type de sol. En effet, le sol doit empêcher le lixiviat d’atteindre la nappe phréatique.

Je me questionne

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le tableau BOÎTE À OUTILS, p.

443

L’eau potable p. 304 et 305

L’ENCYCLO,

Les types de sols p. 311

L’ENCYCLO,

La texture et la structure du sol L’ENCYCLO, p. 313

« Parmi les types de sols dont je dispose en classe, lequel retiendra le plus d’eau ? » Réponds à cette question avant de réaliser l’expérience et justifie ton choix.

Je précise mes variables 1. Tu dois simuler les conditions naturelles d’humidité du sol. 2. Ton expérience doit te permettre de comparer la quantité d’eau versée sur le sol avec la quantité d’eau qui s’en écoule.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide du matériel et des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser cette expérience. 2. Dessine un schéma de ton montage. 3. Fais valider ton protocole et ton schéma par ton enseignante ou ton enseignant.

M AT É R I E L ✔ Quatre entonnoirs ✔ Un support universel iques ou ✔ Quatre anneaux métall un support à entonnoirs s de 100 mL ✔ Quatre cylindres gradué mL ✔ Quatre béchers de 100 M AT É R I A U X gile, sable, ✔ Quatre types de sols (ar terre noire, gravier) ✔ Quatre papiers filtres ✔ De l’eau

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Organise tes données sous forme de tableau. 2. Voici quelques questions qui t’aideront à analyser tes résultats. a) Décris la structure d’un sol qui laisse passer l’eau. Dans quelles situations ce type de sol est-il utile ? b) Décris la structure d’un sol qui retient bien l’eau. Dans quelles situations ce type de sol est-il utile ? c) Réponds à nouveau à la question de la section « Je me questionne ». 3. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements. 4. Consulte le tableau 1, à la page suivante, pour avoir un résumé des avantages et des inconvénients des deux principaux modes d’élimination des matières résiduelles. EXPLORATION 1

Une visite au dépotoir

151

Tableau 1 La comparaison des deux principaux modes d’élimination des déchets

L’enfouissement sanitaire Les responsables des sites d’enfouissement s’efforcent de respecter l’environnement. Cependant, des goélands fréquentent ces endroits par milliers pour se nourrir. Leurs excréments se retrouvent sur les terrains avoisinants. Ce fauconnier dresse ses oiseaux de proie pour chasser les goélands des sites d’enfouissement. Voilà un métier très spécial !

Intrants

Matières résiduelles

Matières résiduelles

Extrants

• • • •

• • • • • •

Avantages

• Ne présente pas de risque pour la nappe phréatique si le site est bien géré • Coûte moins cher que l’incinération • Convient à presque toutes les matières • On peut transformer les sites en parcs après usage • Le biogaz peut servir de combustible

• Ne présente pas de risque pour la nappe phréatique • Occupe peu d’espace • Peut fonctionner 24 h par jour • Ne dégage pas d’odeurs • N’attire pas les bestioles • L’énergie dégagée peut servir à produire de l’électricité

Inconvénients

• Requiert un type de sol adéquat • Nécessite des conditions climatiques adéquates • Cause des désagréments à la population avoisinante (odeurs, bestioles, poussière, insectes, etc.) • Se remplit rapidement • Requiert beaucoup d’espace • Les sites peuvent polluer (acidification du sol et de la nappe phréatique)

• Coûte cher • Requiert beaucoup d’énergie • Nécessite un tri car ne convient pas à toutes les matières • Produit des gaz toxiques qu’il faut traiter

Matière décomposée (compost) Matière solide non décomposée Lixiviat Biogaz (méthane, gaz carbonique, etc.)

Il y a des matières résiduelles à ne plus savoir quoi en faire. Et aucune méthode d’élimination n’est parfaite.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Assure-toi de bien comprendre les deux principaux modes d’élimination des matières résiduelles ainsi que leurs effets sur l’environnement. Comment résumeras-tu ces deux méthodes et leurs effets dans ton écopub ?

152

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

L’incinération Énergie Cendres Matériaux non combustibles (ex. métaux) Gaz carbonique Eau Gaz toxiques

Nous maîtrisons la situation. Nous faisons beaucoup de recyclage.

ACTIVITÉ

6

RECHERCHE ET COMMUNICATION

Zoom sur les matières résiduelles Maintenant que tu connais mieux les deux principales méthodes d’élimination des matières résiduelles, fais une recherche documentaire sur une matière résiduelle de ton choix.

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Communiquer efficacement p. 441 et 442

BOÎTE À OUTILS,

Les propriétés non caractéristiques de la matière L’ENCYCLO, p. 179 Les changements physiques p. 194 à 196

L’ENCYCLO,

Les changements chimiques p. 197

L’ENCYCLO,

La matière première p. 390

L’ENCYCLO,

T Les rejets des usines sont aussi des matières résiduelles.

1 Choisis une des matières résiduelles suivantes : – le verre ; – le plastique ; – les métaux et l’aluminium ; – les matières biodégradables ; – les pneus et le caoutchouc ; – les textiles ; – le papier et le carton ; – les résidus domestiques dangereux. 2 Fais une recherche documentaire pour en savoir plus sur cette matière. 3 Classe les renseignements que tu as recueillis de manière à décrire : a) les matières premières qui composent cette matière résiduelle ; b) les propriétés de cette matière résiduelle (par exemple : la flexibilité, la transparence, etc.) ; c) les problèmes soulevés par son utilisation (par exemple, les matières premières sont-elles renouvelables ou non renouvelables ?) ; d) la façon dont cette matière résiduelle réagit à l’enfouissement et à l’incinération (mentionne les changements physiques et les changements chimiques) ; e) les problèmes environnementaux liés à son élimination (dangers, pollution, etc.) ; f) ses usages si on la recycle ; g) toute autre information intéressante (fabrication, anecdotes, etc.). 4 Présente ta matière résiduelle à la classe.

VERS LE FIL D’ARRIVÉE Écoute bien les présentations des autres élèves. Dans l’activité synthèse « Mon écopub », tu devras présenter les renseignements les plus intéressants que tu as notés.

EXPLORATION 1

Une visite au dépotoir

153

ACTIVITÉ

7

INTERPRÉTATION

Bon débarras ! Depuis le début de cette exploration, tu as pu constater que l’élimination des matières résiduelles représente des risques pour l’environnement. S’il y a autant de matières résiduelles, c’est en partie parce que nous fabriquons beaucoup de biens de consommation. Cette activité t’amènera à proposer des gestes concrets pour diminuer la quantité de biens de consommation et donc de matières résiduelles.

▲ Le ruban de Möbius, symbole du recyclage

1 Reproduis le tableau suivant. Matières résiduelles

Réaction à l’enfouissement Biodégradable

Collecte sélective

Non biodégradable

Oui

X

X

Bouteille de verre

Non

Autres solutions Réduire

Réutiliser

Récupérer

Recycler

X

X

X

X

Valoriser

2 Remplis ton tableau en indiquant les différentes matières résiduelles que VERS LE FIL D’ARRIVÉE Dans cette activité, tu as découvert de nouvelles solutions au problème de la gestion des matières résiduelles. Comment utiliseras-tu ces solutions pour sensibiliser les gens dans l’activité synthèse « Mon écopub » ?

l’on trouve dans une poubelle typique. Chaque rangée doit correspondre à une matière résiduelle. Tu peux utiliser la liste que tu as dressée lors de l’activité 2, « L’autopsie d’une poubelle », à la page 144. 3 Pour en savoir plus sur les façons de donner une autre vie aux matières résiduelles, lis le texte « Vive Hervé ! », ci-dessous. 4 Propose des solutions pour économiser les ressources et diminuer la quantité de matières résiduelles.

Vive Hervé ! Chandail polaire Un chandail fabriqué à partir de microfibres plastiques.

Certaines écoles organisent des activités de compostage

154

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

Avant d’éliminer une matière résiduelle, pense aux autres solutions, c’est-à-dire aux 4RV ! Réduire : Tu peux consommer moins ou choisir des produits qui ont moins d’emballages (par exemple les aliments en vrac). Réutiliser : Avant de jeter quelque chose à la poubelle ou dans le bac, demande-toi comment tu pourrais le réutiliser (par exemple, tu peux te servir des contenants de yogourt pour conserver des aliments). Récupérer : La plupart des matières récupérées proviennent de la collecte sélective du secteur résidentiel. Tu peux participer à cette collecte en déposant les vieux journaux dans un bac de récupération.

Recycler : Le recyclage permet de convertir des matières résiduelles en nouveaux produits. Par exemple, le recyclage de 20 bouteilles en plastique de 2 litres permet de fabriquer un chandail polaire. Valoriser : Valoriser, c’est donner une valeur aux matières résiduelles. Par exemple, il est possible d’utiliser l’énergie dégagée par la combustion dans une usine d’incinération pour chauffer un bâtiment voisin. De même, dans les sites d’enfouissement, le biogaz est une source d’énergie. Quand tu fabriques du compost, tu valorises les matières résiduelles biodégradables. Le compostage est un bel exemple de valorisation des ressources.

Activité synthèse de l’exploration

1

COMMUNICATION

Mon écopub

Hubert Reeves est un astrophysicien né à Montréal en 1932. Il a publié plusieurs ouvrages de vulgarisation scientifique. Reeves prône le respect de la Terre. Il croit que la création de l’Univers est une histoire merveilleuse, mais il déplore que l’humain détruise sa planète. Selon lui, nous ne devons pas baisser les bras devant les problèmes écologiques. Hubert Reeves est un ardent défenseur du Protocole de Kyoto

SC I E N T I F I Q U E

Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 442

H I STO I R E

Saisis tes statistiques dans une base de données puis crée des diagrammes à l’aide d’un tableur.

Au cours de cette exploration, tu as découvert le monde de la gestion des matières résiduelles. Tu vas maintenant préparer un dépliant informatif pour sensibiliser ton entourage à ce problème.

1 Conçois un dépliant original dans lequel tu décriras : a) les statistiques que tu as trouvées impressionnantes (présente-les dans un diagramme, si possible) ; b) les types de matières résiduelles ; c) les procédés d’élimination ; d) les changements chimiques et les changements physiques que chaque matière subit quand on l’élimine ; e) les solutions autres que l’élimination ; f) tes propres conseils sur la gestion des matières résiduelles ; g) au moins une habitude que ta famille et toi avez changée depuis le début de cette exploration ; h) toute autre information que tu juges pertinente. 2 Respecte les règles de présentation ci-dessous : a) sers-toi d’une feuille de format lettre que tu plieras en trois ; b) utilise le recto et le verso de la feuille.

Points à surveiller

des matières le problème de la gestion 1. Je présente clairement résiduelles. tières blème de la gestion des ma pro au s ion lut so s de se 2. Je propo résiduelles. pris au le vocabulaire que j’ai ap et on ati rm fo l’in se tili 3. J’u tte exploration. cours des activités de ce t original. 4. Je présente un déplian

155

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 2 • Air (composition) • Atmosphère • Atome • Adaptations physiques et comportementales • Cahier des charges • Composantes d’un système • Cycle de l’eau • Habitat • Lumière (propriétés) • Manifestations naturelles de l’énergie • Matériau • Matériel • Ressources énergétiques renouvelables et non renouvelables • Schéma de principe • Système (fonction globale, intrants, procédés, extrants, contrôle) • Température • Transformations de l’énergie • Vents

1. À combien se sont élevés les coûts de l’énergie pour ta famille l’année dernière ? ec 2. Compare ces coûts av ceux des familles de tes camarades de classe. 3. D’où viennent les dif férences observées ? é4. Quel système énerg tique choisirais-tu pour ? la maison de tes rêves

156

2 L’énergie à bout de souffle Au cours de l’exploration précédente, tu as appris qu’on doit utiliser des ressources naturelles pour fabriquer des biens de consommation. La fabrication de ces biens demande une énergie qui peut coûter cher, sans compter que cette énergie provient parfois de sources non renouvelables. Tu verras au cours de cette exploration qu’on doit donc utiliser l’énergie aussi intelligemment que les ressources.

La chaleur fuit avec notre argent Tes parents trouvent que le coût du chauffage a été très élevé l’hiver dernier. Le système de chauffage a d’ailleurs eu du mal à suffire à la demande par grand froid. De plus, ils ont constaté qu’il y avait des fuites de chaleur. Ils ont rencontré une personne experte en efficacité énergétique. Elle leur a présenté plusieurs moyens pour réduire le montant de leur facture de chauffage. Tu as suivi de près les démarches de tes parents.

tu choisiras 2 : au cours de cette exploration, on rati plo l’ex de r teu duc con fil Voici le ison de tes rêves. un système énergétique pour la ma s le bilan de l’énergie », à la page 158, tu fera • Dans l’activité 1, « Découvrir tes connaissances sur l’énergie. page 159, nsformation de l’énergie », à la tra la sur m Zoo « 2, ité tiv l’ac • Dans isés pour transformer de l’énergie. tu découvriras certains moyens util , tu en apprendras t chaud ! », aux pages 160 et 161 • Dans l’activité 3, « Ouf ! Il fai plus sur l’effet de serre. , tu choisiras la maison », aux pages 162 et 163 à age uff cha Le « 4, ité tiv l’ac • Dans n de tes rêves. le système énergétique de la maiso examineras ls à revendre », à la page 164, tu • Dans l’activité 5, « Des consei tique. des conseils sur l’efficacité énergé feras des poils ? », aux pages 164 et 165, tu • Dans l’activité 6, « Plumes ou expériences sur l’isolation. 166 et 167, e peu traditionnelle », aux pages • Dans l’activité 7, « Une avenu rgie douce. e fonctionnant à l’aide d’une éne tu concevras un objet technologiqu dans de l’activité synthèse « L’énergie rs cou au , tion lora exp te cet de À la fin e énergétique page 168, tu présenteras le systèm la à », es rêv s me de n iso ma la de ton choix.

157

ACTIVITÉ

1

INTERPRÉTATION

Découvrir l’énergie Avant de choisir le système énergétique de la maison de tes rêves, tu dois faire le point sur ce que tu connais déjà au sujet de l’énergie.

Les manifestations naturelles de l’énergie L’ENCYCLO, p. 344 et 345 Le rôle de l’énergie p. 399

(EN ÉQUIVALENT DE 1 KG DE PÉTROLE)

L’ENCYCLO,

Les formes d’énergie p. 400 et 401

350

L’ENCYCLO,

300 250 200 Système énergétique Un système technologique permettant de transformer de l’énergie en chaleur ou en électricité.

150 100 50 0 PAYS

(POPULATION)

France

États-Unis

Canada

Japon

Mexique

(62 millions)

(295 millions)

(32 millions)

(127 millions)

(104 millions)

GrandeBretagne (59 millions)

Figure 9 L’énergie nécessaire pour produire 1 000 $ de biens de consommation dans

quelques pays du monde en 2004

1 Observe bien la figure 9. 2 Réponds aux questions suivantes :

Marie Curie (1867-1934) a poursuivi les travaux de Becquerel avec son mari, Pierre Curie. Elle a découvert que le radium et le polonium étaient radioactifs. Henri Becquerel, Pierre Curie et Marie Curie se sont partagé le prix Nobel de physique, en 1903. Marie Curie fut la première femme à recevoir un prix Nobel. Elle en a d’ailleurs reçu un second, pour ses travaux en chimie, en 1911.

SC I E N T I F I Q U E

Henri Becquerel (1852-1908) a découvert par hasard la radioactivité en mars 1896.

H I STO I R E

158

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

a) Quel pays utilise le moins d’énergie pour produire 1 000 $ de biens de consommation ? b) Quel pays utilise le plus d’énergie pour produire 1 000 $ de biens de consommation ? c) Comment expliques-tu ces différences ? 3 À l’aide de tes connaissances actuelles, réponds à ces questions sur l’énergie : a) Quel lien peux-tu faire entre l’énergie (le sujet de cette exploration) et la gestion des matières résiduelles (le sujet de l’exploration précédente) ? b) Quelles sont les manifestations naturelles de l’énergie ? c) Quels sont les moyens de transformation de l’énergie que tu connais ? d) À quoi peut servir l’énergie ? 4 Discute de tes réponses avec tes camarades de classe. Améliore ensuite tes réponses, s’il y a lieu.

ACTIVITÉ

2

RECHERCHE ET COMMUNICATION

Zoom sur la transformation de l’énergie L’énergie existe sous de multiples formes : cinétique, potentielle, thermique, chimique, nucléaire, rayonnante, etc. Elle peut passer d’une forme à l’autre, directement ou non.

Les panneaux solaires, les éoliennes, les barrages hydroélectriques et les centrales nucléaires sont tous des moyens pour transformer de l’énergie en électricité.

Certains moyens de transformation de l’énergie sont très simples. C’est le cas par exemple des éoliennes. D’autres, comme les centrales nucléaires, sont d’une grande complexité. Cette activité te permettra de découvrir les moyens pour transformer de l’énergie en électricité.

1 Choisis un moyen pour transformer de l’énergie. 2 Lis la théorie correspondant à la source d’énergie et au moyen de transformation de l’énergie que tu as choisis aux pages 346, 347 et 399 à 405 de ton manuel. 3 Effectue une recherche documentaire sur ton moyen de transformation de l’énergie. 4 Classe les renseignements que tu as recueillis. Assure-toi de traiter des aspects suivants : a) le type d’énergie (renouvelable ou non renouvelable) ; b) le fonctionnement de ton moyen en tant que système technologique (les intrants, les extrants, ce qui s’y passe) ; c) les avantages et les inconvénients de ce moyen (les coûts, les effets sur l’environnement, l’utilisation des ressources, etc.). 5 Présente ton moyen pour transformer de l’énergie à ta classe. Suis les directives VE RS LE FIL D’A RR IVÉE de ton enseignante ou de ton enseignant. Pendant les

présentations de tes cam arades de classe, prends en note l’information que tu trouves la plus pertinen te. Elle te sera utile pour présenter le systèm e énergétique de la maison de tes rêves.

Mener une recherche documentaire BOÎTE À OUTILS, p. 439 et 440 Communiquer efficacement p. 441 et 442

BOÎTE À OUTILS,

Les sources d’énergie sont-elles inépuisables ? L’ENCYCLO, p. 346 et 347 Les systèmes technologiques p. 392 à 395

L’ENCYCLO,

Les transformations de l’énergie L’ENCYCLO, p. 399 à 405

EXPLORATION 2

L’énergie à bout de souffle

159

ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le tableau BOÎTE À OUTILS,

p. 443

La température p. 185

L’ENCYCLO,

3

EXPÉRIMENTATION

Ouf ! Il fait chaud ! J‘observe L’énergie peut se manifester sous forme de chaleur. Parfois, cette chaleur peut nuire aux êtres vivants. T’est-il déjà arrivé d’éprouver de la difficulté à respirer en entrant dans une voiture restée longtemps au soleil ?

Je me questionne « Comment la température à l’intérieur d’un contenant hermétique et transparent changera-t-elle si je l’expose à la lumière ? »

Je précise mes variables M AT É R I E L ✔ Une lampe de table ✔ Des allumettes ✔ Un chronomètre é ✔ Des lunettes de sécurit 18 mm x 150 mm de s ette ouv ✔ Quatre épr ✔ Trois bouchons à un trou alcool à immersion ✔ Quatre thermomètres à partielle ✔ Une bonbonne de CO2 M AT É R I A U X ue de différentes ✔ Des pellicules de plastiq couleurs ✔ Du papier fumigène nc ✔ Une feuille de papier bla

160

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

1. Tu dois vérifier la température à l’intérieur de ton contenant avant et après une exposition à une source lumineuse. 2. Tu dois aussi simuler différentes conditions atmosphériques et physiques.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide du matériel et des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser l’expérience. 2. Dessine un schéma de ton montage. 3. Fais valider ton prototype et ton schéma par ton enseignante ou ton enseignant.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Organise tes résultats sous forme de tableau. 2. Réponds aux questions suivantes : a) Quels facteurs font varier la température à l’intérieur de ton montage ? b) Comment ces résultats peuvent-ils s’appliquer à la construction d’une maison ? 3. Améliore tes connaissances en lisant le texte « L’effet de serre », à la page suivante. 4. Est-ce que certaines activités humaines peuvent augmenter l’effet de serre ? Explique ta réponse en donnant des exemples. 5. Propose des moyens pour diminuer la contribution des humains à l’effet de serre. 6. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu VE RS LE FIL D’A RR IVÉE dans ton protocole ? Explique ndre ce Assure-toi de bien compre pourquoi tu ferais ces les et re ser qu’est l’effet de changements. à son amplification. problèmes liés l’activité Cela te sera utile lors de la maison ns da e rgi synthèse « L’éne de mes rêves ».

L’effet de serre L’effet de serre est un phénomène naturel. En fait, il est indispensable à la vie sur la Terre. En effet, sans lui, la température moyenne serait de –18 °C au lieu de 15 °C. De plus, les écarts de température entre le jour et la nuit seraient beaucoup plus importants. Les gaz à effet de serre sont la vapeur d’eau (H2O), le gaz carbonique (CO2), le méthane (CH4), l’oxyde nitreux (NO2), l’ozone (O3) et certains polluants chimiques. Environ la moitié de l’énergie que la Terre reçoit du Soleil atteint la surface du sol (voir la figure 10). L’autre moitié est réfléchie par les nuages et l’atmosphère (en particulier la couche d’ozone) et est retournée dans l’espace. Les surfaces de couleurs claires, comme la neige, les glaciers et les calottes polaires, réfléchissent également l’énergie solaire et la

retournent dans l’espace. Mais les terres et les océans absorbent cette énergie. Ils émettent ensuite une partie de celle-ci sous forme de chaleur. Cette chaleur s’échappe difficilement dans l’espace car elle est bloquée par les gaz à effet de serre. Comme les vitres d’une serre, les gaz à effet de serre laissent facilement entrer la lumière, mais laissent difficilement sortir la chaleur. L’effet de serre est devenu un problème depuis que l’être humain rejette dans l’atmosphère des gaz qui accentuent ce phénomène. Cette situation pourrait causer un réchauffement climatique qui entraînerait la fonte des calottes polaires, l’élévation du niveau de la mer et des bouleversements climatiques (pluies torrentielles, sécheresses, tornades, etc.).

L’énergie solaire La couche d’ozone

L’énergie solaire

La chaleur

L’atmosphère L’ENCYCLO, p. 292 à 297 La lumière p. 349

L’ENCYCLO,

ENRICHISSEMENT

Le problème de l’effet de serre a fait l’objet d’une entente mondiale controversée : le protocole de Kyoto. Fais une recherche pour en savoir plus sur ce protocole.

Certains environnementalistes prévoient un réchauffement de 1,4 °C à 5,8 °C d’ici 2100. Cela constituerait la plus importante variation de température depuis 10 000 ans. Cette variation pourrait entraîner des conséquences néfastes, comme une augmentation des catastrophes naturelles et la disparition de nombreuses espèces. Par exemple, le déluge du Saguenay, qui a eu lieu en juillet 1996, pourrait être lié aux changements climatiques.

Les gaz dans l’atmosphère

La chaleur

Figure 10 Le principe de l’effet de serre

D’une année à l’autre, on rejette dans l’atmosphère de plus en plus de gaz qui entraînent l’effet de serre.

L’effet de serre est un phénomène naturel. La Terre a connu bien d’autres changements climatiques.

EXPLORATION 2

L’énergie à bout de souffle

161

ACTIVITÉ

4

INTERPRÉTATION

Le chauffage à la maison Tu connais maintenant les moyens de transformation de l’énergie disponibles au Québec et dans le monde. Tu as également pris conscience des effets de chacun de ces moyens sur l’environnement. Tu vas maintenant explorer les systèmes de chauffage résidentiels.

ENRICHISSEMENT

Au Québec, presque toutes les maisons sont reliées au réseau d’HydroQuébec. Cependant, plusieurs personnes utilisent d’autres moyens que l’électricité pour chauffer leur maison (par exemple, le mazout ou le gaz naturel). Il y a aussi des gens qui produisent eux-mêmes de l’électricité.

Le Québec est un chef de file mondial en matière d’énergie hydroélectrique. L’histoire du développement hydroélectrique de notre province est fascinante. Entreprends une recherche pour en apprendre davantage à ce sujet.

Des objets associés aux systèmes de chauffage résidentiels

1 Lis la page suivante. Observe les figures 11 et 12. 2 Compare les coûts de chauffage annuels des différents systèmes utilisés au SC I E N T I F I Q U E

Luigi Galvani (1737-1798) est né à Bologne, en Italie. Il a été le premier à signaler la présence d’électricité dans le corps d’un animal. Il en est venu à cette conclusion après avoir vu des contractions musculaires chez une grenouille morte. L’animal se trouvait sur une table où fonctionnait un appareil électrique. Bien des découvertes scientifiques, comme celle-là, sont le résultat du hasard et d’un bon sens de l’observation !

H I STO I R E

162

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

Québec.Tu peux choisir un autre système que ceux des figures 11 et 12. 3 Compare leur production de gaz à effet de serre. 4 Choisis le système énergétique de la maison de tes rêves. Si ton choix s’arrête sur la thermopompe, lis le texte « Une technologie particulière : la thermopompe », que ton enseignante ou ton enseignant te remettra. 5 Consulte au besoin les résultats de recherche des élèves de ta classe lors de l’activité 2, « Zoom sur la transformation de l’énergie » (voir la page 159). Cela te permettra d’en savoir plus sur ton système énergétique.

Les coûts des systèmes de chauffage résidentiels Les données des figures 11 et 12 valent pour des systèmes de chauffage neufs ou très récents. En effet, plus un système est récent, plus son rendement énergétique est élevé. Cela vient du fait que les pièces sont en meilleur état et que les technologies utilisées sont de plus en plus efficaces. L’efficacité ou le rendement énergétique est le pourcentage de l’énergie fournie qui sert effectivement à chauffer ou à alimenter une maison en énergie. Le reste est considéré comme une perte. COÛTS ANNUELS

0$

400 $

800 $ 1200 $ 1600 $ 2 000 $ 2 400 $ 2 800 $ 3 200 $ 3 600 $ 4 000 $

Électricité

1 292 $

Mazout

877 $

Gaz naturel

1 235 $

Propane

2 010 $

Biénergie (électricité et mazout)

829 $

Biénergie (thermopompe et électricité)

923 $

Biénergie (thermopompe et mazout)

531 $

Bois (foyer)

1 873 $

Bois (poêle à combustion lente)

468 $

Figure 11 La comparaison des coûts annuels de différents systèmes de chauffage résidentiels au Québec, en 2004

Les gaz à effet de serre et les sytèmes de chauffage résidentiels PRODUCTION ANNUELLE DE GAZ À EFFET DE SERRE (EN ÉQUIVALENT D’UNE TONNE DE GAZ CARBONIQUE PAR ANNÉE)

Électricité

0t

0,9 t

1,8 t

2,7 t

3,6 t

7,2 t

8,1 t

9t

3,5 t

Propane

4,4 t

Biénergie (électricité et mazout)

1,7 t 0t 1,7 t

Bois (foyer) Bois (poêle à combustion lente)

6,3 t

5,2 t

Gaz naturel

Biénergie (thermopompe et mazout)

5,4 t

0t

Mazout

Biénergie (thermopompe et électricité)

4,5 t

5,6 t 1,4 t

Figure 12 La comparaison de la production annuelle de gaz à effet de serre de différents systèmes de chauffage

résidentiels au Québec, en 2004 Source : Agence de l’efficacité énergétique, gouvernement du Québec.

EXPLORATION 2

L’énergie à bout de souffle

163

ACTIVITÉ

5

INTERPRÉTATION

Des conseils à revendre La transformation de l’énergie est-elle efficace ? L’ENCYCLO, p. 406 et 407

Au cours de tes recherches sur les systèmes de chauffage résidentiels, tu as probablement vu qu’il y a des systèmes plus efficaces que d’autres. Mais le choix d’un système n’est pas le seul facteur lié à l’efficacité énergétique. Consommation totale d’électricité (par année) Chauffage

Répartition des pertes de chaleur (par année)

1 292 $

Fuite d’air

358 $

Électroménagers

412 $

Entretoit

103 $

Eau chaude

290 $

Portes et fenêtres

369 $

Mur hors-terre

186 $

Sous-sol

276 $

Facture totale

1 994 $

Total des coûts de chauffage

Source : Agence de l’efficacité énergétique, gouvernement du Québec.

Figure 13 La répartition typique

de la consommation d’électricité annuelle au Québec, en 2004

1 292 $

1 Observe la figure 13. Elle donne le détail des principales pertes de chaleur dans une maison chauffée à l’électricité. 2 Ton enseignante ou ton enseignant te fournira une liste de conseils en matière d’efficacité énergétique. Choisis au moins sept conseils que tu trouves pertinents pour améliorer l’efficacité énergétique de la maison de tes rêves. ACTIVITÉ

La démarche expérimentale BOÎTE À OUTILS, p. 433 à 435 Le tableau BOÎTE À OUTILS,

6

EXPÉRIMENTATION

Plumes ou poils ? J‘observe On peut augmenter l’efficacité énergétique d’une maison en l’isolant mieux. Les animaux aussi ont développé diverses manières de conserver leur chaleur par temps froid.

p. 443

Les adaptations liées au climat L’ENCYCLO, p. 229

Je me questionne « Parmi les matériaux isolants dont je dispose en classe, lequel conservera le mieux la chaleur ? »

Deux animaux bien isolés !

164

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

Je précise mes variables Ton expérience devrait te permettre : a) d’isoler ton montage avec diverses matières ; b) d’exposer ton montage au froid pendant un temps déterminé ; c) de vérifier le changement de température à l’intérieur de ton montage.

J‘expérimente

PROTOCOLE

1. À l’aide du matériel et des matériaux dont tu disposes, élabore un protocole pour réaliser l’expérience. 2. Dessine un schéma de ton montage. 3. Fais valider ton protocole et ton schéma par ton enseignante ou ton enseignant.

J‘analyse mes résultats et je les présente 1. Organise tes résultats sous forme de tableau. 2. Partage tes résultats avec les autres équipes. 3. Réponds aux questions suivantes : a) Quel matériau a laissé échapper le plus de chaleur ? Lequel a laissé échapper le moins de chaleur ? b) Nomme un animal qui utilise la laine pour se protéger du froid. Nommes-en un qui utilise les plumes ; la graisse ; la terre ; la fourrure. c) Selon tes résultats, quel animal est le mieux protégé contre les pertes de chaleur ? d) Parmi les matériaux isolants que tu as examinés, lequel est le meilleur pour isoler une maison ? e) Que proposerais-tu si tu devais fabriquer ton propre isolant pour une maison ? 4. Si tu devais refaire cette expérience, que modifierais-tu dans ton protocole ? Explique pourquoi tu ferais ces changements.

M AT É R I E L ✔ Un bécher de 1 000 mL ✔ Un bac de plastique ✔ Un bécher de 100 mL ✔ Une éprouvette de 25 mm

X 150 mm par matériau testé ✔ Un bouchon de caoutc houc avec un trou par matériau testé ✔ Un thermomètre à alco ol à immersion partielle par matériau testé ✔ Un chronomètre M AT É R I A U X ✔ De l’eau très froide ✔ De la glace concassée ✔ Divers matériaux isolant s : laine, plumes, graisse, terre noire, laine min érale, polystyrène, fourrure, sciu re de bois, etc.

Le meilleur isolant qui existe est l’air ! Plus une matière réussit à emprisonner l’air, plus elle conserve la chaleur. Lorsque nous avons froid, les poils de nos bras, par exemple, se hérissent. Ils emprisonnent ainsi l’air, ce qui nous garde au chaud ! Dans les pays tropicaux ou arides, porter plusieurs couches de vêtements amples empêche d’avoir trop chaud. Comme tu vois, un bon isolant est aussi pratique l’été que l’hiver.

EXPLORATION 2

L’énergie à bout de souffle

165

ACTIVITÉ

7

TECHNOLOGIE

Une avenue peu traditionnelle La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Le schéma de principe p. 386

L’ENCYCLO,

Les symboles normalisés p. 388

L’ENCYCLO,

Le matériau et le matériel p. 391

L’ENCYCLO,

Énergie douce Une énergie dont la production a peu ou n’a pas d’effets sur l’environnement.

L’énergie tirée du soleil et du vent peut servir à alimenter les résidences en électricité. Toutefois, les personnes qui construisent des maisons ou qui les rénovent ne proposent habituellement pas ces sources d’énergie douce. Les gens qui veulent alimenter leur maison avec ces types d’énergie doivent innover : ils doivent concevoir leur propre système électrique et prévoir un mode de chauffage de remplacement en cas de « panne de soleil » ou de « panne de vent » ! Une éolienne

Dans cette activité, tu approfondiras tes connaissances sur un système énergétique non traditionnel de ton choix. Tu évalueras ensuite l’efficacité de ce système.

1 Choisis l’un des deux défis suivants. Applique la démarche technologique

On considère l’hydroélectricité comme une énergie douce parce qu’elle ne produit presque pas de gaz à effet de serre. Pourtant, selon certaines recherches, les réservoirs d’Hydro-Québec émettraient 10 % des gaz à effet de serre produits au Québec. D’où viennent ces émissions ? De la matière organique en décomposition au fond des réservoirs !

166

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

pour le relever. • Premier défi : Construire un four solaire • Second défi : Construire une éolienne 2 Prends connaissance du cahier des charges correspondant au défi que tu as choisi (voir la page suivante). 3 Fais une recherche à la bibliothèque ou dans Internet pour savoir comment fabriquer ton modèle et comment l’utiliser. 4 Dessine un croquis de ton modèle. 5 Prépare le schéma de principe de ton modèle. 6 Réunis les matériaux et le matériel nécessaires pour fabriquer ton prototype. 7 Construis ton prototype. 8 Ajuste ton schéma de principe si nécessaire. 9 Évalue ta démarche technologique. a) Ton prototype fonctionne-t-il ? b) Ton prototype offre-t-il une bonne VE RS LE FIL D’A RR IVÉE efficacité énergétique ? c) As-tu choisi les bons matériaux ? e Comment les aspects qu nts d) As-tu choisi le bon concept de ssa tu as trouvés intére fonctionnement ? dans l’utilisation d’une ls énergie douce peuvent-i e) Comment améliorerais-tu ton prototype e tèm sys le t’aider à présenter si tu pouvais le refaire ? ison énergétique de la ma de tes rêves ?

PREMIER DÉFI

Construire un four solaire

SECOND DÉFI

Construire une éolienne

Cahier des charges

Cahier des charges

Nature et fonction de l‘objet

Nature et fonction de l‘objet

Construire un four solaire capable de cuire ou de chauffer des aliments en utilisant seulement de l’énergie solaire

Construire une éolienne capable d’activer un système de poulies pour puiser de l’eau en utilisant seulement l’énergie du vent.

Fabrication

Fabrication

Sur le plan physique, l’objet doit : – résister aux rayons ultraviolets ; – résister à la corrosion ; – ne pas dépasser la taille d’un bac de récupération. Sur le plan technique, l’objet doit : – pouvoir se fermer ; – pouvoir atteindre une température intérieure d’au moins 80 °C ; – être muni d’un réflecteur ajustable selon l’angle des rayons solaires. Sur le plan environnemental, l’objet doit fonctionner Réflecteur à l’aide de l’énergie Un appareil qu i solaire. réfléch

Sur le plan physique, l’objet doit : – résister aux rayons ultraviolets ; – résister à la corrosion ; – résister à la force du vent et à la pluie. Sur le plan technique, l’objet doit : – être muni de pales qui s’ajustent selon la direction du vent. Sur le plan environnemental, l’objet doit fonctionner à l’aide de l’énergie Pale La partie d’un du vent. e

Utilisation

Utilisation

Sur le plan humain, l’objet doit être : – léger ; – facile à transporter ; – facile à utiliser ; – sans danger.

Sur le plan humain, l’objet doit être : – facile à utiliser ; – sans danger.

hélice qui agit sur l’air.

it la lumiè et la chaleur à re l’aide de miroirs.

Un four solaire

Une éolienne

EXPLORATION 2

L’énergie à bout de souffle

167

Activité synthèse de l’exploration

2

COMMUNICATION

L’énergie dans la maison de mes rêves Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

Tu peux maintenant présenter à ta classe le système énergétique de la maison de tes rêves.

1 Décris le système énergétique que tu as choisi au cours de l’activité 4, « Le chauffage à la maison », à la page 162. 2 Traite des aspects suivants dans ta présentation : a) un schéma décrivant le fonctionnement et les composantes du système choisi ; b) le ou les types d’énergie utilisés ; c) les avantages et les inconvénients de ton système ; d) ses effets sur l’environnement et sur la santé ; e) sa contribution à l’amplification du phénomène de l’effet de serre ; f) des conseils pour augmenter l’efficacité énergétique de ton système et de ta maison ; g) les raisons pour lesquelles tu as choisi ce système.

Points à surveiller

es liés à la consommation 1. Je présente clairement les problèm d’énergie. ème énergétique choisi. 2. J’explique le fonctionnement du syst n système à l’aide 3. J’illustre le fonctionnement de mo d’un schéma clair. dement énergétique 4. J’explique comment améliorer le ren de mon système.

168

E X P LO RAT I O N CO N C E PTS C L É S D E L ’ E X P LO R ATI O N 3 • Cahier des charges • Matériau • Matériel • Matière première • Schéma de construction

3 Je m’amuse pour pas cher Des sourires à cinq cents Dans le monde, beaucoup d’enfants n’ont pas de jouets tels que tu les connais. Leurs parents sont pauvres, ils ont très peu de ressources matérielles, énergétiques et financières. Par contre, ces enfants utilisent leur imagination et fabriquent leurs propres jouets avec les ressources dont ils disposent. Cela t’est probablement déjà arrivé de jouer avec des « jouets » qui n’en étaient pas !

tions ration 3 : au cours des deux explora Voici le fil conducteur de l’explo rces et portance d’économiser les ressou l’im de nce scie con pris as tu es, précédent des millions te permettra d’expérimenter ce que tion lora exp re niè der te Cet ie. erg l’én et ou un instrument s le monde. Tu fabriqueras un jou d’enfants vivent chaque jour dan . que tu trouveras dans ton entourage de musique à l’aide d’objets usagés , tu mettras en is, j’y vais ! », aux pages 170 et 171 Dans l’activité 1, « Un, deux, tro tu as proposées : la réutilisation. application une des solutions que s au bout de rs de l’activité synthèse « Je vai À la fin de cette exploration, au cou ique que tu as tu évalueras la démarche technolog ma conception », à la page 172, ton instrument de musique. utilisée pour fabriquer ton jouet ou

169

ACTIVITÉ

1

TECHNOLOGIE

Un, deux, trois, j’y vais !

1 Établis un échéancier comprenant toutes les étapes de ton projet. Cela

La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438 Le schéma de construction p. 387 et 388

L’ENCYCLO,

La matière première, le matériau et le matériel L’ENCYCLO, p. 390 et 391

Établis ton échéancier à l’aide d’un logiciel de planification de projets.

te permettra de respecter le temps alloué pour cette activité par ton enseignante ou ton enseignant. 2 Lis attentivement les consignes du cahier des charges, à la page suivante. 3 Dresse un inventaire des jouets ou des instruments de musique que tu connais et avec lesquels tu aimes ou aimais jouer. Choisis parmi ces objets celui que tu veux fabriquer. 4 Fais la liste des matériaux et du matériel dont tu pourrais te servir. Essaie de trouver les caractéristiques de chacun d’eux. Indique comment tu pourrais les utiliser. Par exemple, une canette de boisson gazeuse est faite d’aluminium. Dans cet objet, l’aluminium est un métal souple qui se déforme facilement. La canette pourrait former le corps d’un animal, une locomotive, etc. 5 Dessine un croquis de ton prototype. 6 Prépare le schéma de construction de ton objet. 7 Construis un prototype. 8 Réalise ton jouet ou ton instrument de musique. 9 Ajuste ton schéma de VE RS LE FIL D’A RR IVÉE construction. ploration 1, Revois les activités de l’ex 0 Comment améliorerais-tu Peut-être ». ir oto « Une visite au dép ton prototype si tu devais ur po e idé e y trouveras-tu un le refaire ? ssante. ére int re tiè r une ma récupére

170

MODULE 4

Ma planète : ses ressources et ses limites

Cahier des charges Nature et fonction de l‘objet Construire un jouet ou un instrument de musique capable d’amuser les enfants.

Fabrication Sur le plan physique, l’objet : – doit être fabriqué avec des matériaux récupérés ; – ne doit contenir ni peinture ni autres produits chimiques ; – ne doit contenir ni colle ni ruban adhésif (sauf si tu ne trouves aucune autre solution). Sur le plan technique, l’objet doit être fait entièrement de matériaux usagés.

Utilisation Sur le plan humain, l’objet doit être : – facile à transporter ; – facile à utiliser ; – sans danger ; – adapté à un enfant. De plus, l’objet ne doit pas évoquer la violence, le sexisme ou le racisme. Sur le plan environnemental, l’objet doit être recyclable.

Une autre solution concrète pour conserver les ressources et l’énergie !

Si tout le monde faisait ça, les fabricants de jouets feraient faillite et le taux de chômage grimperait en flèche !

EXPLORATION 3

Je m’amuse pour pas cher

171

Activité synthèse de l’exploration

3

TECHNOLOGIE

Je vais au bout de ma conception La démarche technologique BOÎTE À OUTILS, p. 436 à 438

Tu as réalisé ton jouet ou ton instrument de musique. Il te reste maintenant à évaluer ta démarche technologique.

1 Dresse la liste des étapes que tu as suivies. 2 Explique chacune de ces étapes. 3 Évalue ta démarche technologique à l’aide de la grille que te remettra ton enseignante ou ton enseignant. 4 Accompagne ton jouet ou ton instrument de musique d’un texte de présentation. Celui-ci doit contenir les éléments suivants : a) les ressources utilisées ; b) le fonctionnement ; c) le choix des matériaux ; d) la description de ton schéma ; e) le lien avec l’énergie.

Points à surveiller

d’atteindre mon but. 1. Je choisis un scénario qui me permet ue. 2. Je planifie ma démarche technologiq ue. 3. J’évalue ma démarche technologiq 4. Je crée un prototype original. t. 5. Je coopère pour réaliser mon obje

172

MES

DÉCOUVERTES Exploration 1 • J’ai une part de responsabilité dan s la production et la gestion des matières résiduelles (p. 142). • Le Canada est le plus grand produc teur de matières résiduelles par personne au monde (p. 143). • La décomposition des matières rési duelles produit de nouvelles matières, comme le lixiviat et le biogaz (p. 146). • Les matières résiduelles biodégradab les se transforment lorsqu’elles sont incinérées ou enfouies (p. 149). • Certaines matières résiduelles ne son t pas biodégradables (p. 149). • L’oxygène est indispensable à la com bustion (p. 149). • Certaines matières ne sont pas com bustibles (p. 149). • Le meilleur sol pour l’enfouissemen t des matières résiduelles est un sol argileux (p. 151). • Les rejets de la décomposition ou de la combustion peuvent être nuisibl es pour l’environnement (p. 152).

Exploration 2

eur d’énergie (p. 158). • Le Canada est un grand consommat , chimique, es : cinétique, potentielle, thermique form rs sieu plu s sou te exis ie erg L’én • nucléaire, rayonnante, etc. (p. 159). e, ts moyens pour transformer de l’énergi • L’être humain a mis au point différen iques, la valorisation de la biomasse, par exemple les barrages hydroélectr les centrales nucléaires, etc. (p. 159). les éoliennes, les panneaux solaires, (p. 160). naturel amplifié par l’activité humaine ène nom phé un est e serr de fet L’ef • ge choisi, maison dépend du système de chauffa • La consommation d’énergie d’une on, sieurs facteurs comme l’isolati de son efficacité énergétique et de plu de fenêtres, etc. (p. 164). l’orientation géographique, le nombre ux pour isoler une maison (p. 164). • On peut utiliser différents matéria

Exploration 3 • Une des manières de conserver les ressources et l’énergie est de les réutiliser (p. 170 ).

173

CO N C E PTS C L É S DU MODULE 4

Projet dudumodule Projet module

4

COMMUNICATION

• Acidité • Adaptations physiques et comportementales • Air (composition) • Atmosphère • Atome • Cahier des charges • Changement chimique • Changement physique • Composantes d’un système • Conservation de la matière • Cycle de l’eau • Eau (répartition) • États de la matière • Habitat

La planète va-t-elle mieux ? Au début de ce module, tu as pris connaissance d’un dialogue entre deux personnages qui exprimaient des opinions contradictoires sur l’état de santé de la planète. Les trois explorations du module t’ont sûrement permis de te faire ta propre idée sur le sujet. Tu as maintenant l’occasion de faire connaître ton opinion sur l’état de santé de la planète.

• Intrants et extrants (énergie, nutriments, déchets) • Lumière (propriétés) • Manifestations naturelles de l’énergie • Masse • Matériau • Matériel • Matière première • Molécule • Niche écologique • Propriétés

1 Respecte la forme de communication proposée par ton enseignante ou

• Ressources énergétiques renouvelables et non renouvelables

ton enseignant. 2 Traite des aspects suivants dans ta communication : a) D’où proviennent les déchets ? b) Quels sont les problèmes et les solutions liés à la gestion des déchets ? c) Quels sont les problèmes et les solutions liés aux choix énergétiques ? d) Est-ce que la planète va mieux ? Pourquoi ? 3 Relis l’ouverture du module 4 aux pages 138 et 139. Es-tu d’accord avec monsieurTouvabien ou avec madameYva Fercho ? Explique tes raisons.

• Schéma de construction • Schéma de principe • Système (fonction globale, intrants, procédés, extrants, contrôle) • Température • Transformations de l’énergie • Types de sols • Vents

Points à surveiller Communiquer efficacement BOÎTE À OUTILS, p. 441 et 442

174

sources liés à l’utilisation des res x jeu en les dre ren mp co 1. Je fais et de l’énergie. pris tout le vocabulaire que j’ai ap et on ati rm fo l’in se tili 2. J’u au long du module. int de vue des autres. 3. Je suis à l’écoute du po ication res à la forme de commun tai en mm co s me e pt da 4. J’a choisie.

L’univers matériel . . . . . . . . . . .

176

L’univers vivant . . . . . . . . . . . . .

216

La Terre et l’espace . . . . . . . . .

290

L’univers technologique . . . . . .

376

175

L’univers matériel La matière : des substances naturelles ou fabriquées Regarde autour de toi : en classe, à la maison ou sur le chemin qui te mène à l’école, tu vois beaucoup d’objets de tailles et de formes différentes. Tout ce que tu vois, c’est de la matière. Certaines matières sont naturelles, d’autres sont fabriquées. Plusieurs sont indispensables à notre vie. Tu ne peux pas te passer des matières naturelles comme l’eau et l’air. Les matières fabriquées sont tout aussi précieuses. Que ferais-tu s’il n’y avait pas de chaises dans ta classe, pas d’autobus pour te transporter à l’école ou pas de téléphone ? Cependant, la fabrication et l’utilisation des matières peuvent avoir des conséquences sur l’air que nous respirons et sur l’eau que nous buvons. Il est important de connaître ces effets et d’utiliser la matière de façon responsable.

1 Les propriétés de la matière

Les propriétés non caractéristiques de la matière p. 179

SECTION

L’univers matériel

p. 178

2 Les transformations de la matière p. 194

SECTION

3 L’organisation de la matière

SECTION

176

p. 206

Les propriétés caractéristiques de la matière

p. 193

Les changements physiques

p. 195

Les changements chimiques

p. 197

La conservation de la masse

p. 198

Les substances pures et les mélanges

p. 199

L’atome

p. 207

Les éléments

p. 208

La molécule

p. 213

tériel » : s en lisant « L’univers ma Voici ce que tu découvrira », tu constateras que opriétés de la matière pr s Le « 1, on cti se la tances • D’abord, dans e qu’on fait de ces subs sag L’u s. me for es ers div sous les substances existent s ou leurs particularités. été s que varie selon leurs propri matière », tu constatera la de ns tio ma for ns tra on 2, « Les mains. • Ensuite, dans la secti sont modifiées par les hu ou t en em ell tur na nt me inconvénients les substances se transfor dre les avantages et les ren mp co x eu mi de re Ainsi, tu seras en mesu de ces transformations. eras au de la matière », tu plong on ati nis rga L’o « 3, on la secti la structure et • Pour terminer, dans si, tu pourras bien saisir Ain tit. pe t en im fin l’in ns cœur de la matière, da tances. la composition des subs

177

SECTION

1

Les propriétés de la matière

Les états de la matière

p. 180

La masse

p. 182

Le volume

p. 184

Les solides

p. 180

Les liquides

p. 180

Les gaz

p. 181

La théorie particulaire

p. 181

L’échelle Celsius p. 185 La température p. 185 Les propriétés non caractéristiques de la matière p. 179

La température et la pression atmosphérique p. 186 La température et la théorie particulaire

p. 187

Mesurer le degré d’acidité ou de basicité p. 189 1 Les propriétés de la matière

SECTION

L’univers matériel

Les acides et les bases

2 Les transformations de la matière

SECTION

p. 187

3 L’organisation de la matière

SECTION

Les propriétés caractéristiques de la matière p. 192

178

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Le point de fusion

p. 192

Le point d’ébullition

p. 192

Le papier tournesol

p. 190

Le pH

p. 190

D’un degré d’acidité à l’autre p. 191 Le papier pH universel

p. 192

Le pH mètre

p. 192

SURVOL

Des particularités utiles pour connaître la matière Observe les élèves de ta classe : tu remarqueras que les filles et les garçons sont tous différents. Chaque élève possède des particularités ou des propriétés qui aident à l’identifier. Par exemple, tel élève a les cheveux bruns. Cependant, cette propriété n’est pas suffisante pour le reconnaître, car plusieurs de tes camarades ont aussi les cheveux bruns. C’est ce qu’on appelle une propriété non caractéristique. Pour identifier précisément une personne, on peut utiliser ses empreintes digitales (voir la figure 1), qui sont uniques. Les empreintes digitales d’une personne sont une propriété caractéristique.

L’UTILISATION DE LA MATIÈRE DANS LE TEMPS

t Il y a 2,5 millions d’années

Figure 1 Les empreintes digitales sont

une propriété caractéristique parce qu’elles permettent d’identifier précisément une personne.

Les propriétés non caractéristiques de la matière

Nos premiers ancêtres commencent à fabriquer des outils faits de silex.

t Il y a 100 000 ans Pour réaliser les premières œuvres d’art, on appliquait par exemple de la terre rouge et du charbon de bois sur les parois des cavernes.

t 3 300 ans av. J.-C. Les Sumériens inventent l’écriture. Ils se servent de tablettes d’argile.

Il y a plusieurs substances dans ta classe. Malgré la diversité de leurs formes, on peut les classer en trois catégories : les solides, les liquides et les gaz. C’est ce qu’on appelle les états de la matière. Tu sais que soulever un pupitre demande plus d’effort que prendre un crayon. Pourquoi ? Parce que, entre autres, un pupitre contient plus de matière qu’un crayon. La quantité de matière d’une substance est exprimée par la masse. Un pupitre a une masse plus grande qu’un crayon. Observe les objets dans ta classe. Ta chaise occupe un espace plus grand que ton étui à crayons. L’espace occupé par la matière se nomme le volume. La chaise a un volume plus grand que l’étui à crayons. Tout ce qui possède une masse et un volume, c’est de la matière.

t 3 000 ans av. J.-C. Les Égyptiens arrivent à fondre le métal pour fabriquer des outils et des bijoux, ou pour décorer des œuvres d’art.

Ton corps est capable de sentir le chaud et le froid. Par exemple, tu distingues facilement l’eau chaude de l’eau froide. La température indique la quantité de chaleur contenue dans un objet ou une matière. En lisant les pages qui suivent, tu verras comment mesurer certaines propriétés non caractéristiques de la matière. Ces propriétés sont la masse, le volume et la température. Nous aborderons également une autre propriété non caractéristique des substances : leur caractère acide ou basique. SECTION 1

Les propriétés de la matière

179

Les états de la matière Température ambiante La température de l’environnement. Dans une pièce, cette température est d’environ 20 °C.

À la température ambiante, la matière peut se trouver à l’état solide, liquide ou gazeux. Les meubles, les murs et le plancher de ta classe sont à l’état solide. L’eau et les boissons que tu consommes sont à l’état liquide. L’air que tu respires est à l’état gazeux.

Les solides Les solides sont composés de particules retenues ensemble par des liens invisibles. Ces liens sont tellement forts que les particules ne peuvent pas se déplacer librement. Elles peuvent seulement vibrer, comme le font certains téléavertisseurs. C’est pourquoi les solides ont une forme précise et occupent un volume mesurable. Ainsi, tu peux facilement mesurer, à l’aide d’une règle, l’espace que prend ton pupitre. C’est aussi à cause de la force des liens entre les particules qu’il est difficile de déformer un solide (voir les figures 2 et 3). Figure 2 Un solide placé

Figure 3 Les particules des solides

dans un contenant conserve sa forme.

ne peuvent pas se déplacer librement. Elles peuvent seulement vibrer.

Les liquides Les liens qui relient les particules d’un liquide sont plus faibles que ceux qui relient les particules d’un solide. Contrairement aux particules d’un solide, les particules d’un liquide peuvent se déplacer lentement. Elles se comportent comme un groupe de personnes parlant et dansant dans une fête. Les gens peuvent circuler individuellement au sein du groupe. De petits groupes de personnes peuvent se déplacer légèrement, ou le groupe entier peut se rendre d’un endroit à un autre.

180

Figure 4 Un liquide prend

Figure 5 Les particules des liquides

la forme du contenant dans lequel il est placé.

peuvent se déplacer légèrement les unes par rapport aux autres.

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Contrairement aux particules des solides, les particules des liquides ne forment pas de structures rigides. Par conséquent, les particules d’un liquide ne conservent pas leur forme. C’est pourquoi un liquide prend la forme du contenant dans lequel il est placé (voir les figures 4 et 5).

Les gaz À la température ambiante, de nombreuses substances se présentent sous forme de gaz. Par exemple, l’air que tu respires est un gaz. Les liens entre les particules des gaz sont encore plus faibles que ceux qui relient les particules des liquides. Les particules des gaz peuvent donc se déplacer beaucoup plus librement que celles des liquides et des solides. En fait, il y a de grands espaces vides entre elles. C’est comme s’il y avait, dans un stade de baseball, deux personnes seules, très éloignées l’une de l’autre. Les particules de gaz se déplacent sans difficulté les unes par rapport aux autres. Elles sont tellement libres de leurs mouvements qu’elles peuvent circuler dans toutes les directions. Elles se répandent donc de façon à remplir tout l’espace d’un contenant ou d’une pièce (voir les figures 6 et 7).

Figure 6 Un gaz remplit

Figure 7 Les particules des gaz sont

complètement le contenant dans lequel il se trouve.

très éloignées les unes des autres; elles peuvent se déplacer librement dans toutes les directions.

La théorie particulaire De nos jours, les scientifiques utilisent la théorie particulaire pour expliquer la structure de la matière. Selon cette théorie, la matière est composée de particules invisibles à l’œil nu.

Voici les grandes lignes de la théorie particulaire : 1. Toute substance est faite de très petites particules. 2. Une substance est composée de particules semblables ou différentes. 3. Il y a de l’espace entre les particules. 4. Les particules sont toujours en mouvement. Ces mouvements sont plus ou moins rapides selon la température de la substance. 5. Les particules d’une substance s’attirent ou se repoussent l’une l’autre. La force de cette attraction ou de cette répulsion dépend de la sorte de particules présentes dans la substance.

SECTION 1

Les propriétés de la matière

181

Vérifie ce que tu as retenu

dans chaque cas. 1. Nomme l’état de la matière décrit le volume, du contenant dans a) La matière prend la forme, mais non lequel elle se trouve. plir tout l’espace disponible. b) La matière se répand, de façon à rem occupe un volume mesurable. c) La matière a une forme précise et mais une forme indéfinie. S’agit-il 2. Une substance a un volume défini ? d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz ce entre un solide, un liquide éren 3. Comment expliquerais-tu la diff t pas inscrit au cours de et un gaz à un élève de ton âge qui n’es Science et technologie ?

La masse : une question de quantité Selon la théorie particulaire, la matière est faite de petites particules. Comme ces particules sont minuscules, on ne peut ni les voir ni les compter. Une simple goutte d’eau contient plusieurs milliards de particules d’eau. Alors imagine la quantité de particules qu’il y a dans le corps humain ! La masse d’une substance donne un indice de la quantité de matière qu’elle renferme. Ainsi, un objet comme une voiture contient plus de matière que ta bicyclette. La voiture a donc une masse plus grande que la bicyclette. Pour déterminer la masse de différentes substances ou de différents objets, on a besoin d’un instrument de mesure. Pour exprimer la mesure, on a besoin d’une unité de mesure. Généralement, les scientifiques utilisent les unités du système international d’unités (SI) et les unités qui en sont dérivées (voir le tableau 1). Tableau 1 Les unités de mesure de base du système international d’unités (SI)

Unité de mesure

182

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Symbole

Mesure

Le mètre

m

La longueur

Le kilogramme

kg

La masse

La seconde

s

Le temps

Le kelvin

K

La température

La mole

mol

Une quantité de 6,02 x 10 23 particules de matière

La candela

cd

L’intensité lumineuse

L’ampère

A

L’intensité d’un courant électrique

On utilise le kilogramme comme unité de base pour mesurer la masse. Le tableau 2 te présente quelques exemples ainsi que leur masse. Tableau 2 La masse de quelques objets et d’une personne

Unité de mesure De grandes masses

Exemples

kilogramme (kg) 1 kg = 1 000 g

250 kg

60 kg

1 000 kg Des masses plus petites

gramme (g) 1 g = 0,001 kg ou 1 000 mg

On confond souvent la masse et le poids. Lorsque tu dis : « Je pèse 40 kg », tu fais une erreur. Ce n’est pas ton poids mais ta masse qui est de 40 kg. Le poids est une force qui s’exprime en newtons (N). Sur la Terre, le poids exercé sur un corps est de 9,8 N/kg. Ton poids serait donc de 392 N. Si tu étais sur la Lune, ton poids serait différent. Il serait le sixième de ton poids sur Terre, soit 65 N. Ta masse, elle, ne changerait pas. Dans « L’Univers technologique » (voir la page 414), tu verras plus en profondeur la notion de force.

180 N ! 25 g 100 g Des masses beaucoup plus petites

1g

milligramme (mg) 1 mg = 0,001 g ou 0,000 001 kg

100 mg 20 mg

L’instrument de mesure dont on se sert pour mesurer la masse est la balance (voir la figure 8).

Figure 8

Une balance à triple fléau de forme haute SECTION 1

Les propriétés de la matière

183

Le volume : une question d’espace Observe les objets de ta classe : ils sont petits ou grands, larges ou étroits, épais ou minces. Lorsque tu fais ce genre de comparaisons, tu t’intéresses à l’espace occupé par les objets, c’est-à-dire au volume. Il est possible de mesurer le volume des substances solides, liquides et gazeuses. Comme la masse, la mesure du volume est exprimée à l’aide d’unités de mesure. Toutefois, dans le cas du volume, l’unité de mesure et l’instrument de mesure diffèrent selon l’état de la matière. Autrement dit, on n’emploie pas la même unité ni le même instrument pour mesurer un solide régulier, un solide irrégulier ou un liquide (voir le tableau 3). Les unités de mesure du volume dérivent du mètre. En effet, un litre équivaut à un décimètre cube (dm3). Le litre est donc une unité de mesure dérivée de l’unité de mesure de la longueur. Tableau 3 Différentes méthodes de mesure du volume

Unité de mesure

Solide régulier

mètre cube (m3) centimètre cube (cm3) (1 cm3 = 0,000 001 m3)

Méthode de mesure

Instrument de mesure

On utilise la formule suivante : volume = longueur x base x hauteur

Règle, ruban à mesurer

hauteur

millimètre cube (mm3) (1 mm3 = 0,000 000 001 m3 )

longueur base

Solide irrégulier

millilitre (mL) centimètre cube (cm3) (1 mL = 1 cm3)

Liquide

litre (L) (1 L = 1 dm3 )

184

millilitre (mL) (1 mL = 0,001 L)

L’ENCYCLO

L’univers matériel

On peut mesurer le volume d’eau qui déborde d’un vase à trop-plein.

Cylindre gradué, vase à trop-plein

On peut placer l’objet dans un cylindre gradué contenant de l’eau et mesurer le volume d’eau déplacé.

On verse le liquide dans un cylindre gradué.

Cylindre gradué

Illustration de la méthode

La température : plus c’est chaud, plus ça bouge Écoutes-tu souvent les prévisions météorologiques ? Lorsqu’on annonce 30 °C, tu peux prévoir une journée à la plage. Mais si on prévoit -15 °C, l’activité que tu choisiras sera bien différente !

Faire chauffer ou refroidir de la nourriture fait partie de notre quotidien.

L’échelle Celsius Dans la vie de tous les jours, l’unité de mesure de la température est le degré Celsius (°C). Le degré Celcius est une unité dérivée du degré Kelvin. Pour étalonner un thermomètre en degrés Celsius, c’est-à-dire placer les graduations aux bons endroits, les scientifiques se servent des propriétés de l’eau. On sait que l’eau existe sous trois états : solide, liquide et gazeux. On donne la valeur zéro au degré de température où l’eau devient de la glace. Ensuite, on accorde la valeur 100 au degré de température où l’eau se transforme en vapeur. Il suffit ensuite de diviser l’espace entre ces deux repères en 100 unités (ou degrés) d’égale longueur. La figure 9 illustre cette démarche.

a) On attribue le nombre 0 au niveau du liquide du thermomètre placé dans un contenant d’eau et de glace.

b) On attribue le nombre 100 au niveau du liquide du thermomètre placé dans un contenant d’eau bouillante.

On confond souvent la température et la chaleur. La chaleur est une forme d’énergie qui se mesure à l’aide d’un appareil nommé calorimètre. L’unité de mesure de la chaleur est le joule.

c) On divise l’espace entre ces deux nombres en 100 degrés égaux.

Figure 9 La méthode pour étalonner un thermomètre en degrés Celsius

SECTION 1

Les propriétés de la matière

185

La température et la pression atmosphérique

Pression La force exercée sur une surface. Par exemple, lorsque tu pousses sur ton crayon pour écrire, tu appliques une pression sur le papier.

Les thermomètres gradués en degrés Celsius sont toujours étalonnés selon les propriétés de l’eau au niveau de la mer. C’est important parce que les particules d’eau se comportent différemment selon l’altitude. L’eau liquide bout à 100 °C au niveau de la mer. Toutefois, à 1 600 mètres d’altitude, l’eau bouillira à environ 94 °C. Cette différence vient de la pression atmosphérique. Pour comprendre ce qu’est la pression atmosphérique, imagine la scène suivante : tu t’assois sur le sol et trois élèves appuient sur tes épaules de toutes leurs forces. Tu auras de la difficulté à te lever parce que les mains des élèves exercent une force sur toi. Dans l’atmosphère, les particules d’air exercent aussi une force. Au niveau de la mer, l’épaisseur de l’atmosphère est à son maximum. Autrement dit, c’est là qu’il y a le plus de particules d’air au-dessus de toi. La pression atmosphérique est à son maximum. Par contre, plus on monte en altitude, plus l’atmosphère s’amincit. Il y a donc de moins en moins de particules d’air au-dessus de toi. La pression atmosphérique diminue. C’est comme s’il ne restait plus qu’un élève qui appuie sur tes épaules. Au niveau de la mer, la force exercée par la pression atmosphérique limite le passage de l’état liquide à l’état gazeux. Les particules d’eau liquide doivent atteindre 100 °C avant d’avoir assez d’énergie pour se transformer en gaz. C’est pourquoi l’eau bout à 100 °C au niveau de la mer. En altitude, la pression atmosphérique est plus faible. Par exemple, à 1 600 m d’altitude, les particules d’eau possèdent suffisamment d’énergie pour se transformer en gaz dès qu’elles atteignent 94 °C. Cela explique pourquoi l’eau bout à 94 °C à 1 600 m d’altitude (voir la figure 10). Plus la pression atmosphérique est grande, plus la température de l’eau doit être élevée pour passer de l’état liquide à l’état gazeux. Inversement, plus la pression atmosphérique est faible, plus la température d’ébullition de l’eau sera basse.

Limite de l’atmosphère

94 °C

100 °C Figure 10

À 1 600 m d’altitude, l’eau bout à 94 °C plutôt qu’à 100 °C parce que la pression atmosphérique est plus faible qu’au niveau de la mer.

186

L’ENCYCLO

L’univers matériel

1 600 m

La température et la théorie particulaire Les particules qui composent la matière sont toujours en mouvement. Dans les solides, les particules ne se déplacent pas : elles vibrent sur place. Dans les liquides, les particules bougent plus facilement. Par exemple, dans un verre d’eau, les particules bougent alors que, dans un glaçon, elles sont presque immobiles. C’est à cause de la vitesse des particules que l’eau liquide du verre est plus chaude que l’eau des glaçons. Il est pratiquement impossible de mesurer directement la vitesse des particules dans une matière. Les particules sont trop petites et elles se déplacent trop vite. Mais la température d’une substance donne un indice de la vitesse moyenne d’agitation de ses particules.

Les acides et les bases : des substances très présentes dans notre vie Tu peux goûter l’acidité lorsque tu mords dans un citron ou dans une salade arrosée de vinaigrette. Le goût aigre, c’est-à-dire piquant et sur, est une propriété des substances acides. Tu peux aussi goûter la basicité d’une substance lorsque tu visites ton dentiste. Cette personne injecte dans tes gencives un liquide qui t’évitera la douleur. Le goût amer que tu perçois est celui d’une substance basique. Ou encore, demande à une personne adulte de ton entourage de te faire goûter de la poudre à pâte (levure chimique), une autre substance basique.

États-Unis

Canada

212

ébullition de l’eau

100

98

température du corps

37

32

congélation de l’eau

0

Échelle Fahrenheit

Échelle Celsius

Aux États-Unis et au Canada, on utilise des échelles de température différentes.

Ton propre corps produit des bases et des acides puissants. En effet, l’estomac sécrète de l’acide chlorhydrique. Celui-ci s’attaque aux aliments. Il les décompose et les dissout pour en extraire les éléments nutritifs. On a parfois des brûlures d’estomac après avoir mangé une nourriture difficile à digérer. Cette sensation est provoquée par une trop grande quantité d’acide dans l’estomac ou par un reflux d’acidité dans l’œsophage. L’estomac lui-même est protégé contre l’action de cet acide grâce à son épaisse paroi. À leur sortie de l’estomac, les aliments sont mélangés avec des bases puissantes. Ce sont des bicarbonates sécrétés par le pancréas. Ces bicarbonates neutralisent l’effet de l’acide lorsque les aliments se trouvent dans l’intestin grêle (voir la figure 11). L’œsophage L’estomac Le pancréas L’intestin grêle

Figure 11 Le système digestif du corps humain

produit des bases et des acides puissants. SECTION 1

Les propriétés de la matière

187

Le venin produit par certains insectes constitue un autre exemple de substance acide. Pour se défendre, l’abeille, la guêpe et certaines fourmis produisent un liquide très acide (voir la figure 12). Lorsque tu te fais piquer ou mordre, l’acidité du venin réagit avec l’eau contenue dans les cellules de ta peau. Tu éprouves une sensation de brûlure. Pour soulager cette douleur, tu peux mettre sur ta peau du bicarbonate de sodium mélangé avec de l’eau. Comme le bicarbonate de sodium est une substance basique, il neutralise l’effet acide du venin de ces insectes. Figure 12 Le dard de l’abeille lui permet d’injecter

de l’acide à ses ennemis.

Certaines plantes, comme l’herbe à la puce, produisent une substance basique pour se défendre (voir la figure 13). Lorsque l’eau contenue dans la peau entre en contact avec ce produit, on sent une violente irritation. On peut soulager ces démangeaisons avec une substance légèrement acide, par exemple du vinaigre ou du jus de citron. Le tableau 4 présente quelques produits acides et basiques utilisés couramment. Figure 13 L’herbe à la puce produit Tableau 4 Quelques produits acides

une substance basique.

et basiques

188

Substances basiques

Acide chlorhydrique

Acide sulfurique

Vinaigre (acide acétique)

Ammoniaque

Bicarbonate de sodium

Eau de Javel (Hypochlorite de sodium)

• Décapant pour le béton • Nettoyant pour les cuvettes des toilettes

• Fabrication de plastiques, d’engrais et de teintures • Conducteur électrique pour les batteries de voitures

• Ingrédient utilisé en cuisine • Agent de conservation pour les aliments

• Nettoyant ménager • Fabrication d’engrais et d’explosifs

• Ingrédient utilisé en cuisine • Antiacide

• Désinfectant • Décolorant

Exemple de produit

Exemples d’usages

Nom

Substances acides

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Les substances acides ou basiques sont souvent utiles, mais elles peuvent parfois être dangereuses. Il est donc important de connaître leur degré d’acidité ou de basicité, exprimé en pH. Le pH indique si les substances sont très acides ou peu acides, ou très basiques ou peu basiques. Quand le degré d’acidité ou de basicité d’une substance change, elle ne réagit plus de la même façon avec d’autres substances. Par exemple, l’eau de pluie possède normalement un pH de 5,6. On peut qualifier cette valeur de faible acidité. Une telle acidité représente peu de danger pour les êtres vivants. Mais lorsque la pluie se mélange à certains polluants présents dans l’air, son acidité augmente. Tu ne sens pas la différence sur ta peau, mais les feuilles des arbres subissent des dommages. De plus, l’acidité des sols et des cours d’eau augmente, ce qui nuit à plusieurs végétaux et à plusieurs espèces de poissons. Il est extrêmement dangereux d’essayer d’estimer le degré d’acidité ou de basicité d’une substance en y goûtant. Lis les étiquettes des produits de nettoyage que tu trouves chez toi. Tu y verras des avertissements concernant les dangers des produits ayant une acidité ou une basicité élevée (voir la figure 14).

Svante Arrhenius (1859-1927) est un chimiste suédois. Il a défini avec précision les acides et les bases. Il a présenté sa théorie dans sa thèse de doctorat en 1884. Le comité qui examina son travail ne fut pas impressionné. Arrhenius obtint tout juste la note de passage. Cependant, quelques années plus tard, les chimistes reconnurent le bien-fondé de sa théorie. Il reçut le prix Nobel de chimie en 1903.

SC I E N T I F I Q U E

Mesurer le degré d’acidité ou de basicité

H I STO I R E

Figure 14 Les étiquettes de certains produits

de nettoyage pour la maison contiennent des avertissements concernant les dangers des bases et des acides forts.

Tu peux utiliser un indicateur pour mesurer l’acidité ou la basicité d’une substance. Un indicateur est une substance qui change de couleur en présence de matières acides ou basiques. Certaines fleurs sont des indicateurs naturels (voir la figure 15). Elles changent de couleur selon l’acidité ou la basicité du sol. Le lichen, le jus de chou rouge, le thé et le jus de raisin changent aussi de couleur en présence de substances acides ou basiques.

Figure 15 Les hortensias (ou hydrangées)

donnent des fleurs bleues lorsqu’ils sont cultivés dans un sol plutôt acide et des fleurs roses lorsqu’ils sont cultivés dans un sol neutre ou basique. SECTION 1

Les propriétés de la matière

189

Le papier tournesol : un indicateur utile Il existe du papier tournesol bleu et du papier tournesol rouge. Il faut utiliser les deux papiers pour avoir une bonne indication de l’acidité ou la basicité d’une substance. Le tableau 5 t’indique comment interpréter leur couleur après les avoir utilisés. Quand on trempe les deux papiers tournesols dans un liquide acide ou basique, un des deux papiers change de couleur (voir la figure 16). Si la couleur des deux papiers reste intacte, cela t’indique qu’il s’agit d’une substance neutre, c’est-à-dire ni acide ni basique. Le papier tournesol ne permet pas de mesurer avec précision le degré d’acidité ou de basicité, mais il fournit un indice utile.

Figure 16 Le papier tournesol est l’indicateur le plus ancien et le plus courant pour déterminer si une substance est acide ou basique. Tableau 5 Comment interpréter la couleur du papier tournesol

Le papier tournesol bleu

Le papier tournesol rouge

Substance acide

Vire au rouge

Conserve sa couleur rouge

Substance basique

Conserve sa couleur bleue

Vire au bleu

Substance neutre

Conserve sa couleur bleue

Conserve sa couleur rouge

Le pH : une échelle de mesure précise Tu as vu que le papier tournesol devient rouge ou reste rouge quand on le trempe dans une substance acide. Toutefois, le papier tournesol ne t’indiquera pas si cette substance est peu acide ou très acide. Pourtant, cette information peut être très importante. Par exemple, si l’eau d’un lac atteint un degré d’acidité élevé, les œufs de certaines espèces de poissons ne se développeront pas. Les adultes ne pourront pas être remplacés par des générations plus jeunes, et la population finira par disparaître. Au cours de tes expériences en laboratoire, tu auras besoin d’un moyen plus précis pour mesurer l’acidité et la basicité. Tu te serviras de l’échelle de pH (voir la figure 17, à la page suivante). Cette échelle classe les substances selon leur degré d’acidité ou de basicité. Elle va de 0 à 14. Les substances acides ont un pH inférieur à 7. Les substances basiques ont un pH supérieur à 7. Les substances ayant un pH de 7 ne sont ni acides ni basiques. Elles sont neutres.

190

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Observe la figure 17. Tu vois que l’eau pure a un pH de 7. Si tu te déplaces vers la gauche, tu trouveras des substances de plus en plus acides. La substance la plus acide de l’échelle a un pH près de 0. L’acide d’une batterie de voiture (ou acide sulfurique) est si fort qu’il peut faire fondre la peau. À l’inverse, si tu pars de l’eau pure et que tu vas vers la droite, tu verras des substances de plus en plus basiques. Les matières les plus basiques ont un pH près de 14. Les substances très basiques réagissent très fortement avec les tissus humains ainsi qu’avec différentes matières.

D’un degré d’acidité à l’autre Le pH d’une pomme est de 3 et celui d’un citron est de 2. Est-ce que cela signifie que le citron est seulement un peu plus acide que la pomme ? En fait, chaque degré de l’échelle de pH représente un facteur de 10. Autrement dit, le citron est 10 fois plus acide que la pomme ! Pour comparer les degrés d’acidité, on doit multiplier par 10 chaque fois que la valeur du pH diminue de 1. De même, on doit diviser par 10 chaque fois que la valeur du pH augmente de 1. La figure 17 compare le pH de certaines substances.

Estomac 1,2 Acide de batterie 0,2

0

1

Lait 6,6

Vinaigre 2,2 Jus de citron 2,0

2

Pluie 5,6

Pomme 3,0 Tomate 4,2

3

4

5

100 fois plus acide

Eau pure Bicarbonate 7,0 Eau des de sodium Grands Lacs Lait de Sang 8,2 8,5 magnésie humain 10,5 7,4

6

10 fois plus acide

7

8

10

11

12

13

14

10 fois plus basique

100 fois plus basique

1 000 fois plus acide

1 000 fois plus basique 10 000 fois plus basique

10 000 fois plus acide 100 000 fois plus acide 1 000 000 fois plus acide 10 000 000 fois plus acide

Substances acides

9

Ammoniaque 11,1

Nettoyant pour le four 13,9

100 000 fois plus basique 1 000 000 fois plus basique 10 000 000 fois plus basique

Substances neutres

Substances basiques

Figure 17 Comparaison des différents degrés d’acidité et de basicité sur l’échelle de pH

SECTION 1

Les propriétés de la matière

191

Le papier pH universel : un outil précis Le papier pH universel (voir la figure 18) est beaucoup plus pratique et précis que le papier tournesol. Sa nuance de couleur change à chaque degré d’acidité ou de basicité. Il donne donc le pH précis d’une substance, alors que le papier tournesol indiComparez la couleur que seulement si la substance dans un délai de 30 sec. pH 1 à 14 est acide ou basique.

Figure 18 On peut déterminer le pH d’une substance en comparant la couleur du papier pH universel trempé dans cette substance à une échelle de couleurs témoin.

Le pH mètre

Figure 19 Le pH mètre se sert

de la conductibilité électrique d’une substance pour déterminer son pH.

Le pH mètre est un appareil électronique (voir la figure 19) qui donne directement la valeur du pH d’une substance. Il utilise la capacité des substances liquides de conduire le courant électrique. Plus une substance est acide ou basique, mieux elle conduit le courant électrique.

Les propriétés caractéristiques de la matière Tu sais déjà que l’état de la matière est une propriété non caractéristique. Cependant, la température à laquelle une substance change d’état est un exemple de propriété caractéristique. Par exemple, une sorte de paraffine est la seule substance connue qui passe de l’état solide à l’état liquide à la température de 71 °C : c’est donc une propriété caractéristique de cette paraffine.

Le point de fusion Le passage de l’état solide à l’état liquide se nomme fusion. La température à laquelle on observe la fusion s’appelle le point de fusion. Le point de fusion de l’aluminium, par exemple, est de 660 °C. Cette propriété caractéristique permet de distinguer l’aluminium parmi d’autres substances.

Le point d’ébullition Le point d’ébullition est aussi une propriété caractéristique de la matière. Il s’agit de la température à laquelle une substance passe de l’état liquide à l’état gazeux. L’inverse, c’est-à-dire le passage de l’état gazeux à l’état liquide, se nomme condensation. La condensation a lieu à la même température que le point d’ébullition.

192

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Le tableau 6 donne les points de fusion et d’ébullition de quelques substances. Tableau 6 Quelques substances et leurs points de fusion et d’ébullition

Substance

Point de fusion (°C)

Point d’ébullition (°C)

Oxygène

– 218

– 183

Mercure

– 39

357

0

100

Étain

232

2 602

Plomb

328

1 740

Aluminium

660

2 519

Sel de table

801

1 413

Argent

962

2 162

Or

1 064

2 856

Fer

1 535

2 861

Eau

Vérifie ce que tu as retenu

propriété caractéristique et 1. Quelle est la différence entre une ne des exemples. une propriété non caractéristique ? Don ? 2. De quoi la masse est-elle un indice d’environ : 3. Nomme un objet qui a une masse c) 5 000 kg b) 10 kg a) 10 g 4. a) Que mesure le volume ? nt le volume ? b) Quelles unités de mesure exprime le volume ? urer mes à ent c) Quels instruments serv r s pou mesurer le volume 5. Explique comment tu t’y prendrai des objets suivants : a) une boîte de papier mouchoir b) une pomme orange c) la quantité de jus contenu dans une ne-t-elle au sujet des particules 6. a) Quel indice la température te don d’une substance ? la température ? b) Quel instrument permet de mesurer ir une température d’environ : 7. Nomme un objet qui pourrait avo c) 60 °C b) 20 °C a) –5 °C elle qui sert à mesurer le degré d’acidité l’éch 8. Comment nomme-t-on ou de basicité d’une substance ? 9. a) Explique ce qu’est un indicateur. précis : le papier tournesol ou b) Lequel de ces indicateurs est le plus le papier pH universel ? Pourquoi ? l tion inconnue sur du papier tourneso 10. Une élève verse une goutte de solu . leur cou de pas nge nesol ne cha rouge. Elle observe que le papier tour ? e clur a) Que peut-elle en con conclusions plus précises ? b) Que peut-elle faire pour rendre ses 5,5. n 8,2. Celui du fromage est d’environ 11. Le pH de l’eau de mer est d’enviro e ? Pourquoi ? a) Laquelle de ces substances est acid b) Laquelle est basique ? Pourquoi ? acide ni basique ? Explique ta réponse. 12. Une substance peut-elle n’être ni

Observe ces bougies attentivement. Imagine que, petit à petit, sous l’effet de la chaleur produite par la flamme, la cire fond. Elle était à l’état solide et, en fondant, elle passe à l’état liquide. Toujours sous l’effet de la chaleur, la cire liquide se vaporise. Elle passe à l’état gazeux.

SECTION 1

Les propriétés de la matière

193

SECTION

2

Les transformations de la matière Les changements physiques p. 195 1 Les propriétés de la matière

Les changements d’état et la théorie particulaire p. 196

SECTION

L’univers matériel

2 Les transformations de la matière

SECTION

3 L’organisation de la matière

Les changements chimiques p. 197 La conservation de la masse p. 198

SECTION

Les mélanges

p. 200

Les substances pures et les mélanges p. 199

Les solutions

p. 200

La dissolution

p. 201

La sédimentation p. 202 La séparation des mélanges

p. 202

La décantation

p. 203

La filtration

p. 203

La distillation

p. 204

SURVOL

La matière en mouvement L’humain est une espèce qui transforme beaucoup son environnement. Pense à une ville. Imagine les transformations qu’elle a subies depuis l’époque où elle n’était qu’un village ou même un territoire à l’état naturel. L’être humain transforme la matière pour répondre à ses besoins. Les objets dont tu te sers sont constitués de matière fabriquée ou transformée. Les contenants d’aluminium ou de plastique des jus et des boissons gazeuses sont faits à partir de matériaux transformés. Lorsque tu envoies ces contenants vides au recyclage, ils subissent à nouveau une transformation.

Compost Un mélange de substances organiques et minérales ressemblant à de la terre noire. Le compost résulte de la décomposition des résidus végétaux et animaux.

194

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Il y a aussi des transformations de la matière dans la nature. L’hiver, l’eau se change en neige et en glace. Elle s’évapore pendant les chaudes journées d’été. L’automne, les arbres perdent leurs feuilles. Ces dernières se transforment en compost qui servira en partie à enrichir le sol au printemps suivant. Dans cette section, tu verras que les transformations subies par la matière peuvent être classées en deux catégories : les changements physiques et les changements chimiques. De plus, tu constateras que la majorité des substances existent sous forme de mélanges. Pour finir, tu apprendras quelques techniques pour séparer les différentes substances présentes dans les mélanges.

Les changements physiques : des transformations réversibles À la fin de la section précédente (voir la page 192), nous avons présenté deux propriétés caractéristiques de la matière : le point de fusion et le point d’ébullition. Ces propriétés concernent les changements d’état de la matière. Nous avons dit aussi que certaines substances peuvent passer de l’état solide à l’état liquide, puis à l’état gazeux si on les chauffe suffisamment. Inversement, lorsqu’on refroidit certaines matières, elles passent de l’état gazeux à l’état liquide, puis à l’état solide. La figure 20 illustre ces transformations. Le tableau 7 dresse la liste des différents changements d’état et donne quelques exemples.

UN GAZ La

ide sol

n

ion

atio

sat

lim La

con

de n

sub La

ide iqu

nl

tio

nsa

de con ou on n lliti tio bu ra L’é vapo l’é

Les changements d’état de la matière sont des changements physiques. Dans de tels changements, les particules de la substance restent les mêmes. C’est seulement l’apparence de la substance qui change. L’apparence est une propriété non caractéristique. Ainsi, l’eau est toujours formée de particules d’eau, qu’il s’agisse de glace, d’eau liquide ou de vapeur d’eau. Elle conserve ses propriétés caractéristiques. De plus, les changements physiques sont réversibles. La substance qui subit le changement peut revenir à son état initial. Par exemple, la glace redevient de l’eau liquide lorsqu’elle fond.

La fusion

La solidification

UN SOLIDE

UN LIQUIDE Figure 20 Les changements d’état

de la matière

Tableau 7 Les changements d’état de la matière

Changement d’état

Lorsque la substance est chauffée

Lorsque la substance est refroidie

Explication

Exemple

La fusion (ou liquéfaction)

Passage de l’état solide à l’état liquide. La température à laquelle ce passage a lieu est le point de fusion.

• La glace qui fond. • La cire d’une bougie qui fond.

L’ébullition (ou vaporisation rapide)

Passage rapide de l’état liquide à l’état gazeux. La température à laquelle ce passage a lieu est le point d’ébullition.

• L’eau qui bout. • La cire portée à ébullition.

L’évaporation (ou vaporisation lente)

Passage lent de l’état liquide à l’état gazeux. Le passage a lieu à une température inférieure au point d’ébulition.

• Un vêtement qui sèche. • L’odeur d’essence qui se répand lorsqu’on fait le plein.

La sublimation

Passage direct de l’état solide à l’état gazeux.

Les cubes de glace qui « disparaissent » progressivement dans un congélateur.

La condensation liquide (ou liquéfaction)

Passage de l’état gazeux à l’état liquide. La température à laquelle ce passage a lieu est le point de condensation. C’est la même température que le point d’ébullition.

La vapeur d’eau qui se condense pour former les nuages.

La solidification (ou congélation)

Passage de l’état liquide à l’état solide. La température à laquelle ce passage a lieu est le point de congélation. C’est la même température que le point de fusion.

• L’eau liquide qui gèle et se transforme en glace. • La cire liquide qui coule le long d’une bougie et se fige lorsqu’elle redevient solide.

La condensation solide

Passage direct de l’état gazeux à l’état solide.

La vapeur d’eau qui gèle en formant du givre.

SECTION 2

Les transformations de la matière

195

température

D B

E

C

A temps

Les changements d’état et la théorie particulaire La théorie particulaire peut t’aider à comprendre ce qui arrive aux particules lorsqu’une substance passe d’un état à un autre.

AA

A

Prenons une substance solide. Elle a une forme précise. Les particules qui la composent sont très près les unes des autres. Elles ne peuvent pas facilement changer de position. Elles ne peuvent que vibrer. Lorsqu’on chauffe ce solide, sa température augmente. Ses particules vibrent de plus en plus fort et de plus en plus vite. Le volume du solide augmente peu à peu.

BB

Supposons que l’on continue de chauffer ce même solide. On va atteindre un point où les particules vibrent si fort que les liens qui les unissent se transforment. C’est le point de fusion. Le solide fond et se transforme graduellement en liquide. Pendant la période où le solide fond, toute la chaleur qu’il reçoit est utilisée pour transformer les liens entre les particules. C’est pourquoi la température cesse d’augmenter tant que tout le solide n’est pas fondu. Sur un diagramme de la température en fonction du temps, ce phénomène prend la forme d’un plateau nommé « palier de fusion ».

B

CC

Notre solide est maintenant devenu un liquide. Il a pris la forme du contenant dans lequel il se trouve. Ses particules sont moins près les unes des autres. Elles peuvent bouger légèrement. Lorsqu’on chauffe ce liquide, sa température augmente. Ses particules bougent de plus en plus librement et de plus en plus vite. Le volume du liquide augmente peu à peu.

C

D

Si l’on continue de chauffer le liquide, les particules finissent par bouger très fort et très vite. Les liens qui les unissent se brisent. Les particules peuvent même s’échapper du contenant dans lequel elles se trouvent. Le liquide a atteint son point d’ébullition. Il se transforme en gaz. Pendant toute cette transformation, la chaleur est utilisée pour briser les liens entre les particules. La température cesse d’augmenter tant que tout le liquide n’est pas devenu gazeux. C’est le second plateau de la courbe de la température en fonction du temps. On le nomme « palier d’ébullition ».

D

EE

La substance est maintenant devenue un gaz. Les particules s’échappent de leur contenant. Elles se dispersent rapidement dans toutes les directions. Les liens qui les unissent sont faibles et elles se déplacent facilement.

E

Vérifie ce que tu as retenu ière. 1. a) Nomme les trois états de la mat de la matière. b) Nomme les six changements d’état changements d’état. c) Donne un exemple pour chacun des t physique. 2. Explique ce qu’est un changemen e, de nouvelles substances 3. Au cours d’un changement physiqu nse. sont-elles produites ? Explique ta répo istiques d’une substance 4. Qu’arrive-t-il aux propriétés caractér ? au cours d’un changement physique

196

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Les changements chimiques : des transformations radicales Le papier qui se consume et l’essence qui brûle dans le moteur d’une voiture sont deux exemples de changements chimiques. Contrairement aux changements physiques, les changements chimiques provoquent l’apparition de nouvelles substances qui possèdent leurs propres propriétés. Dans le cas du papier qui brûle, on obtient plusieurs nouvelles substances, dont les cendres et le gaz carbonique. Ces deux substances sont très différentes du papier. Le papier est blanc alors que les cendres sont grises. Le papier est solide alors que le gaz carbonique est un gaz. Il est souvent difficile et même parfois impossible d’inverser un changement chimique. On ne peut pas recombiner les cendres et le gaz carbonique pour former à nouveau du papier. L’essence qui brûle dans le moteur d’une voiture est un autre exemple de changement chimique. Lorsque l’essence brûle en présence d’oxygène, différentes substances sont produites, comme de la vapeur d’eau et du gaz carbonique. Les gaz produits ne ressemblent pas du tout au liquide de départ. De plus, il est impossible de reformer de l’essence à partir des nouvelles substances créées.

Le papier qui brûle se transforme en cendre et en fumée.

Voici quatre indices qui permettent de supposer qu’il y a un changement chimique :

1. La formation d’un gaz (par exemple, la cuisson du pain)

2. La formation d’un résidu (par exemple, les stalagmites et les stalactites)

3. La production de chaleur ou de lumière (par exemple, les feux d’artifice)

4. Un changement de couleur (par exemple, la rouille)

Vérifie ce que tu as retenu

t ngement physique et un changemen 1. Quelle est la différence entre un cha chimique ? Donne des exemples. , de nouvelles substances 2. Au cours d’un changement chimique nse. sont-elles produites ? Explique ta répo istiques d’une substance au cours 3. Qu’arrive-t-il aux propriétés caractér d’un changement chimique ? SECTION 2

Les transformations de la matière

197

La conservation de la masse : rien ne se perd, rien ne se crée L’essence qui brûle dans le moteur d’une voiture produit, entre autres, du monoxyde de carbone. Ce gaz est très dangereux car il est inodore, invisible et il peut causer la mort par suffocation.

Antoine Laurent de Lavoisier est un scientifique français du 18e siècle. Il a réalisé beaucoup d’expériences sur les transformations de la matière. Afin de mieux comprendre ce qui arrive, il prenait des mesures aussi précises que possible. C’est ainsi qu’il a constaté que la masse des substances qui subissent une transformation est toujours égale à la masse des substances qui en résultent. Il a appelé ce phénomène la loi de la conservation de la masse. Prenons le cas d’un changement physique comme l’eau qui gèle. Si tu places un contenant en verre rempli d’eau et fermé hermétiquement au congélateur, que se passera-t-il ? Le contenant explosera parce que la glace brisera le verre en occupant plus d’espace. Mais la masse de l’eau, elle, demeurera la même que l’eau soit liquide ou solide. Puisque la masse reste toujours la même avant et après une transformation, c’est donc le volume qui change. Les conduites d’eau qui éclatent en hiver illustrent le même phénomène. Voyons maintenant un changement chimique : l’essence qui brûle dans le moteur d’une voiture. Au cours de la combustion, l’essence se combine à l’oxygène de l’air et se transforme en différents produits, dont le gaz carbonique et la vapeur d’eau. La masse de l’essence et de l’oxygène utilisés est la même que la masse de tous les gaz produits. Lavoisier disait : « Rien ne se perd, rien ne se crée. Tout se transforme. » Cela signifie que les substances de départ ne disparaissent pas. Dans le cas d’un changement physique, les particules changent d’état, se mélangent à d’autres particules ou se séparent. Dans le cas d’un changement chimique, ce sont les particules elles-mêmes qui subissent une transformation. Elles se fusionnent avec d’autres substances ou elles se divisent en deux ou plusieurs nouvelles substances. Nous verrons plus en détail ce qui se passe à l’intérieur des particules de matière à la section 3, « L’organisation de la matière ».

T Lavoisier réalisant une expérience dans son laboratoire

198

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Les substances pures et les mélanges As-tu déjà passé du temps à la plage ? Examine attentivement la figure 21. Le sable d’une plage se compose de grains provenant de différents minéraux. Il contient aussi des débris d’animaux et de végétaux. Qu’en est-il de l’air et de l’eau ? Sontils eux aussi formés d’un mélange de différentes particules ? Ou sont-ils parfaitement purs ? Dans les pages qui suivent, tu verras que beaucoup de substances familières sont en fait des mélanges. Tu découvriras la différence entre une substance pure, un mélange homogène et un mélange hétérogène. Observe la figure 22. Elle montre que la différence entre une substance pure et un mélange se trouve dans la composition des substances. Plus précisément, une substance pure ne contient qu’une sorte de particules, tandis qu’un mélange contient au moins deux sortes de particules.

Figure 21 Ce sable est-il une substance

pure ou un mélange ?

La matière

Elles ne contiennent qu’une sorte de particules. Ex. : sel, sucre, fer, diamant, oxygène, gaz carbonique, eau distillée, alcool pur

Les mélanges

Les mélanges homogènes (les solutions)

Les mélanges hétérogènes

Ils se composent d’au moins deux sortes de particules. Ces particules sont réparties uniformément dans le mélange. À l’œil nu, on a l’impression qu’il n’y a qu’une seule substance.

Ils se composent d’au moins deux sortes de particules. Ces particules ne sont pas réparties uniformément dans le mélange. À l’œil nu ou au microscope, on distingue au moins deux substances différentes.

Ex. : air, eau du robinet ou eau embouteillée, eau sucrée, eau salée, acier, bijou en or

Ex. : smog, eau boueuse, béton, pièce de 2 $

Les couleurs que les peintres appliquent sur leurs toiles sont obtenues grâce à des mélanges. Les œuvres peintes sur les parois des cavernes ont été faites à partir de mélanges de matériaux simples. Elles se sont conservées durant des milliers d’années. Les peintures modernes sont des mélanges différents. Elles sont formées de trois substances : un pigment, une résine et un solvant. Le pigment est la couleur. La résine fixe le pigment en séchant. Quant au solvant, il maintient la peinture liquide jusqu’à l’application.

SC I E N T I F I Q U E

Les substances pures

H I STO I R E

Figure 22 La classification de la matière selon sa composition

SECTION 2

Les transformations de la matière

199

Les mélanges : hétérogènes ou homogènes ? Qui aimerait respirer l’air pollué de la figure 23 ? Comme la plupart des gens, tu préfères sans doute respirer l’air pur de la figure 24. Quelle est la différence entre les deux ? L’air de la figure 23 est un exemple de smog. Si tu te trouves au milieu d’une nappe de smog, tu ne distingueras peut-être pas les polluants. Toutefois, si tu observes le smog d’une certaine distance, tu verras les polluants dans l’air sous la forme d’un nuage grisâtre. Le smog est un mélange hétérogène. Maintenant, si tu examines la figure 24, tu remarques que l’air est invisible. Tu sais que l’air est un mélange de différents gaz, mais ces gaz sont impossibles à distinguer les uns des autres. L’air pur est un mélange homogène. On appelle aussi les mélanges homogènes des « solutions ». Figure 23 Le smog est

un mélange hétérogène d’air et de divers polluants.

Figure 24 L’air pur est un mélange

homogène d’azote, d’oxygène et de gaz carbonique.

Les solutions : des mélanges homogènes Substance soluble Une substance dont les particules ont la capacité de se séparer jusqu’à ce qu’elles soient uniformément réparties dans une autre substance. Par exemple, le sucre est soluble dans l’eau. Solvant La partie d’un mélange qui dissout les autres substances. Soluté La partie d’un mélange qui est dissoute.

Figure 25 Dans une solution d’eau sucrée, les particules des deux substances sont uniformément réparties. Chaque particule de sucre conserve toutes les propriétés du sucre. Chaque particule d’eau conserve toutes les propriétés de l’eau. La solution possède les propriétés des deux substances.

200

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Les solutions sont des mélanges homogènes contenant deux ou plusieurs substances. Contrairement aux mélanges hétérogènes, on ne peut pas distinguer les différentes sortes de particules d’une solution. À vrai dire, une solution a la même apparence qu’une substance pure qui, elle, ne contient qu’une sorte de particules. Dans la solution d’eau sucrée de la figure 25, les particules de sucre sont réparties uniformément parmi les particules d’eau. Le sucre ne disparaît donc pas dans le mélange. On dit que le sucre se dissout dans l’eau ou qu’il est soluble dans l’eau. On voit aussi que, dans le mélange d’eau sucrée, il y a davantage de particules d’eau que de particules de sucre. La substance présente en plus grande quantité se nomme le solvant. La substance qui est présente en moins grande quantité s’appelle le soluté. Dans l’exemple de la figure 25, le solvant est l’eau et le soluté est le sucre.

Une particule de sucre Une particule d’eau

Dans une solution, il n’y a qu’un solvant. Toutefois, la solution peut contenir plusieurs solutés. Par exemple, l’air est une solution qui contient trois gaz principaux. Dans l’air, le solvant est l’azote. Les autres gaz constituent les solutés (voir la figure 26).

Azote (78 %) Oxygène (21 %)

Figure 26 Les principaux

Les autres gaz (environ 1 %)

constituants de l’air

Gaz carbonique (moins de 0,1 %)

La dissolution Lorsqu’on agite du sel dans un verre d’eau, cela forme un mélange homogène : une solution d’eau salée. Quand deux ou plusieurs substances se mélangent pour former une solution, on dit qu’il y a dissolution. Le soluté (le sel) se dissout dans le solvant (l’eau). Toutefois, le mélange de plusieurs substances ne forme pas toujours une solution. Par exemple, si on verse du sable dans de l’eau, on n’obtiendra pas une solution. Cela donnera plutôt un mélange hétérogène dans lequel on distingue bien les différentes substances. Pourquoi le sel se dissout-il dans l’eau et pas le sable ? Chaque grain de sel est fait de plusieurs milliards de particules. Ces particules s’attirent les unes les autres pour former un grain. Lorsqu’on dépose un grain de sel dans l’eau, des changements surviennent. L’attraction entre les particules d’eau et les particules de sel est très grande. Elle est plus forte que l’attraction des particules de sel entre elles. D’abord, les particules d’eau attirent une particule de sel à la surface du grain de sel. Elles la détachent du grain et l’éloignent des autres particules de sel. Ensuite, d’autres particules d’eau attirent d’autres particules de sel. Ce processus se poursuit jusqu’à ce que toutes les particules du grain soient détachées. La dissolution est alors complétée. Les particules de sel se répartissent uniformément dans l’eau (voir la figure 27). Un grain de sable déposé dans l’eau ne se dissout pas. Pourquoi ? Parce que l’attraction entre les particules d’eau et les particules de sable est plus faible que l’attraction des particules de sable entre elles. Le grain de sable reste donc intact.

a) Un grain de sel déposé dans l’eau

b) Le grain de sel se dissout : les particules d’eau détachent les particules qui se trouvent à la surface du grain de sel.

c) Le sel est dissous : les particules de sel se dispersent uniformément dans l’eau.

Figure 27 La dissolution du sel

dans l’eau SECTION 2

Les transformations de la matière

201

La séparation des mélanges À la maison, tu utilises déjà des procédés simples pour séparer les mélanges. Ainsi, tu te sers d’une passoire pour séparer les pâtes alimentaires de l’eau dans laquelle elles ont cuit. Tes parents emploient un filtre pour séparer les grains de café moulus du café infusé. Grâce à ces procédés simples, ces mélanges se séparent facilement. Mais on peut aussi vouloir réunir les ingrédients d’un mélange. Par exemple, on mélange le jus d’orange avant de le boire parce que la pulpe s’est déposée au fond de la bouteille. On fait la même chose avec la vinaigrette parce que le vinaigre et l’huile se sont séparés.

Dans les laboratoires des hôpitaux, on utilise un procédé de séparation appelé centrifugation. La centrifugation permet de séparer rapidement la partie liquide du sang, appelée plasma, de la partie solide, qui contient surtout des globules rouges. On transfuse le plasma à des gens qui souffrent de maladies du sang comme l’hémophilie.

Pourquoi séparer des mélanges ? Voici quelques exemples de situations où il est nécessaire de séparer les composants d’un mélange. Le pétrole est un mélange hétérogène. Il faut le distiller pour obtenir les différentes substances qui le composent. Une de celles-ci est l’essence, qui sert à faire rouler les voitures. Les bijoux sont souvent fabriqués avec des métaux qui se trouvent dans des roches. Ces roches sont des mélanges hétérogènes. Il faut les broyer et les chauffer pour en extraire le métal. C’est la même chose pour les contenants d’aluminium. À l’état naturel, l’aluminium est un métal qui ne se trouve pas sous une forme pure. On doit l’extraire d’une roche, la bauxite, qui est un mélange hétérogène. Dans la nature, l’eau douce est un mélange parfois homogène, parfois hétérogène. Elle doit souvent être filtrée et traitée avant de devenir potable. Quand on fabrique ou qu’on utilise divers produits, il se forme parfois des mélanges nuisibles pour l’environnement et pour la santé. C’est le cas de l’eau mélangée avec des déchets industriels, ou encore de l’air mélangé avec les substances rejetées par les voitures ou les usines. Dans ces deux derniers exemples, séparer les mélanges permet de préserver la santé et l’environnement.

La sédimentation : lentement mais sûrement La figure 28 montre un mélange hétérogène d’eau boueuse. Tu peux voir qu’au bout d’un certain temps les particules du mélange se séparent. Les substances

JOUR 1

JOUR 2

Figure 28 La sédimentation de l’eau

boueuse. Après quelque temps, on peut voir le sédiment qui s’est déposé au fond du bécher.

202

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Sédiment

solides, plus lourdes que les particules d’eau, se déposent au fond du bécher. Elles forment un sédiment. Ce procédé de séparation se nomme la sédimentation. La sédimentation a lieu dans le jus d’orange, quand la pulpe se dépose au fond du contenant. Dans la vinaigrette, après un moment, le vinaigre et l’huile se séparent par sédimentation. Les particules de vinaigre se déposent au fond du contenant, tandis que les particules d’huile flottent sur le vinaigre. La sédimentation est un processus qui s’effectue naturellement. Il s’agit simplement de laisser reposer le mélange. Par exemple, la sédimentation est un procédé efficace pour traiter l’eau. On la puise dans un cours d’eau, puis on la fait passer par un bassin de sédimentation. Cela permet de séparer les débris de l’eau ellemême. Dans les stations d’épuration des eaux, la sédimentation est souvent une des étapes réalisées en vue de rendre l’eau potable.

La décantation : d’un contenant à un autre On utilise souvent la décantation après la sédimentation. La décantation permet de séparer un mélange hétérogène qui présente des couches afin d’obtenir des substances distinctes. Pour réaliser une décantation, il suffit de verser une des couches dans un autre contenant (voir la figure 29). Reprenons l’exemple de l’eau boueuse. Si les particules de boue se trouvent au fond du bécher, alors il suffit de transvaser l’eau dans un autre bécher pour séparer l’eau et la boue.

Figure 29 Une méthode pour réaliser

la décantation de deux liquides

La filtration : rapide et efficace L’aspirateur est un exemple d’appareil utilisant le procédé de filtration. Si on l’ouvre, on voit un filtre qui retient les poussières et les résidus aspirés et qui laisse passer l’air. Une passoire est aussi un filtre qui retient les aliments et laisse passer l’eau de cuisson. La filtration permet de séparer les différentes substances d’un mélange hétérogène. Elle peut remplacer la sédimentation et la décantation. Parfois, un mélange hétérogène contient des substances qui forment des gouttelettes qui restent en suspension dans le liquide. Tu pourrais attendre très longtemps avant que ces gouttelettes se séparent du mélange, par sédimentation. On peut accélérer le processus de séparation en utilisant la filtration (voir la figure 30). Tu peux faire passer un mélange d’eau boueuse à travers un papier filtre. Ce papier est percé de nombreux petits trous. Le papier retient les particules les plus grosses (le résidu) et les trous laissent passer les plus petites (le filtrat).

Résidu

Filtrat

Mélange

Figure 30 Une méthode pour filtrer

le contenu d’un bécher SECTION 2

Les transformations de la matière

203

Entrée de l’eau (cycle de filtration)

Certaines baleines, comme le rorqual à bosses, utilisent le procédé de filtration pour se nourrir. Elles font pénétrer dans leur gueule une grande quantité d’eau, de plancton et de petits poissons. Puis, avec leur langue, elles poussent le mélange d’eau, de plancton et de poissons vers l’avant et le font passer à travers leurs fanons. Les fanons des baleines agissent comme un filtre qui retient le plancton et les poissons à l’intérieur et laisse sortir l’eau à l’extérieur.

Évacuation de l’eau de lavage vers les égouts

a)

Lit filtrant a) anthracite b) sable

b) Entrée de l’eau et de l’air de lavage

Sortie vers le bassin d’eau filtrée

Busettes de fond Faux-plancher

Cycle de filtration

Cycle de lavage

Dans les stations d’épuration des eaux, on fait passer l’eau à travers des lits d’anthracite (charbon) et de sable. L’anthracite et le sable retiennent les substances solides indésirables.

La distillation : pour séparer l’invisible Si tu devais séparer les composants d’une solution d’eau salée, comment t’y prendrais-tu ? Pourrais-tu utiliser les procédés de sédimentation, de décantation ou de filtration ? Comme il s’agit d’un mélange homogène, aucun de ces procédés ne fonctionnerait. Cependant, la distillation pourrait t’aider. C’est une autre façon de séparer les constituants d’un mélange. La distillation se base sur une propriété caractéristique des substances : leur point d’ébullition. Pour séparer l’eau et le sel par distillation, il faut d’abord faire chauffer une solution d’eau salée. Quand elle atteint 100 °C, l’eau se met à bouillir. Elle se transforme en vapeur et passe dans un tube appelé « condensateur ». Dans ce tube, la vapeur d’eau refroidit et revient à l’état liquide, c’est-à-dire qu’elle se condense. Elle s’accumule dans le bécher. Il ne reste que le sel dans le ballon.

1 Le brûleur 2 Le sel (résidu) s’accumule au fond du ballon à mesure que l’eau s’évapore.

3 De l’eau salée 4 De la vapeur d’eau

6

5 Le condensateur 6 La sortie d’eau froide 7 L’arrivée d’eau froide

4

8 La vapeur se condense en refroidissant.

9 De l’eau pure (distillat)

2 Figure 31 Ce montage de laboratoire

sert à la distillation des solutions.

204

L’ENCYCLO

L’univers matériel

5

8

3 7

1 9

On appelle distillat la substance recueillie au moment de la condensation (voir la figure 31, à la page précédente). Dans ce cas, il s’agit de l’eau. La substance qui n’a pas changé de contenant après la distillation s’appelle le résidu. Dans notre exemple, c’est le sel. Le point d’ébullition du sel est beaucoup plus élevé que celui de l’eau (1 413 °C). Il faudrait donc chauffer bien davantage le sel pour qu’il passe de l’état solide à l’état liquide puis à l’état gazeux. Peut-on séparer deux liquides par distillation ? Voyons l’exemple de l’eau et de l’éthanol. L’éthanol est un alcool utilisé entre autres dans les thermomètres de laboratoire. On le colore en rouge pour faciliter la lecture de la température. En réalité, l’éthanol est un liquide transparent et incolore, tout comme l’eau. Lorsqu’on mélange de l’éthanol et de l’eau, on obtient une solution d’eau alcoolisée. Voici comment la distillation peut séparer les deux constituants de ce mélange homogène. On doit d’abord faire chauffer la solution d’eau alcoolisée. Lorsque la température atteint 78,3 °C, l’éthanol atteint son point d’ébullition. Il passe de l’état liquide à l’état gazeux. L’éthanol gazeux pénètre dans le condensateur, se refroidit et se condense. L’éthanol liquide se retrouve dans le contenant d’arrivée. C’est le distillat. Comme l’eau n’a pas encore atteint son point d’ébullition, elle reste dans le contenant de départ. C’est le résidu de la distillation.

Vérifie ce que tu as retenu* hétérogène. 1. a) Donne un exemple de mélange homogène. e ang b) Donne un exemple de mél substance pure et un mélange 2. a) Quelle est la différence entre une homogène ? ce pure ou un mélange b) L’eau du robinet est-elle une substan homogène ? Explique ta réponse. plusieurs béchers contenant 3. Au laboratoire, tu te trouves devant les identifier, tu dois séparer des substances inconnues. Avant de Comment t’y prendras-tu pour les composantes de chaque mélange. procédé que tu as utilisé. effectuer ces séparations ? Nomme le hétérogène. On voit a) Le bécher A contient un mélange s en suspension. On voit aussi âtre brun clairement des particules un dépôt au fond du bécher. bleue. Aucune particule n’est visible b) Le bécher B contient une solution dans le liquide. hétérogène. Les particules en c) Le bécher C contient un mélange ôt n’est visible au fond du bécher. suspension sont très fines. Aucun dép passer l’eau à traiter dans des lits de 4. Dans les usines de filtration, on fait d’une filtration ? Explique ta sable. S’agit-il d’une sédimentation ou réponse. taire, on accumule les produits de 5. Dans les sites d’enfouissement sani in de lixiviation. Quel est le but de décomposition liquides dans un bass cette opération ? * Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

les connaissances sur les concepts qui

seront abordés

SECTION 2

Les transformations de la matière

205

SECTION

3

L’organisation de la matière 1 Les propriétés de la matière

SECTION

L’univers matériel

L’atome

p. 207

2 Les transformations de la matière

SECTION

3 L’organisation de la matière

SECTION

Les éléments

La molécule

p. 208

p. 213

La théorie atomique

p. 208

Le tableau périodique

p. 209

Les symboles chimiques

p. 212

Les formules chimiques

p. 214

SURVOL

L’alphabet de l’Univers Les particules de matière dont nous parlons depuis le début de « L’univers matériel » sont constituées d’atomes. Les atomes sont comme les lettres de l’alphabet. Avec seulement 26 lettres, on peut former les milliers de mots de notre langue. Sais-tu combien de particules différentes sont nécessaires pour construire les millions de formes vivantes et non vivantes de notre monde ? Selon toi, existe-t-il autant de particules différentes qu’il y a de substances ? Reprenons l’exemple de l’alphabet. Les mots « chien », « cheval » et « chêne » partagent les lettres c, h et e. Pourtant, ces mots désignent des formes de vie très différentes. Serait-il possible que les substances, même très différentes, partagent certaines particules ? Au cours de cette troisième section, tu verras qu’il existe 90 atomes stables, nommés éléments. Ils sont classés dans le tableau périodique des éléments. Les atomes s’assemblent et se structurent pour former des molécules. Toute la matière qui nous entoure est constituée de molécules.

206

L’ENCYCLO

L’univers matériel

L’atome : du visible à l’invisible Lorsque tu regardes autour de toi, tes yeux perçoivent des substances très différentes. Pourtant, toutes sont faites de particules de matière indétectables à l’œil nu, appelées atomes. Les 26 lettres de l’alphabet forment des mots aussi différents que « zoo » et « anticonstitutionnellement ». Les atomes sont comme les lettres de l’alphabet : ils permettent de former toutes les substances qui existent. Cette grande variété vient du fait que les atomes sont différents les uns des autres, comme le sont chacune des lettres de l’alphabet.

Le mot « ato me » vient du grec atomo s, qui signif ie « indivisible ».

De plus, les atomes peuvent se combiner de multiples façons pour former des molécules, tout comme les lettres se combinent pour former chacun des mots de la langue. Autrement dit, si les atomes se comparent aux lettres, les molécules, elles, se comparent aux mots. Nous avons vu que la matière est faite d’un très grand nombre de particules. Les scientifiques ont découvert que ces particules sont en fait des molécules, ellesmêmes formées de parties plus petites, les atomes. Suppose qu’on fasse passer un courant électrique dans de l’eau durant un certain temps. On obtient alors deux gaz : l’hydrogène et l’oxygène. Ce procédé, appelé électrolyse, permet de briser les particules d’eau. L’électrolyse montre que les particules d’eau sont constituées de deux sortes d’atomes (voir la figure 32). En fait, chaque particule d’eau est une molécule comportant deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. Dans chaque substance pure, on trouve une combinaison particulière d’atomes. Il existe un nombre infini de combinaisons possibles, dont chacune est une molécule différente. C’est ce qui explique la très grande diversité des formes que peut prendre la matière.

L’hydrogène

L’oxygène

La source de courant

L’eau

Figure 32 L’électrolyse de l’eau permet

de constater que celle-ci se compose d’hydrogène et d’oxygène.

SECTION 3

L’organisation de la matière

207

La théorie atomique Tu connais déjà la théorie particulaire. La théorie atomique va te permettre de faire un pas de plus dans ta compréhension de la structure de la matière.

Voici les grandes lignes de la théorie atomique : 1. Toute matière est formée de minuscules particules appelées atomes. 2. Les atomes sont eux-mêmes formés de particules encore plus petites : les protons, les neutrons et les électrons (voir la figure 33). 3. Les atomes se distinguent les uns des autres par la quantité de protons, de neutrons et d’électrons qui les compose. 4. L’ensemble des atomes qui ont le même nombre de protons porte le nom d’« élément ». Savais-tu que la mine de crayon et le diamant sont tous deux composés de la même sorte d’atomes, soit le carbone ? Pourtant, ces deux matières n’ont pas les mêmes propriétés. La mine de crayon est noire et cassante. Quant au diamant, il est incolore et très dur. Quand on regarde et qu’on touche ces deux substances, on a peine à croire qu’elles sont toutes les deux constituées d’atomes de carbone. La mine de crayon et le diamant sont différents parce que les atomes de carbone qui les composent ne sont pas assemblés de la même façon.

5. Les atomes se combinent pour former des molécules.

Un électron

Figure 33 Une représentation

Un proton

de l’atome Le noyau

Un neutron

Les éléments : des atomes différents Les éléments sont les briques qui permettent de construire l’Univers. On appelle élément l’ensemble des atomes qui ont le même nombre de protons. Le nombre de protons est donc une propriété caractéristique des éléments. Les atomes d’un même élément peuvent cependant se distinguer par le nombre de neutrons. Dans plusieurs cas, ils peuvent donner, recevoir ou partager quelquesuns de leurs électrons avec d’autres atomes. L’hydrogène est l’élément le plus simple. Il possède un seul proton et un seul électron. C’est aussi l’élément le plus léger. Si on remplissait une piscine olympique avec de l’hydrogène, la masse totale ne serait que d’environ 1 kg. L’hydrogène a aussi la propriété d’être très explosif. À l’état liquide, on s’en sert comme carburant pour les fusées.

208

L’ENCYCLO

L’univers matériel

En 1937, alors que le dirigeable Hindenburg flottait dans l’air, son carburant, de l’hydrogène, s’est enflammé. Trente-cinq des 97 personnes qui étaient à bord ont péri dans cette catastrophe.

Le tableau périodique : les ingrédients de la matière Suppose que ton enseignante ou ton enseignant te soumette le problème suivant. Tu dois trouver les données manquantes. Comment t’y prendras-tu ?

0 10 20

2 12

3

4 5 11 14 15 21 23 24 25 31 32 33 34 35 40 41 42 43 45 50 51 52 53 54 Tu as sans doute remarqué que les données du tableau sont classées en ordre numérique. Les nombres d’une rangée augmentent de un. Les nombres d’une colonne augmentent de 10. Cette organisation te permet de trouver rapidement les données manquantes. Si tu avais reçu une liste de nombres dans le désordre plutôt qu’un tableau, tu aurais sûrement trouvé ce problème beaucoup plus difficile à résoudre. En science, on s’est trouvé dans une situation semblable lorsqu’on a commencé à accumuler des données sur les éléments. Existait-il une manière de les classer de façon à dégager des régularités et à mieux les comprendre ? C’est Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, un chimiste né en Sibérie, qui a donné la meilleure réponse à cette question en 1869.

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev (1834-1907) est le créateur du tableau périodique.

SECTION 3

L’organisation de la matière

209

Tableau 8

1

Le tableau périodique des éléments

1

H

1

hydrogène

3

Li lithium

11 3

Na

Mg magnésium

20

22

23

27

Fe

Co

potassium

calcium

scandium

titane

vanadium

chrome

manganèse

fer

cobalt

38

39

40

41

42

43

44

45

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

rubidium

strontium

yttrium

zirconium

nobium

molybdène

technétium

ruthénium

rhodium

56

57

72

73

74

75

76

77

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

césium

baryum

lanthane

hafnium

tantale

tungstène

rhénium

osmium

iridium

88

89

104

105

106

107

108

109

Fr

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

francium

radium

actinium

rutherfordium

dubnium

seaborgium

bohrium

hassium

meitnerium

6

59

7

60

61

62

63

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

cérium

praséodyme

néodyme

prométhium

samarium

europium

90

91

92

93

94

95

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

thorium

protactinium

uranium

neptunium

plutonium

américium

SC I E N T I F I Q U E

Mendeleïev a rédigé des fiches sur lesquelles il a résumé les principales propriétés des 63 éléments connus à son époque. Il a ensuite fixé toutes ses fiches au mur. Pendant plusieurs mois, il a examiné ses fiches et les a déplacées. Il espérait découvrir un modèle basé sur les propriétés des éléments. Lorsqu’il a mis ses fiches dans l’ordre croissant de leur masse atomique, il a remarqué que certaines propriétés revenaient à intervalles réguliers. Il a alors placé l’une sous l’autre les fiches présentant des propriétés semblables. Le tableau périodique était né !

H I STO I R E

L’univers matériel

26

9

Mn

58

L’ENCYCLO

25

8

Cr

87

210

24

7

V

6

De l’Antiquité jusqu’au 17e siècle, on croyait que la matière était formée de quatre éléments : la terre, l’eau, l’air et le feu. Au fil des siècles, les scientifiques ont commencé à découvrir les éléments du tableau périodique. En 1850, les chimistes avaient découvert 58 éléments. Aujourd’hui, on en connaît 115, dont 90 sont stables et existent à l’état naturel sur la Terre. Les 25 autres sont artificiels, c’est-à-dire qu’ils ont été fabriqués par les humains. Ils sont instables et se désintègrent rapidement.

6

Ti

55

7

21

5

Sc

5

Éléments artificiels

4

Ca

37

Liquide

3

Nom de l’élément

K

4

Gazeux

Symbole chimique

hydrogène

béryllium

12

19

Solide

Be

sodium

Numéro atomique (correspond au nombre de protons)

H

4

2

État à la température ambiante

1

2

La classification de Mendeleïev a rapidement été adoptée parce qu’elle permettait de faire des prédictions. En effet, il y avait des espaces vides dans le tableau. Mendeleïev a prédit qu’on découvrirait un jour de nouveaux éléments correspondant à ces espaces vides. Il a même prédit plusieurs propriétés de ces nouveaux éléments. D’autres chimistes ont par la suite découvert ces éléments et confirmé les prédictions de Mendeleïev. Le tableau périodique contient tous les éléments naturels et artificiels connus à ce jour (voir le tableau 8). Ces éléments forment toute la matière visible et

18 2

He 13 5

6

28

11 29

12 30

15 7

16 8

9

10

B

C

N

O

F

carbone

azote

oxygène

fluor

14

15

16

hélium

17

bore

13 10

14

17

Ne néon

18

Al

Si

P

S

Cl

Ar

aluminium

silicium

phosphore

soufre

chlore

argon

31

32

33

34

35

36

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

nickel

cuivre

zinc

gallium

germanium

arsenic

sélénium

brome

krypton

46

47

48

49

50

51

52

53

54

Métaux (éléments représentatifs)

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

palladium

argent

cadmium

indium

étain

antimoine

tellure

iode

xénon

78

79

80

81

82

83

84

85

86

Pt

Au

Hg

TI

Pb

Bi

Po

At

Rn

platine

or

mercure

thallium

plomb

bismuth

polonium

astate

radon

110 (sans nom)

64

111 (sans nom)

65

112

114

(sans nom)

66

116

(sans nom)

67

68

118

(sans nom)

69

70

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

terbium

dysprosium

holmium

erbium

thulium

ytterbium

lutétium

98

99

100

101

Métalloïdes (semi-métaux) Non-métaux

71

Gd 97

Métaux (éléments de transition interne)

(sans nom)

gadolinium

96

Métaux (éléments de transition)

102

103

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

curium

berkélium

californium

einsteinium

fermium

mendélévium

nobélium

lawrencium

invisible qui nous entoure. Le tableau périodique des éléments renferme les ingrédients de la matière présente sur la Terre et dans l’Univers. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés selon un axe horizontal et un axe vertical. Observe d’abord l’axe horizontal. Les éléments sont placés par ordre croissant de numéro atomique. Le numéro atomique correspond au nombre de protons. Chaque ligne du tableau périodique s’appelle une période. L’hydrogène est le premier élément puisqu’il ne possède qu’un proton. L’élément qui le suit, à droite, est l’hélium, qui possède deux protons. Observe maintenant l’axe vertical. Chaque colonne du tableau représente une famille ou un groupe. Une même famille regroupe des éléments qui ont des propriétés semblables. Par exemple, les éléments de la première famille (colonne 1) forment tous des composés avec ceux de l’avant-dernière famille (colonne 17). La dernière famille (colonne 18) regroupe des éléments qui forment rarement des composés avec les éléments des autres familles. On les appelle les « gaz rares » ou les « gaz nobles ». SECTION 3

L’organisation de la matière

211

Les symboles chimiques : un code universel Quelles que soient leur langue et leur origine, les scientifiques utilisent un code universel pour désigner un même élément : son symbole chimique. Les éléments n’ont pas le même nom dans toutes les langues, et un même nom peut Tableau 9 Le symbole de l’hydrogène est international. se prononcer différemment d’un pays à l’autre. Mais le symbole d’un Langue Nom Symbole élément est le même pour tout le Allemand wasserstoff H monde. Le tableau 9 illustre Anglais hydrogen H l’universalité du symbole de Espagnol hidrógeno H l’hydrogène. Français hydrogène Au Japon et en Chine, les gens écrivent avec des caractères appelés Italien idrogeno idéogrammes. Toutefois, les élèves Portugais hidrogênio apprennent les mêmes symboles chimiques que nous.

H H H

Chaque élément du tableau périodique possède son propre symbole, comme le montre le tableau périodique (voir le tableau 8, à la page précédente). Pour certains éléments, il s’agit de la première lettre de leur nom, que l’on écrit en majuscule. Pour d’autres éléments, on utilise la première lettre du nom (en majuscule) suivie d’une deuxième lettre en minuscule. Parfois, on utilise même jusqu’à trois lettres pour désigner un élément. Les noms des éléments ont des origines très diverses. Certains sont tirés du latin, du grec ancien ou d’autres langues. D’autres s’inspirent du nom d’un scientifique (voir le tableau 10). Tableau 10 L’origine du nom de quelques éléments

Numéro atomique

212

L’ENCYCLO

L’univers matériel

Élément

Symbole chimique

Origine du nom

Année de la découverte

1

Hydrogène

H

Nom donné par Lavoisier. Vient du grec hydro et genes, qui signifie « qui engendre l’eau ».

1766

6

Carbone

C

Tiré du latin carbo, qui signifie « charbon de bois ».

Antiquité

7

Azote

N

Nom donné par Lavoisier. Vient du grec zôé, qui signifie « vie », précédé d’un « a » privatif (donc, « sans vie »).

1776

8

Oxygène

O

Nom donné par Lavoisier. Tiré du grec oxys et genes, qui signifie « qui engendre l’acide ».

1774

19

Potassium

K

Découvert par Humphry Davy. Vient de l’anglais potash, qui signifie « potasse ». Le symbole provient de son nom latin, kalium.

1807

84

Polonium

Po

Nom donné par Marie Curie, pour rappeler son pays d’origine, la Pologne.

1898

96

Curium

Cm

Nommé en l’honneur de Pierre et Marie Curie.

1944

La molécule : un assemblage d’atomes Dans la nature, les éléments se trouvent rarement sous la forme d’atomes individuels. La plupart du temps, ils sont assemblés avec un ou plusieurs autres atomes du même élément ou d’autres éléments. C’est le cas de l’élément hydrogène, qui est la substance la plus répandue dans l’Univers. On le trouve généralement sous forme de molécules de dihydrogène, soit deux atomes d’hydrogène liés ensemble. C’est la même chose pour le carbone. Cet élément entre dans la composition de certains gaz contenus dans l’air tels le monoxyde de carbone (CO) et le gaz carbonique (CO2). On trouve aussi du carbone dans toute la matière vivante. Lorsque deux ou plusieurs atomes s’unissent, ils forment une molécule. À leur tour, les molécules s’assemblent pour former tous les objets visibles. Les molécules constituent aussi la matière invisible, comme l’air qu’on respire (voir la figure 34). O2

CO2

H2O

dioxygène

dioxyde de carbone

vapeur d’eau

(gaz carbonique)

a) Quelques constituants de l’air

CO

NO2

SO2

monoxyde de carbone

dioxyde d’azote

dioxyde de soufre

b) Quelques polluants atmosphériques Figure 34 Quelques-unes des molécules généralement présentes dans l’air

SECTION 3

L’organisation de la matière

213

Les formules chimiques : un système pour s’y retrouver Le symbole de l’hydrogène

Le symbole de l’oxygène

H 2O Le chiffre 2 indique qu’il y a deux atomes d’hydrogène.

L’absence de chiffre indique qu’il y a un seul atome d’oxygène.

On représente les éléments par des symboles chimiques. C’est la même chose pour les molécules. Une formule chimique sert à représenter les molécules et à indiquer les éléments qui en font partie. La formule chimique contient les symboles des éléments et le nombre d’atomes faisant partie de la molécule. La figure 35 te montre que la formule chimique d’une molécule d’eau est H 2O. Cette formule indique que chaque molécule d’eau contient deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. Le tableau 11 te présente les formules chimiques de quelques autres molécules. Tableau 11 Les formules chimiques de quelques molécules

Molécule

Formule chimique

Modèle moléculaire

Composition atomique

Silice (sable)

SiO2

1 atome de silicium 2 atomes d’oxygène

Glucose (sucre)

C6H12O6

6 atomes de carbone 12 atomes d’hydrogène 6 atomes d’oxygène

Chlorure de sodium (sel de table)

NaCl

1 atome de sodium 1 atome de chlore

Acide acétique (vinaigre)

CH3COOH

2 atomes de carbone 4 atomes d’hydrogène 2 atomes d’oxygène

Figure 35 La formule chimique de l’eau

Vérifie ce que tu as retenu

t comme les lettres de l’alphabet ? 1. Pourquoi dit-on que les atomes son ? sont comme les mots de notre langue 2. Pourquoi dit-on que les molécules construire un modèle d’atome. 3. À l’atelier de technologie, tu dois . a) Explique comment tu t’y prendras b) Décris ton modèle. de tous les atomes qui ont le même 4. Comment appelle-t-on l’ensemble nombre de protons ? au ais existé et que tu viennes de mettre 5. Imagine que Mendeleïev n’ait jam r pou ts men argu tes ient ents. Quels sera point le tableau périodique des élém ? eau tabl ton de e s de l’importanc convaincre tes collègues scientifique éléments par familles et par périodes. 6. Le tableau périodique regroupe les e même famille ? Qu’ont en commun les éléments d’un

214

L’ENCYCLO

L’univers matériel

LE MODÈLE ATOMIQUE DANS LE TEMPS John Dalton (1766-1844), un scientifique britannique, a mis au

t 1808

point une partie de la théorie atomique. Dalton pensait que les atomes représentaient la plus petite partie de la matière. Selon lui, les atomes étaient semblables à des boules de billard de tailles et de masses différentes.

Joseph John Thomson (1866-1940) est un scientifique britan-

t 1897

nique qui a découvert que l’atome était lui-même composé de particules plus petites. Il a décrit l’atome comme une boule chargée d’électricité positive. Cette boule contient aussi des électrons chargés d’électricité négative. Son modèle d’atome ressemble à un muffin aux raisins. La pâte représente la partie positive, et les raisins représentent les parties négatives. Ernest Rutherford (1871-1937) est un scientifique né en Nouvelle-

t 1911

Zélande. Il a enseigné les sciences un certain temps à l’Université McGill, à Montréal. Selon lui, l’atome est composé d’électrons (de charge négative) tournant autour d’un noyau très petit. Ce noyau contient des protons (de charge positive). Son modèle ressemble au système solaire : le Soleil représente le noyau, et les planètes en orbite autour du Soleil représentent les électrons. Niels Bohr (1885-1962), un scientifique originaire du Danemark,

t 1914

a été l’élève de Rutherford. Bohr a supposé que les électrons ne tournaient pas autour du noyau comme les planètes autour du F

Soleil. Selon son modèle, les électrons se déplacent autour du noyau en décrivant des orbitales. Les orbitales ressemblent plus à des nuages qu’à des orbites. Chaque orbitale délimite la zone dans laquelle un électron peut se trouver.

t 1932

James Chadwick (1891-1974) est le scientifique britannique qui a découvert le neutron. Le neutron est une troisième sorte de particules. Les deux premières sortes sont l’électron (qui possède une charge négative) et le proton (qui possède une charge positive). Le neutron ne possède ni charge négative ni charge positive : il est neutre. On le trouve dans le noyau de l’atome, comme le proton. On pense qu’il sert de ciment entre les protons.

SECTION 3

L’organisation de la matière

215

Nous ne sommes pas seuls Il y a neuf planètes connues dans notre système solaire. Pourtant, la Terre semble être la seule à réunir les conditions nécessaires à la vie. La vie y est non seulement présente, mais elle revêt une variété étonnante de formes ! Imagine que tu essaies de dresser la liste de toutes les espèces d’êtres vivants de la Terre. Tu n’aurais sans doute pas assez de ta vie pour le faire. En fait, on connaît actuellement environ 3,5 millions d’espèces d’êtres vivants. Et on en découvre sans cesse de nouvelles. Nous, les êtres humains, sommes une de ces formes de vie. Nous partageons l’eau, le sol et l’air avec tous les autres êtres vivants. Cependant, ce partage n’est pas toujours équitable. Les êtres humains transforment beaucoup leur milieu. Dans les prochaines pages, tu apprendras à mieux connaître l’univers vivant. Cela te permettra peut-être de faire un usage plus équitable de l’eau, du sol et de l’air. Tu te rappelleras que les êtres humains ne sont pas seuls sur Terre.

1 La diversité de la vie

SECTION

L’univers vivant

2 La reproduction des êtres vivants

p. 218

SECTION

3 Le maintien de la vie

p. 242

SECTION

216

p. 280

Les espèces

p. 220

L’habitat

p. 228

L’évolution

p. 239

La reproduction asexuée et sexuée

p. 244

La reproduction chez les végétaux

p. 245

La reproduction chez les animaux

p. 254

La reproduction chez les êtres humains

p. 261

Les caractéristiques du vivant

p. 281

La cellule

p. 281

Deux fonctions vitales de la cellule

p. 288

de Animaux (plus ces) pè es d’ s 2 million 0 000 Plantes (de 35 ces) pè es à 400 000 (environ Champignons s) ce 100 000 espè iron Protistes (env s) ce pè es 0 00 70 moins Bactéries (au s) ce pè es 0 10 00

vers vivant ». à la lecture de « L’uni as rir uv co t de variété dé tu e qu Voici ce pourquoi il y a autan as dr en pr m co tu », vie les endroits où les « La diversité de la s habitats, c’est-à-dire er • Dans la section 1, div les as ier ud ét Pour y arriver, tu ne longue évolution. chez les êtres vivants. ants est le résultat d’u viv s re êt s de é sit er rras que la div production qui espèces vivent. Tu ve verras que c’est la re tu », ts an viv s re êt s te permettra aussi « La reproduction de nnées. Cette section d’a • Dans la section 2, s ard illi m s de is ants d’exister depu reproduction de permet aux êtres viv te pencheras sur la Tu t. ien ipl ult m se ts les êtres vivan de savoir comment tablir la distinction l’espèce humaine. rras ce qui permet d’é ve tu », vie la de n on 3, « Le maintie ants pour étudier • Enfin, dans la secti au cœur des êtres viv as er ng plo tu , ite su non-vivant. En llule : la respiration et entre le vivant et le tions vitales de la ce nc fo ux de as rir uv co iner, tu dé la cellule. Pour term la photosynthèse.

217

SECTION

1

La diversité de la vie

Les espèces

p. 220

La taxonomie

p. 221

Les noms scientifiques

p. 222

Le règne végétal p. 223

La famille de l’érable

p. 224

Les adaptations liées au climat

p. 229

Le règne animal p. 226

Les adaptations liées aux déplacements p. 230 Les adaptations p. 229

Les adaptations liées à la communication p. 234

1 La diversité de la vie

SECTION

L’univers vivant

2 La reproduction des êtres vivants

Les adaptations liées à l’alimentation p. 231

Les adaptations liées à la reproduction p. 235

SECTION

L’habitat

p. 228

3 Le maintien de la vie

SECTION

Les niches écologiques

p. 236

Le rôle des espèces dans les chaînes alimentaires

p. 236

Les producteurs

p. 237

Les consommateurs p. 237 Les décomposeurs

p. 237

La niche écologique p. 238 Une population p. 238

L’évolution

p. 239

La sélection naturelle

p. 239

La mutation des gènes

p. 240

Les chromosomes et les gènes p. 240

218

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Un plan pour la vie

p. 240

Des yeux bleus ou des yeux bruns ? p. 241

SURVOL

L’évolution engendre la diversité Les chats vivent dans nos maisons depuis très longtemps. Dans la nature, certains animaux appartiennent à la même famille que le chat. Ce sont par exemple le lion, le tigre et le lynx. On les appelle les félins ou les félidés. Le chien fait partie d’une autre famille, qui comprend, entre autres, le loup et le renard. C’est la famille des canidés. Observe attentivement les figures 1 et 2. Tu vois qu’il y a des ressemblances entre les animaux d’une même famille. Mais chaque animal est tout de même différent des autres membres de sa famille.

Figure 1 Le chat fait partie de la famille des félidés.

Figure 2 Le chien appartient

à la famille des canidés.

D’où vient la diversité des êtres vivants ? Certains animaux ont des plumes, d’autres des poils ou des écailles. Certains marchent ou volent, d’autres grimpent, sautent, rampent ou nagent. Dans cette section, tu verras d’abord que chaque être vivant appartient à une espèce. À cause de la grande diversité des espèces, on a construit un système de classification des vivants appelé taxonomie. Ensuite, tu apprendras que les espèces sont adaptées aux habitats dans lesquels elles vivent. Plus précisément, les espèces présentent des adaptations physiques et des comportements liés aux différentes contraintes de leur habitat. Puis, tu constateras que les individus d’une même espèce forment des populations à l’intérieur d’un habitat, ce qui facilite la reproduction entre deux individus de la même espèce. La reproduction sexuée permet l’échange et le mélange des gènes. Ce mélange amène l’apparition de nouveaux caractères physiques et de nouveaux comportements pouvant offrir une meilleure chance de survie à la population. En fait, toutes les formes de vie actuelles sont le résultat d’adaptations réussies. Ce long processus de modification s’appelle l’évolution. Il a permis, et permet encore aujourd’hui, l’apparition d’adaptations plus efficaces en réponse aux modifications des habitats. Mais l’évolution est lente. Ainsi, plusieurs espèces disparaissent parce que leur habitat change trop rapidement. Elles n’ont pas le temps de s’y adapter. SECTION 1

La diversité de la vie

219

Les espèces Lorsqu’on observe la diversité des êtres vivants, on devine aisément qu’ils ne font pas tous partie de la même espèce (voir la figure 3). Chaque être vivant présente des caractères physiques distinctifs. Ceux qui ont des caractères physiques apparentés appartiennent à la même espèce. La ressemblance physique est un premier critère qui permet de regrouper les êtres vivants selon leur espèce. Cependant, les caractères physiques ne suffisent pas toujours pour déterminer l’espèce à laquelle appartient un être vivant. La figure 4 montre plusieurs animaux appartenant à l’espèce « chien domestique ». Tu vois que ces chiens sont très différents, autant par la taille, la forme et la fourrure que par la couleur.

Figure 4 Il y a une grande diversité de formes, de tailles et de couleurs au sein de l’espèce « chien domestique ».

Trois critères supplémentaires permettent de déterminer si deux animaux font partie de la même espèce. Ces trois critères doivent être présents pour établir que des animaux appartiennent à une même espèce. 1. Deux individus de la même espèce et de sexe différent peuvent s’accoupler pour se reproduire dans leur milieu naturel. 2. La femelle met au monde un ou plusieurs petits qui survivront. 3. À l’âge adulte, ces petits peuvent à leur tour se reproduire avec succès.

Figure 3 La diversité des êtres vivants

220

L’ENCYCLO

L’univers vivant

La taxonomie : classer le vivant On connaît actuellement environ 3,5 millions d’espèces vivant sur la Terre. On sait qu’il reste encore de nombreuses espèces à découvrir. Comment s’y retrouver parmi toutes ces espèces différentes ? On peut regrouper et classer les espèces. Cela permet de comprendre leurs liens de parenté et leur origine. Classer les êtres vivants, c’est un peu comme faire un arbre généalogique. Observe la figure 5. Suppose qu’elle montre l’arbre généalogique de ta famille. À la base, il y a toi, tes sœurs et tes frères, tes cousines et tes cousins. Chacune de ces personnes a une mère et un père. Ton père, par exemple, peut à son tour avoir des sœurs et des frères. Ce sont tes tantes et tes oncles. En remontant davantage dans l’arbre, tu trouves tes grands-parents, tes grands-tantes et tes grands-oncles, puis tes arrière-grands-parents et ainsi de suite.

Arrière-arrière-grand-mère

Arrière-grand-père

Grand-mère

Mère

Moi

Père

Sœur

Frère

Grand-père

Tante

Oncle

Cousine

Cousin

Aristote a vécu de 384 à 322 avant Jésus-Christ, en Grèce. Il a passé beaucoup de temps à observer les animaux et les plantes. Il a classé les êtres vivants en deux catégories : les plantes et les animaux. Chez les plantes, il a distingué les arbres, les arbustes et les herbes. Chez les animaux, il a distingué ceux qui vivent sur la terre, ceux qui vivent dans l’eau et ceux qui vivent dans les airs.

SC I E N T I F I Q U E

Arrière-grand-mère

Arrière-arrière-grand-père

H I STO I R E

Figure 5 Un exemple d’arbre généalogique

En théorie, on pourrait faire remonter ton arbre généalogique jusqu’aux premiers êtres humains. On pourrait même créer un arbre qui représenterait tous les individus de l’espèce humaine, vivants et morts. Un tel arbre généalogique te permettrait de connaître ton degré de parenté avec chaque personne sur la Terre. C’est exactement ce que les scientifiques cherchent à faire lorsqu’ils font la classification du vivant, aussi appelée taxonomie. Mais il leur manque énormément d’information pour classer toutes les espèces. Toutefois, chaque jour, de nouvelles découvertes les aident à améliorer ou à corriger la taxonomie actuelle.

Le mot taxono mie vient du grec taxis, q ui signifie « arrangement », et de nomos, qui sig nifie « loi ».

Il existe une autre raison pour laquelle on classifie les êtres vivants. La taxonomie permet de communiquer à l’aide d’un langage commun. En effet, les scientifiques de tous les pays utilisent les mêmes noms et les mêmes catégories pour parler des espèces. Cela est très utile pour l’avancement de nos connaissances sur la vie et ses origines. SECTION 1

La diversité de la vie

221

Les noms scientifiques Pour qu’une classification soit efficace, il faut que l’ensemble des scientifiques accepte les noms des espèces. C’est Carl von Linné, en 1735, qui a établi la façon actuelle de nommer les espèces. Les êtres vivants SE DIVISENT EN CINQ RÈGNES

SE DIVISENT EN EMBRANCHEMENTS

SE DIVISENT EN CLASSES

SE DIVISENT EN ORDRES

SE DIVISENT EN FAMILLES

SE DIVISENT EN GENRES

SE DIVISENT EN ESPÈCES

Champignon Un organisme qui se nourrit de matière organique (donc incapable d’effectuer la photosynthèse) et qui se reproduit au moyen de spores, par exemple les levures et les moisissures. Protiste Un organisme unicellulaire possédant un noyau. Quelques-uns peuvent effectuer la photosynthèse (certaines algues) et d’autres se nourrissent de matière organique (l’amibe). Bactérie Un organisme unicellulaire dépourvu de noyau, par exemple l’Escherichia coli.

Figure 6 La taxonomie actuelle des êtres vivants

On attribue un nom en latin à chaque espèce. Par exemple, le nom scientifique de l’érable à sucre est Acer saccharum. La première partie, Acer (érable), indique le genre de l’être vivant. La seconde, saccharum (sucre), désigne l’espèce. Par convention, le genre et l’espèce sont toujours écrits en italique, et le genre prend une majuscule. Ainsi, le nom courant d’une espèce peut changer d’une langue à l’autre, mais son nom scientifique est toujours identique. La figure 6 présente un schéma illustrant la taxonomie des êtres vivants.

Les êtres vivants SE DIVISENT EN CINQ RÈGNES

Les animaux

Les plantes

Les champignons Figure 7 Les cinq règnes du monde vivant

222

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Les protistes

Les bactéries

Avant de classer une nouvelle espèce, les scientifiques étudient son anatomie, son comportement et ses ancêtres fossiles. Ils comparent aussi les caractéristiques de cette espèce avec celles des espèces déjà connues.

Anatomie L’étude de la forme et de la disposition des organes des êtres humains, des animaux ou des végétaux.

Les êtres vivants sont divisés en cinq grands règnes (voir la figure 7). Chacun de ces règnes comprend des êtres vivants qui partagent certaines caractéristiques.

Ancêtres fossiles Les êtres vivants qui ont vécu il y a très longtemps et dont on a découvert les restes ou les empreintes de la totalité ou d’une partie du corps.

Le règne végétal La figure 8 résume les caractéristiques physiques et les comportements des cinq classes du règne végétal.

Les êtres vivants SE DIVISENT EN CINQ RÈGNES

Les animaux

Les plantes

Les champignons

Les protistes

Les bactéries

SE DIVISENT EN CINQ CLASSES

• Elles produisent leur propre nourriture. • Elles ne peuvent pas se déplacer d’elles-mêmes.

Les algues Les algues ne possèdent pas de racines, de tiges ou de feuilles. Elles forment une sorte de rameau plus ou moins ample selon l’espèce. Elles vivent généralement dans l’eau.

Les mousses et les hépatiques Les mousses ne possèdent pas de véritables racines. Elles ont une tige et des feuilles. Elles n’ont pas de canaux pour conduire leur sève. (La sève est le liquide qui contient la nourriture de la plante.) Elles vivent sur le sol ou se fixent sur des objets.

Les fougères

Les conifères

Les plantes à fleurs

Les fougères, les conifères et les plantes à fleurs ont des racines, des tiges et des feuilles. Ils ont des canaux qui conduisent leur sève. Les fougères et les conifères n’ont pas de fleurs pour la reproduction.

Les plantes à fleurs ont des fleurs pour la reproduction.

Les fougères ne produisent pas de graines.

Les plantes à fleurs produisent des graines protégées par un fruit.

Elles se reproduisent à l’aide de spores.

Les conifères produisent des graines nues généralement protégées par un cône. Ils possèdent des feuilles en forme d’aiguilles ou d’écailles. En général, ces aiguilles ne tombent pas en hiver.

Figure 8 Les cinq classes du règne végétal

SECTION 1

La diversité de la vie

223

La famille de l’érable À l’aide d’un exemple, tu verras comment la taxonomie du vivant nous aide à comprendre les liens entre les espèces. Dans la classe des plantes à fleurs, on trouve une famille bien connue au Québec, celle de l’érable. Il existe sept espèces d’érables dans notre province. La figure 9 présente les feuilles des érables du Québec. Elle montre les caractéristiques communes de leurs feuilles. Celles-ci permettent de classer ces sept espèces d’arbres dans la même famille. Elle montre également les distinctions entre chaque feuille. Ces distinctions ont, entre autres, incité les scientifiques à considérer ces érables comme des espèces différentes.

Les plantes à fleurs SE DIVISENT EN FAMILLES

L’érable

SC I E N T I F I Q U E

Comme Aristote, Carl von Linné (1707-1778) a classifié les êtres vivants en deux groupes : les plantes et les animaux. Mais il est allé plus loin en donnant un nom scientifique à chaque espèce. Médecin, mais aussi naturaliste, Linné s’est intéressé à la botanique. Il doit sa renommée à la classification des plantes qu’il a élaborée et qui est toujours en usage aujourd’hui.

Caractéristiques communes à toutes les feuilles d’érables : • La feuille possède un long pétiole. • Les nervures rayonnent à partir du pétiole. • La feuille présente de trois à neuf lobes. • Le contour des feuilles est denté.

Érable à sucre (Acer saccharum) • La feuille possède cinq lobes. • Chaque lobe se termine par une pointe. • Les dents sont grosses, peu nombreuses et irrégulières.

Érable noir (Acer nigrum) • La feuille possède trois lobes et semble flétrie. • Le dessous de la feuille est couvert d’un duvet brun. • Les dents sont peu nombreuses.

L’ENCYCLO

L’univers vivant

une nervure une dent le pétiole

SE DIVISE EN ESPÈCES

H I STO I R E

224

un lobe

Érable rouge (Acer rubrum) • La feuille possède de trois à cinq lobes peu découpés. • Les dents sont petites, nombreuses et irrégulières.

Érable argenté (Acer saccharinum) • La feuille possède de cinq à sept lobes profondément découpés. • Le dessous de la feuille est argenté. • Les dents sont grosses et irrégulières.

Érable à épis (Acer spicatum) • La feuille possède trois lobes peu découpés. • Les dents sont irrégulières.

Érable négondo ou érable à Giguère (Acer negundo)

Érable de Pennsylvanie (Acer pensylvanicum) • • • •

La feuille est très grande. La feuille possède trois lobes peu découpés. Chaque lobe se termine par une pointe. Les dents sont petites et régulières.

Figure 9 Les feuilles des sept

espèces d’érables du Québec

Le Jardin botanique de Montréal est né du rêve d’un homme à la fois religieux et scientifique, le frère Marie-Victorin (1885-1944). Ce passionné de la nature a fondé l’Institut botanique de l’Université de Montréal en 1920. À cette époque, il rêvait déjà de doter Montréal d’un grand jardin botanique. En 1925, le frère Marie-Victorin annonce publiquement son intention de créer un jardin botanique. Après six années de démarches auprès des milieux politiques et scientifiques, le projet se concrétise enfin sur le site d’un ancien dépotoir.

SC I E N T I F I Q U E

• La feuille est découpée en trois à sept folioles. • Les dents des folioles sont irrégulières.

H I STO I R E

SECTION 1

La diversité de la vie

225

Les vertébrés (Ils possèdent un squelette.)

Les animaux à sang froid (La température de leur corps change selon celle du milieu.)

Les animaux à sang chaud (La température de leur corps est toujours la même, peu importe celle du milieu.)

Les poissons • Ils possèdent des écailles ou une peau lisse. • Ils sont exclusivement aquatiques (ils respirent dans l’eau).

Les amphibiens • Ils pondent des œufs (ovipares). • Ils possèdent une peau lisse (sauf les crapauds). • Ils sont aquatiques et terrestres (ils respirent dans l’eau et hors de l’eau).

Les oiseaux • Ils pondent des œufs (ovipares). • Ils possèdent des plumes. • Ils sont exclusivement terrestres.

Les mammifères • Ils mettent au monde des petits déjà développés (vivipares). • Ils allaitent leurs petits. • Ils possèdent des poils. • Ils sont terrestres ou aquatiques (ils respirent hors de l’eau).

Les reptiles • Ils pondent des œufs (ovipares) ou produisent des œufs qui écloront dans le corps de la femelle (ovovivipares). • Ils possèdent des écailles ou une carapace. • Ils sont aquatiques ou terrestres (ils respirent seulement hors de l’eau).

Figure 10 Une classification simplifiée du règne animal

Vérifie ce que tu as retenu

chez les êtres vivants ? 1. Pourquoi y a-t-il autant de diversité artiennent nt de déterminer si deux individus app 2. Nomme trois critères qui permette ou non à la même espèce. nse. ils à la même espèce ? Explique ta répo 3. Le cheval et le zèbre appartiennentl’être humain ? 4. a) Quel est le nom scientifique de ain ? b) À quelle famille appartient l’être hum c) À quelle classe appartient-il ? d) À quel règne ? me êtres vivants selon une taxonomie ? Nom 5. Pourquoi est-il utile de classer les au moins deux raisons. e espèce erche qui doit examiner une nouvell 6. Tu fais partie d’un groupe de rech dois-tu examiner afin de la classer d’insecte récemment découverte. Que correctement ? i nnue pousse derrière ta maison. À quo 7. Imagine qu’une espèce d’érable inco ? able d’ér ce cette nouvelle espè pourraient ressembler les feuilles de d. al à sang chaud d’un animal à sang froi 8. Explique ce qui différencie un anim SECTION 1

La diversité de la vie

227

L’habitat : dis-moi qui tu es et je te dirai où tu habites Tu as vu qu’il existe un très grand nombre d’espèces différentes. Chaque espèce ne peut survivre que dans un milieu auquel elle est adaptée. Le milieu où vit une espèce particulière se nomme un habitat. Plusieurs espèces différentes peuvent partager le même habitat. Le quartier où tu habites constitue ton habitat. C’est là que tu trouves une maison pour t’abriter et des magasins pour t’approvisionner. Il y a aussi des endroits pour te divertir ainsi qu’une école pour acquérir de nouvelles connaissances. C’est également dans ton habitat que vivent tes camarades. De la même façon, les animaux vivent dans un habitat qui répond à leurs besoins. Pour survivre, ils ont besoin : – de rencontrer d’autres animaux de la même espèce pour se reproduire ; – d’un abri ; – d’eau et de nourriture ; – d’un climat auquel ils sont adaptés. Le tableau 1 décrit le castor et son habitat. Cet animal présente des caractères physiques et des comportements qui lui permettent de survivre dans un habitat humide.

Tableau 1 Le castor du Canada et son habitat

228

L’ENCYCLO

L’univers vivant

L’habitat du castor

Le comportement du castor

Les adaptations physiques du castor

Le castor du Canada (Castor canadensis) habite les terres humides et les lacs de toute l’Amérique du Nord.

Ce rongeur bâtit des huttes de branchages et de boue. Les castors construisent d’abord l’intérieur de leur hutte, puis l’extérieur. Tous les adultes participent à la construction. La hutte comporte une couche d’argile qui protège les castors contre les rigueurs de l’hiver et les prédateurs. Il construit aussi des barrages longs d’une trentaine de mètres ou plus. Ces barrages lui garantissent un niveau d’eau suffisant pour cacher l’entrée de sa demeure.

Son corps est adapté à la vie aquatique. Il possède : – une large queue aplatie ; – une épaisse fourrure huilée ; – des pattes postérieures palmées. Avec ses longues dents avant, appelées incisives, le castor coupe les arbres. Il se nourrit des feuilles et de l’écorce des branches. Il utilise le reste de l’arbre pour construire sa hutte et son barrage ou pour les réparer.

Les adaptations Les espèces doivent être adaptées à leur habitat. Les individus d’une espèce doivent se protéger de la chaleur et du froid, se déplacer, se nourrir, communiquer et se reproduire dans cet habitat. Ils présentent donc des adaptations physiques et des comportements qui leur permettent de faire toutes ces choses.

Les adaptations liées au climat

Figure 11 La vallée de la rivière Korok,

dans le Nunavik. À l’arrière-plan, les monts Torngat.

Observe la figure 11. Elle montre un paysage du Grand Nord québécois. Quelles adaptations peut présenter un mammifère qui vit dans cet habitat ? Il aura sans doute besoin d’une épaisse fourrure pour se protéger du froid. Cette fourrure pourrait changer de couleur en fonction des saisons. Cela permettrait à l’animal de se camoufler.

a) Le renard roux

b) Le renard arctique

Compare le renard roux, qui vit plus au sud, avec le renard arctique, qui vit dans le Grand Nord (voir la figure 12). Tu vois que la couleur et l’épaisseur de la fourrure ne sont pas la seule adaptation physique qui permet au renard arctique de survivre dans son habitat. Le renard arctique a des oreilles plus rondes et plus courtes que son cousin, le renard roux. Sa queue est plus courte. Son corps plus trapu expose à l’air une plus petite surface ; ainsi, cet animal perd moins de chaleur.

Figure 12 Les différences physiques entre

le renard roux et le renard arctique

SECTION 1

La diversité de la vie

229

Les adaptations liées aux déplacements Chaque espèce animale a sa propre façon de se déplacer. Certaines espèces courent, d’autres volent, planent, sautent, rampent ou nagent. La façon dont les animaux se déplacent est adaptée à l’habitat dans lequel ils vivent. Le tableau 2 donne des exemples d’adaptations relatives aux modes de déplacement. Tableau 2 Les adaptations de quelques espèces liées aux modes de déplacement

Espèce La scuddérie à ailes oblongues

Le doré jaune

Le ouaouaron

La couleuvre verte

Le pluvier semi-palmé

L’écureuil roux

230

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Adaptation

Habitat

La scuddérie a de grandes pattes en forme de V. Cela permet à l’insecte de faire de grands bonds d’un arbuste à l’autre.

Cette sauterelle vit dans les arbres et les arbustes des forêts de feuillus et des jardins.

Les nageoires du doré lui permettent de se déplacer dans l’eau. Son corps allongé est conçu pour se déplacer dans l’eau avec peu de résistance.

Ce poisson vit dans les eaux froides et claires des lacs et des rivières. L’été, il cherche la fraîcheur dans les rapides. La nuit, il se déplace plus en profondeur en quête des poissons dont il se nourrit.

Cet amphibien possède des pattes en V qui lui permettent de faire de grands bonds sur le sol. Il nage grâce à ses pattes palmées.

Le ouaouaron vit dans les lacs et les étangs où il y a assez de végétation pour l’abriter.

La couleuvre ne possède pas de pattes. Elle avance en ondulant sur le sol.

Elle vit dans les espaces où les plantes offrent un bon abri, par exemple les champs.

Ce petit oiseau peut voler, mais il parcourt les rivages avec ses longues pattes. Il peut se déplacer rapidement malgré les obstacles sur le sol ou dans l’eau peu profonde.

Il fréquente les rivages des lacs, des fleuves et de la mer.

L’écureuil roux utilise ses pattes un peu comme des mains. Elles lui permettent de tenir les graines dont il se nourrit. Ses pattes se terminent par de petites griffes. Celles-ci lui assurent une bonne prise quand il se déplace dans les arbres.

Il habite les forêts de conifères et de feuillus.

Les adaptations liées à l’alimentation Dans la nature, les animaux consacrent beaucoup de temps à la recherche de nourriture. Chaque espèce animale présente des adaptations physiques qui lui permettent de se nourrir. Prenons deux exemples : les mammifères et les oiseaux. La mâchoire de chaque espèce de mammifères est adaptée au régime alimentaire de cette espèce. Il y a quatre types de dents : les incisives, les canines, les prémolaires et les molaires. Chaque type a un rôle particulier (voir la figure 13). Observe le tableau 3. Tu verras comment les dents de certains mammifères sont adaptées à leur régime alimentaire. Les molaires (broyer, écraser) Les prémolaires (broyer, écraser) Les canines (déchirer) Les incisives (trancher, couper)

Figure 13 Les dents de l’être humain et

leurs fonctions Tableau 3 Les dents de quelques mammifères selon leur régime alimentaire

Le cerf

Le castor

L’être humain

Régime alimentaire

Types de dents

Mâchoire

Le chat

Les canines sont particulièrement développées.

Les molaires sont très développées. Le cerf est dépourvu de canines.

Les incisives sont très développées. Le castor est dépourvu de canines.

Les quatre types de dents sont présents. Aucun type n’est plus développé que les autres.

Le chat est carnivore : il se nourrit de viande. Les canines servent à déchirer la viande.

Le cerf est herbivore (ruminant) : il se nourrit de végétaux, plus précisément de feuilles. Les molaires permettent d’écraser et de mâcher les feuilles.

Le castor est herbivore (rongeur) : il se nourrit de végétaux, plus précisément de l’écorce des petites branches des arbres. Les incisives permettent à l’animal de couper les arbres pour accéder à l’écorce des petites branches.

L’être humain est omnivore : il se nourrit de viande et de végétaux. Les dents de l’être humain sont adaptées à un régime varié.

SECTION 1

La diversité de la vie

231

Le tableau 4 montre comment les becs des oiseaux sont adaptés à leur alimentation. Tableau 4 Le bec de quelques oiseaux selon leur régime alimentaire

Becs d’oiseaux Le faucon pèlerin

Le cardinal

L’hirondelle bicolore

Le corbeau

Adaptations du bec Court, crochu et puissant

Régime alimentaire Carnivore. Le bec sert à déchirer et à arracher la chair des animaux capturés.

Court, large à la base et puissant

Herbivore granivore.

Court et fin

Carnivore insectivore.

Le bec sert à briser les graines.

Le bec sert à capturer les insectes.

Long, gros et puissant

Omnivore. Le bec sert à briser les graines, à cueillir de petits fruits ou à capturer des insectes ou de jeunes oiseaux dans leur nid.

Figure 14 Le droséra est une plante

carnivore.

Le colibri à gorge rubis

Allongé et fin

Herbivore. Le bec permet à l’oiseau de boire le nectar (liquide sucré) au centre des fleurs.

Les végétaux sont aussi adaptés à leur habitat afin d’y puiser leur nourriture. Par exemple, le droséra est une plante qui vit dans les tourbières (voir la figure 14). Le sol de cet habitat est pauvre en azote. Or cet élément nutritif est indispensable au droséra. La plante parvient à survivre parce que ses feuilles sont munies de tentacules gluants qui capturent les petits insectes qui se posent sur ses feuilles. Elle les digère pour en extraire l’azote dont elle a besoin. On dit qu’elle est carnivore.

232

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Le tableau 5 montre les adaptations que présentent certaines plantes pour puiser de la nourriture dans différents habitats. Tableau 5 Les adaptations liées à l’alimentation de quelques plantes

Plantes Les lichens

Adaptations Les lichens sont constitués d’une algue et d’un champignon qui vivent en symbiose. Les algues fournissent de la nourriture aux champignons et ces derniers protègent les algues contre la sécheresse et les écarts de température.

La mousse

La fougère

La jacinthe d’eau

Symbiose Une association entre deux organismes vivants qui est profitable à chacun d’eux.

Cette espèce de mousse utilise le tronc de l’arbre pour capter un maximum de lumière, lui permettant ainsi de fabriquer sa nourriture grâce à la photosynthèse.

Cette espèce épiphyte utilise aussi le tronc des arbres pour pouvoir s’élever et capter un maximum de lumière.

Plante épiphyte Une plante qui pousse sur une autre plante sans lui nuire.

La jacinthe d’eau vit sur les étangs. Ses racines ne se fixent pas dans le sol. Elles puisent les minéraux et l’eau directement dans l’étang.

SECTION 1

La diversité de la vie

233

Les adaptations liées à la communication La communication, comme l’alimentation et la respiration, est très importante. Elle permet d’entrer en contact avec des individus de la même espèce ou d’autres espèces. Les animaux ont besoin d’indiquer aux autres qu’ils cherchent un partenaire sexuel, qu’ils veulent défendre leur territoire ou qu’ils cherchent à protéger leurs petits. Le tableau 6 propose des exemples de communication chez les animaux. Tableau 6 Les moyens de communication et leurs buts

Moyens de communication Signaux visuels

Buts

Exemples d’espèces

Les couleurs

Les gestes

La lumière

Les oiseaux mâles portent un plumage aux couleurs éclatantes.

Les abeilles exécutent des mouvements (danse) dans la ruche.

Le cerf de Virginie redresse la queue.

La luciole émet de la lumière.

Attirer les femelles.

Indiquer un endroit riche en fleurs.

Prévenir les autres cerfs d’un danger.

Attirer un partenaire sexuel.

Signaux olfactifs

Buts

Exemples d’espèces

Les odeurs Le loup, le chien, l’orignal et le vison mettent de l’urine ou du musc (un liquide produit par une glande) sur les végétaux ou les pierres.

La mouffette projette un liquide produit par ses glandes anales.

Délimiter leur territoire.

Repousser un prédateur. Signaux sonores

Les cris, grognements et cliquetis

Les hurlements

Les chants

Le dauphin siffle.

Le coyote hurle.

Les oiseaux chantent.

Le castor frappe la surface de l’eau avec sa queue.

Rester en contact avec les autres dauphins.

Rester en contact avec d’autres coyotes à de très grandes distances.

Marquer leur territoire. Attirer un partenaire sexuel.

Prévenir les autres castors d’un danger.

Exemples d’espèces Buts

234

Les bruits

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Les adaptations liées à la reproduction Les plantes à fleurs présentent des adaptations physiques d’une grande beauté. Comme ces êtres vivants ne peuvent pas se déplacer pour se reproduire, ils utilisent parfois les insectes. Ces derniers transportent le pollen (qui contient les spermatozoïdes) d’une fleur vers le pistil (qui contient les ovules) d’une autre fleur (voir la figure 29, à la page 248). Dans la famille des orchidées, les façons d’attirer les insectes sont très variées (voir le tableau 7). Tableau 7 Les adaptations des fleurs de quatre espèces d’orchidées pour la reproduction

Le sabot de la vierge (Cypripedium acaule) est une orchidée du Québec. Lorsqu’un insecte se pose sur la fleur, il doit se glisser sous les étamines afin d’atteindre le nectar. Son corps se couvre alors de pollen, qu’il transporte ensuite sur une autre fleur.

L’orchidée Orphrys apifera se reproduit uniquement par l’intermédiaire de certaines espèces d’abeilles sauvages. Ses fleurs possèdent une forte ressemblance avec les abeilles femelles. Les abeilles mâles, trompées, passent de fleur en fleur et assurent la dispersion du pollen.

Certaines orchidées, comme l’Angraecum sesquipedale, présentent un éperon au fond duquel se trouve le nectar. Seuls les papillons dont la trompe est assez longue peuvent atteindre ce nectar et, en même temps, polliniser la fleur.

Le Bulbophyllum patens est une orchidée qui attire les mouches en imitant l’apparence et l’odeur de la viande en décomposition.

Vérifie ce que tu as retenu

ique es ou comportementales du renard arct 1. Nomme deux adaptations physiqu au climat du Grand Nord québécois. i es des coussinets qui adhèrent à la paro 2. Une espèce de chèvre a sous ses patt à au climat, aux déplacements ou des rochers. Est-ce une adaptation liée la communication ? sives inconnu. Tu remarques qu’il y a des inci 3. On te remet le crâne d’un animal tre, con Par . ntes abse que les canines sont seulement sur la mâchoire du bas et t étai l que , avis ton larges et plates. À les prémolaires et les molaires sont très le régime alimentaire de cet animal ? signaler à une femelle qu’il est prêt à 4. a) Comment un oiseau mâle peut-il se reproduire avec elle ? loups t-elle indiquer à une autre meute de b) Comment une meute de loups peu les limites de son territoire ? où quer aux autres abeilles de sa ruche c) Comment une abeille peut-elle indi trouver de la nourriture ? quatre espèces d’orchidées pour attirer 5. Décris les adaptations physiques de les insectes. SECTION 1

La diversité de la vie

235

Les niches écologiques : à chacun sa place

Nécrophage Un animal qui se nourrit d’animaux morts. L’urubu à tête rouge, une espèce de vautour vivant au Québec, est un nécrophage.

Dans la nature, la niche écologique représente l’ensemble des rapports d’une espèce avec les êtres vivants et son milieu. La niche écologique inclut à la fois l’endroit où vit une espèce (c’est-à-dire son habitat), son régime alimentaire et sa période d’activité. En effet, les espèces entretiennent diverses interrelations avec leur milieu. Ces interrelations représentent leur rôle dans la niche écologique. Dans un écosystème tel que la forêt, plusieurs espèces partagent le même habitat. Cependant, chacune possède une niche écologique différente parce que sa période d’activité ou sa place dans le réseau alimentaire est spécifique. Cette répartition assure l’équilibre d’un écosystème, car elle permet le partage des ressources alimentaires et de l’espace. Par exemple, si tu observes les espèces qui vivent dans une forêt, tu constateras que certaines vivent le jour et d’autres, la nuit. Certaines espèces habitent sur le sol, alors que d’autres habitent sous terre ou dans les arbres. Certaines espèces sont herbivores et d’autres sont carnivores ou nécrophages.

Le rôle des espèces dans les chaînes alimentaires Chaque espèce fait partie d’une chaîne alimentaire. Cette dernière illustre comment l’énergie circule d’un organisme à l’autre. Les plantes grandissent en utilisant l’énergie du soleil pour fabriquer et stocker leur nourriture. Ensuite, cette énergie est emmagasinée, par exemple dans un bœuf lorsqu’il mange des plantes. L’être humain mange à son tour ce bœuf et absorbe son énergie. La figure 15 montre d’autres exemples de chaînes alimentaires. Les flèches indiquent la direction du transfert d’énergie.

Gazon

Forêt

Étang

De l’herbe (producteur)

Une cerise sauvage (fruit d’un producteur)

Une algue flottante (producteur)

Une sauterelle (consommateur herbivore)

Une chenille (consommateur herbivore)

Une larve de moustique (consommateur herbivore)

Un merle d’Amérique (consommateur carnivore de 1er ordre)

Une grive des bois (consommateur carnivore de 1er ordre)

Un méné (consommateur carnivore de 1er ordre)

Un chat domestique (consommateur carnivore de 2e ordre)

Un épervier (consommateur carnivore de 2e ordre)

Une perche (consommateur carnivore de 2e ordre)

Un ver de terre (décomposeur)

Un urubu à tête rouge (nécrophage)

Une bactérie (décomposeur)

Figure 15 Quelques chaînes alimentaires

236

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Les producteurs : la première place Les chaînes alimentaires de la figure 15 montrent que les plantes sont à la base des transferts d’énergie. Les plantes sont des producteurs. Elles fabriquent de la nourriture à partir de l’énergie du soleil, de l’eau et du gaz carbonique. Ce processus se nomme « photosynthèse ». Grâce à la photosynthèse, les producteurs rendent la vie possible pour les autres organismes. Tu en apprendras davantage sur la photosynthèse dans la section 3, à la page 288.

Les consommateurs : la deuxième place Les animaux sont des consommateurs. On les appelle ainsi parce qu’ils absorbent la nourriture fabriquée par les producteurs.

Les décomposeurs : les as du recyclage Lorsque les plantes et les animaux meurent, leurs débris ou leurs cadavres sont pris en charge par les décomposeurs. Ceux-ci les transforment en petites particules. Sous cette forme, des substances de base comme le carbone, l’azote et les minéraux sont à nouveau disponibles pour les producteurs. Les décomposeurs jouent donc un rôle indispensable en recyclant les déchets. Le tableau 8 montre la place qu’occupent différentes espèces dans la chaîne alimentaire. Par exemple, les consommateurs herbivores mangent les producteurs. Ensuite, les herbivores sont dévorés par les carnivores. Ces derniers sont à leur tour recyclés par les décomposeurs.

Un urubu à tête rouge

Tableau 8 La place de différents types d’organismes dans la chaîne alimentaire

Types d’organismes Les producteurs

Places

Exemples

Ils produisent de la matière organique.

Les plantes

Les herbivores

Ils consomment des producteurs.

Le lièvre d’Amérique

Les carnivores de 1er ordre

Ils consomment des herbivores.

Le lynx du Canada

Les carnivores de 2e ordre

Ils consomment d’autres carnivores.

Le loup gris

Les omnivores

Ils consomment des producteurs et des consommateurs.

L’ours noir, l’être humain

Les nécrophages

Ils consomment des cadavres d’animaux.

Beaucoup d’espèces d’insectes. L’urubu à tête rouge (espèce de vautour présente au Québec)

Ils recyclent la matière végétale et animale pour la rendre réutilisable par les producteurs.

Les champignons, les bactéries, les protistes et certains animaux (insectes, vers de terre)

Les consommateurs

Les décomposeurs

SECTION 1

La diversité de la vie

237

La niche écologique : plus qu’un rôle alimentaire Chaque espèce joue un rôle particulier dans son habitat. Tu peux facilement imaginer que si tous les consommateurs étaient des herbivores, les producteurs viendraient à disparaître. Cependant, comme tu l’as vu, la niche écologique comprend aussi la manière dont une espèce partage l’espace, cherche sa nourriture et construit son abri. Ainsi, dans un habitat, des espèces différentes peuvent jouer le même rôle, par exemple celui de consommateur carnivore. Mais comme les individus ne s’alimentent pas au même endroit, au même moment ni de la même façon, il s’établit un équilibre dans l’habitat.

Figure 16 La paruline à croupion jaune

Le tableau 9 présente les niches écologiques d’une famille de petits oiseaux appelés parulines (voir la figure 16). Ces oiseaux habitent le sud du Québec. Ils partagent le même habitat : la forêt. De plus, ces oiseaux sont tous des consommateurs insectivores, donc des carnivores. Tableau 9 Quelques caractéristiques des niches écologiques des parulines

Espèce

Niche écologique Alimentation

Nid

Paruline obscure (Vermivora peregrina)

Insectes, araignées et fruits

Au sol

Paruline rayée (Dendroica striata)

Insectes, araignées, graines et baies

Dans une épinette

Paruline à tête cendrée (Dendroica magnolia)

Insectes et araignées L’oiseau se nourrit dans les arbres, à une hauteur de basse à moyenne.

Sur des branches d’arbre

Paruline à croupion jaune (Dendroica coronata)

Insectes et baies

Dans un conifère, à une hauteur de 1,5 m à 15 m

Paruline à gorge noire (Dendroica virens)

Insectes et baies L’oiseau se nourrit dans les arbres, à une hauteur de moyenne à élevée.

Haut dans un conifère

Paruline tigrée (Dendroica tigrina)

Insectes

Dans un sapin ou une épinette

Paruline bleue (Dendroica caerulescens)

Insectes, graines et fruits

Bas dans un conifère

Paruline à poitrine baie (Dendroica castanea)

Insectes sur des feuilles

Dans un conifère

Paruline noir et blanc (Mniotilta varia)

Insectes sous l’écorce

Au pied d’un arbre

Paruline flamboyante (Setophaga ruticilla)

Insectes souvent attrapés au vol

Dans la fourche d’un petit arbre

Une population : des individus d’une même espèce Tous les individus d’une même espèce partageant le même habitat au même moment constituent une population. Un habitat tel qu’une forêt peut contenir plusieurs populations. On peut par exemple y trouver une population de cerfs de Virginie, une population d’ours noirs et une population de loups. On y verra aussi différentes populations d’oiseaux, de reptiles et d’insectes. Sans compter les diverses populations végétales. Toutes ces populations sont en relation les unes avec les autres.

238

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Vérifie ce que tu as retenu

L’évolution : pour s’adapter aux changements Les biologistes supposent que les êtres vivants actuels sont tous issus d’une forme de vie primitive, apparue sur Terre il y a environ quatre milliards d’années. L’évolution, c’est l’ensemble des transformations subies par cette forme de vie primitive au fil des générations.

La sélection naturelle La sélection naturelle est une théorie élaborée par Charles Darwin pour expliquer l’évolution des espèces. Selon cette théorie, les individus qui présentent les caractères physiques et les comportements les mieux adaptés à leur habitat ont plus de chances de se reproduire et de transmettre leurs caractéristiques aux futures générations.

Charles Robert Darwin est né le 12 février 1809, en Angleterre. Très jeune, il chasse, pêche et collectionne les insectes, les roches et les plantes. En 1831, à l’âge de 22 ans, Darwin obtient son diplôme de naturaliste et reçoit une invitation pour une expédition autour du monde. Il part à bord du Beagle, un navire d’exploration scientifique. Ce voyage de cinq ans sera très profitable à la science. C’est pendant son séjour aux îles Galapagos que Darwin commence à élaborer sa théorie sur la sélection naturelle.

SC I E N T I F I Q U E

logique ? habitat et une niche éco un tre en -il a-t y ce en 1. a) Quelle différ ta niche écologique. b) Décris ton habitat et e chaîne alimentaire. 2. Explique ce qu’est un producteurs ? 3. a) Quel est le rôle des nsommateurs ? b) Quel est le rôle des co composeurs ? c) Quel est le rôle des dé un consommateur vante est un producteur, sui èce esp ue aq ch si e 4. Indiqu ou un décomposeur. e) un champignon c) un renard a) un rosier f) un être humain d) un orignal b) une souris

H I STO I R E

L’histoire suivante est un exemple de sélection naturelle. Il existe en Angleterre un petit papillon de nuit appelé phalène du bouleau. Le jour, cet insecte se pose sur les troncs des bouleaux pour dormir. Comme le montre la figure 17, sa couleur claire, qui s’harmonise avec celle du bouleau, le rend presque invisible. Ce camouflage est très efficace. Il évite à la phalène de se faire repérer et manger par les oiseaux. Cependant, il naît de temps en temps une phalène de couleur noire. Imagine une de ces phalènes noires sur le tronc d’un bouleau. C’est une véritable aubaine pour un oiseau ! Cette phalène a donc peu de chances de survivre et de se reproduire. Imagine maintenant une ville très polluée où les troncs des arbres sont noircis par la fumée des usines. Cette fois, c’est la phalène noire qui passe inaperçue. Les phalènes de couleur claire sont rapidement dévorées par les oiseaux. Après quelque temps, presque toutes les phalènes seront noires, car ce sont les seules à survivre et à se reproduire. Ainsi, la variante claire de la phalène du bouleau est mieux adaptée à la campagne, tandis que la variété foncée est mieux adaptée à la proximité des usines. Seuls les individus bien adaptés à leur habitat survivent et se reproduisent. C’est le principe de la sélection naturelle.

Figure 17 La phalène du bouleau

SECTION 1

La diversité de la vie

239

La mutation des gènes Si l’on poursuit avec l’exemple de la phalène du bouleau, on peut se demander pourquoi des papillons de couleur noire sont apparus. En fait, une mutation est survenue dans le gène responsable de la couleur des ailes. Lorsqu’une mutation est présente dans les gamètes, elle peut se transmettre aux générations suivantes. Elle fait alors partie du patrimoine génétique des individus qui la reçoivent. Certaines mutations passent inaperçues, alors que d’autres apportent des changements bénéfiques ou nuisibles. Les individus porteurs d’une mutation bénéfique sont ceux qui ont le plus de chances de survivre et, par conséquent, de transmettre à leurs descendants leur mutation génétique. La théorie de la mutation génétique complète en quelque sorte la théorie de la sélections naturelle pour expliquer l’évolution des espèces.

Les chromosomes et les gènes : porteurs de changements Observe les élèves de ta classe. Tu vois que les filles et les garçons partagent toutes les caractéristiques physiques de l’espèce humaine. En effet, à moins d’avoir un handicap physique, les élèves possèdent tous deux bras et deux Les gènes jambes. Ils ont la capacité de marcher, de (ils peuvent être de tailles variées) parler, de penser et d’apprendre. En même temps, chaque personne est différente. La taille varie, tout comme la couleur des cheveux et des yeux.

Le noyau

Un chromosome

La cellule La double hélice d’ADN

Figure 18 Un chromosome ainsi que

les gènes qui déterminent les caractéristiques d’un individu

240

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Ces ressemblances et ces différences sont des caractères génétiques. Ils sont transmis par les gènes présents dans les chromosomes. Dans la figure 18, tu vois que les chromosomes sont présents dans le noyau des cellules des êtres vivants. Nous reparlerons de la cellule dans la section 3, « Le maintien de la vie », à la page 280.

Un plan pour la vie Les chromosomes contiennent tous les gènes qui permettent de bâtir un individu. Ils sont comme des balles de laine dont les fils déroulés et mis l’un à la suite de l’autre auraient environ 2 m de long. Les gènes sont de petits segments que l’on trouve à des endroits précis sur les chromosomes. Ils déterminent les caractères particuliers d’une espèce. Par exemple, il y a un ensemble de gènes pour la taille et un autre pour la couleur de la fourrure ou des plumes. Si on décrivait n’importe quel être vivant en énumérant ses caractéristiques, on trouverait un ensemble de gènes pour chaque caractéristique.

Des yeux bleus ou des yeux bruns ? Prenons l’exemple de deux parents humains et de leur enfant. Ce dernier a reçu des gènes de chacun de ses parents. Supposons que la mère a les yeux bleus et que le père a les yeux bruns. Si l’enfant reçoit de sa mère les gènes « yeux bleus » et qu’il reçoit de son père les gènes « yeux bruns », de quelle couleur seront ses yeux ? Ils seront bruns, parce que les gènes « yeux bruns » sont dominants par rapport aux gènes « yeux bleus ». En effet, ce sont les gènes dominants qui s’expriment et dont on voit le résultat. Cet enfant pourra-t-il à son tour donner naissance à des enfants aux yeux bleus ? Oui, c’est possible. Car il donnera à son enfant un de ses deux gènes : le brun ou le bleu. Il a donc une chance sur deux de donner le gène « yeux bleus ». Si sa conjointe ou son conjoint donne également un gène « yeux bleus », leur enfant aura les yeux bleus (voir la figure 19). Il en va de même pour plusieurs gènes. Chaque individu possède deux gènes pour chaque caractéristique physique : un qui lui vient de sa mère et l’autre qui lui vient de son père. Un de ces gènes est dominant, et c’est lui qu’on voit chez cet individu. Mais l’autre gène est quand même présent (même s’il est caché), et il a autant de chances que l’autre d’être transmis à la prochaine génération.

BRUN

BRUN

BRUN

bleu

BRUN

BRUN

bleu

bleu

BRUN

bleu

bleu

bleu

Figure 19 Même si les gènes « yeux bruns » sont dominants, deux parents aux yeux bruns peuvent donner naissance à un enfant aux yeux bleus.

Vérifie ce que tu as retenu*

? s’applique aux théories de l’évolution 1. Laquelle de ces deux affirmations ris app ont ls qu’i ce nt adultes enseigne a) Les espèces évoluent parce que les à leurs petits. gènes se cours de la reproduction sexuée, les b) Les espèces évoluent parce qu’au antes. suiv ions érat gén transmettent aux mélangent et certaines mutations se leau bou de couleur claire et des phalènes du 2. Il existe des phalènes du bouleau cette e de cette variation de couleur pour de couleur foncée. Quel est l’avantag espèce de papillon ? chromosome et un gène ? 3. a) Quelle est la différence entre un es ? trouvent nos chromosomes et nos gèn b) Dans quelle partie de la cellule se plant un et es ent entre un plant de pois jaun 4. Suppose que tu effectues un croisem t son ts : les trois quarts des jeunes plan de pois verts. Voici ce que tu obtiens x-tu en sont des plants de pois verts. Que peu des plants de pois jaunes et le quart conclure ? * La question 4 permet de vérifier les du Manuel B.

connaissances sur un concept qui sera

abordé dans un module

SECTION 1

La diversité de la vie

241

SECTION

2

La reproduction des êtres vivants La reproduction asexuée et sexuée p. 244

La reproduction chez les végétaux p. 245

La reproduction chez les plantes à fleurs p. 248

La reproduction sexuée p. 246

1 La diversité de la vie

SECTION

L’univers vivant

La reproduction asexuée p. 245

La pollinisation et la fécondation

p. 248

Le développement de la graine

p. 249

La dispersion des graines

p. 250

La reproduction chez les conifères p. 251

2 La reproduction des êtres vivants

SECTION

La reproduction chez les plantes à spores p. 252

3 Le maintien de la vie

SECTION

La reproduction asexuée p. 254

La reproduction chez les animaux p. 254

La reproduction sexuée p. 254

L’accouplement

p. 255

La fécondation

p. 256

Les modes de fécondation

p. 256

La fécondation externe

p. 257

La fécondation interne

p. 258

Les hermaphrodites p. 260

242

L’ENCYCLO

L’univers vivant

La puberté

p. 262

L’appareil reproducteur de l’homme p. 263 Le système reproducteur

La grossesse

p. 262

p. 266

La reproduction chez les êtres humains p. 261 La naissance

L’appareil reproducteur de la femme p. 264 Le cycle menstruel

p. 265

L’embryon et le placenta

p. 267

De l’embryon au fœtus

p. 268

Le premier trimestre

p. 269

Le deuxième trimestre

p. 270

Le troisième trimestre

p. 270

Les risques de la gestation

p. 271

Les proportions du corps changent

p. 273

Le bébé devient un enfant

p. 274

L’adolescence et la puberté

p. 275

Le vieillissement

p. 275

La contraception

p. 276

p. 272

Les stades du développement humain p. 273

Planifier les naissances

p. 276

Les maladies transmissibles sexuellement

p. 278

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

243

SURVOL

La reproduction : base de l’évolution La vie sur Terre existe depuis quatre milliards d’années. C’est la reproduction qui permet la transmission de la vie depuis si longtemps. Dans cette section, tu verras d’abord que les espèces peuvent se reproduire de façon asexuée ou de façon sexuée. Ensuite, tu apprendras comment les végétaux et les animaux se reproduisent. Tu te familiariseras avec les organes permettant la reproduction et avec les stades de développement de différents organismes. Ensuite, tu en apprendras davantage sur la reproduction humaine. Tu exploreras la grossesse et les stades de développement chez l’être humain. Ce dernier est le seul être vivant à pouvoir contrôler certains aspects de son mode de reproduction. Tu verras les différents moyens de contraception que notre espèce utilise pour contrôler les naissances. Les relations sexuelles comportent aussi des risques pour la santé. Tu examineras donc également les maladies transmissibles sexuellement (MTS).

La reproduction asexuée et sexuée La perpétuation des espèces est assurée par la reproduction. En effet, un individu a une espérance de vie relativement courte. Mais son espèce peut exister et évoluer pendant des milliers d’années si elle se reproduit avec succès. Cependant, les manières de se reproduire sont très diverses. En fait, chaque espèce a son propre mode de reproduction. Certaines ont un mode de reproduction asexué, tandis que d’autres ont un mode de reproduction sexué.

La reproduction asexuée implique la participation d’un seul être vivant. Elle ne nécessite pas de parties femelle et mâle. Le résultat de ce mode de reproduction est la formation de rejetons identiques au parent. Ainsi, parent et rejetons possèdent le même bagage génétique, donc les mêmes caractéristiques physiques et comportementales. L’espèce peut cependant évoluer grâce à la mutation des gènes. Dans la reproduction sexuée, la participation d’un parent mâle et d’un parent femelle est indispensable. Les rejetons présentent plusieurs ressemblances avec leurs parents, mais ils possèdent un bagage génétique distinct, composé d’un mélange unique de gènes des deux parents.

244

L’ENCYCLO

L’univers vivant

La reproduction chez les végétaux Les plantes peuvent se reproduire de façon asexuée et sexuée. Lorsqu’on observe plusieurs nouvelles tiges à la base d’un arbre, par exemple un lilas adulte, il s’agit de reproduction asexuée. Au printemps, cet arbre produit aussi de nombreuses fleurs qui donneront des graines. C’est la reproduction sexuée. Le lilas se reproduit donc des deux façons (voir la figure 20).

La reproduction asexuée Beaucoup d’espèces végétales ont la propriété de se multiplier à partir d’une partie d’elles-mêmes. Cette partie peut être une racine, une tige, ou même une feuille. Les lentilles d’eau offrent un exemple de multiplication par une feuille. Ces plantes de petite taille (de 4 mm à 5 mm) flottent à la surface des étangs. Chaque lentille d’eau produit une feuille qui grossit, se détache et forme une nouvelle plante. Après quelques semaines, les lentilles d’eau peuvent recouvrir entièrement la surface de l’eau (voir la figure 21).

Figure 20 Le lilas se reproduit

à la fois de façon asexuée (nouvelles pousses à la base) et sexuée (fleurs).

Figure 21 Les lentilles d’eau se multiplient à l’aide de leurs feuilles.

La figure 22 présente un exemple de reproduction asexuée à partir des tiges. C’est un des moyens de reproduction des fraisiers sauvages. À un moment donné, une tige de la plante touche le sol. Cette tige se met alors à produire des racines. Au bout d’un certain temps, une nouvelle tige et des feuilles apparaissent et forment un nouveau fraisier, génétiquement identique au premier.

Figure 22 Les fraisiers peuvent

se reproduire grâce à leurs tiges. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

245

La figure 23 donne un exemple de multiplication à partir des racines. Lorsque tu observes la figure, tu vois une forêt de trembles. Pourtant, il n’y a qu’un seul individu. Des milliers de tiges ont formé cette forêt à partir des racines d’un seul arbre.

Figure 23 Le tremble se reproduit aussi par les racines.

La reproduction sexuée Dans le règne végétal, il existe trois modes de reproduction sexuée : la reproduction à l’aide de fleurs, la reproduction à l’aide de cônes et la reproduction à l’aide de spores. La figure 24 reprend la classification du règne végétal en y ajoutant les modes de reproduction. Les conifères et les plantes à fleurs produisent des graines. Les fougères, les algues et les mousses produisent plutôt des spores. Une graine comprend tout ce qui est nécessaire à la production d’une nouvelle plante. Elle contient d’abord une petite plante en développement, l’embryon. Elle comporte aussi une réserve de nourriture, le cotylédon, et une enveloppe protectrice, le tégument (voir la figure 33, à la page 249).

Les êtres vivants SE DIVISENT EN CINQ RÈGNES

Les animaux

Les plantes

Les champignons

Les protistes

Les bactéries

SE DIVISENT EN CINQ CLASSES

Les algues

Les mousses

Les fougères

Les conifères

• produisent des cônes et des graines nues ; • on les appelle aussi les gymnospermes. • produisent des spores.

• produisent des spores.

• produisent des spores.

Figure 24 Les modes de reproduction du règne végétal

246

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Les plantes à fleurs

• produisent des fleurs et des graines protégées par un fruit ; • on les appelle aussi les angiospermes.

Les graines des conifères et des plantes à fleurs n’ont pas la même enveloppe. Pour cette raison, on les sépare en deux catégories : les gymnospermes et les angiospermes (voir les figures 25 à 28). Les conifères sont des gymnospermes, mot qui signifie « graine nue ». En effet, les graines des conifères ne sont protégées que par un tégument. Les plantes à fleurs sont des angiospermes, mot qui signifie « graine enveloppée ». Cette enveloppe peut être une cosse, comme pour les haricots. Elle peut aussi être une coque, comme pour les noix, ou de la pulpe, comme pour la pomme.

Figure 25 Certaines angiospermes, comme

les tournesols, produisent de grandes fleurs.

Figure 26 La gousse des pois est en

fait un fruit. Ce fruit est constitué des restes de l’ovaire (les pois) et de la fleur (la cosse), parvenus à maturité.

Figure 27 À l’intérieur du cône, les graines

des gymnospermes sont bien protégées. Mais lorsqu’elles tombent, leur enveloppe leur offre peu de protection.

Figure 28 Les fougères se

reproduisent sans l’aide de graines. Elles se reproduisent plutôt grâce à des spores. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

247

La reproduction chez les plantes à fleurs Plus de la moitié des espèces végétales connues appartiennent à la catégorie des angiospermes. Certaines de ces plantes produisent de grandes fleurs. D’autres, comme les herbes et plusieurs espèces d’arbres, produisent des fleurs minuscules. Mais toutes les fleurs contiennent les organes reproducteurs de la plante (voir la figure 29). L’étamine L’organe reproducteur mâle

Le pistil L’organe reproducteur femelle Le stigmate La surface gluante du pistil, qui retient les grains de pollen Le style La partie mince et allongée qui porte le stigmate L’ovaire Le renflement à la base du pistil, qui contient les gamettes femelles (ovules) Les ovules Les gamètes femelles

L’anthère La partie de l’étamine où le pollen est produit et emmagasiné Des grains de pollen Les enveloppes qui contiennent les gamètes mâles (spermatozoïdes) Le filet La partie mince et allongée qui porte l’anthère

Certaines fleurs portent seulement les organes reproducteurs mâles (l’étamine), d’autres seulement les organes reproducteurs femelles (le pistil). Souvent, une fleur porte à la fois les organes reproducteurs mâles et femelles.

Figure 29 Le système reproducteur

d’une angiosperme (plante à fleurs) typique

La pollinisation et la fécondation Les grains de pollen (voir la figure 30) sont produits par les anthères. Ils doivent entrer en contact avec le stigmate du pistil pour que la fleur soit fécondée et qu’elle produise des graines. Ce processus est appelé pollinisation. Dans le cas où le pollen entre en contact avec le pistil d’une même fleur, on parle d’autopollinisation. Cependant, chez la majorité des angiospermes, le pollen est transporté sur le pistil d’une autre fleur : c’est la pollinisation croisée. Les deux principaux agents responsables de la pollinisation croisée sont les insectes et le vent (voir la figure 31).

248

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Figure 30 Des grains de pollen grossis

Figure 31 Le pollen colle aux insectes qui

300 fois

visitent les fleurs. C’est ainsi qu’il est transporté d’une fleur à l’autre.

Après la pollinisation survient la fécondation. Au cours de la fécondation, le gamète mâle et le gamète femelle s’unissent. Le gamète mâle est un des spermatozoïdes contenus dans le grain de pollen et le gamète femelle est un des ovules de l’ovaire. Chaque gamète contient un seul gène pour chaque caractéristique physique de la plante dont il provient (voir la page 240). L’union des deux gamètes forme la première cellule ayant un bagage génétique complet. On l’appelle le zygote. La figure 32 présente les étapes de la fécondation des angiospermes.

Un spermatozoïde Le stigmate

Un grain de pollen Le tube pollinique

Le style Un ovule

Le tube pollinique

L’ovaire

2 Un tube pollinique se développe sur le style et entre dans l’ovaire, puis dans l’ovule.

Un spermatozoïde féconde un ovule.

1 La pollinisation se produit lorsqu’un grain

3 Les spermatozoïdes se déplacent dans

de pollen se dépose sur le stigmate.

le tube pollinique pour aller féconder l’ovule.

Figure 32 Les étapes de la fécondation

Le développement de la graine

des plantes à fleurs

Lorsque le gamète mâle (ou spermatozoïde) pénètre dans l’ovule, il y a formation d’un zygote. C’est le point de départ du développement de la graine. Cette première cellule se divise plusieurs fois. Les cellules commencent ensuite à se spécialiser. Certaines participent au développement de l’embryon. D’autres forment les cotylédons, c’est-à-dire la réserve de nourriture. D’autres encore donneront l’enveloppe protectrice, aussi appelée « tégument ». La figure 33 présente toutes les parties de la graine. Le tégument (l’enveloppe) La future feuille La future tige

L’embryon

La future racine Les cotylédons (la réserve de nourriture) Figure 33 La graine contient tout ce

qu’il lui faut pour devenir une plante. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

249

La dispersion des graines Souvent, c’est le fruit d’une plante à fleurs qui est à l’origine de la dispersion des graines. Les figures 34 à 37 montrent différents modes de dispersion des graines. Les cinq principaux agents de dispersion des graines sont les animaux, l’eau, le vent, la plante elle-même (par exemple, une plante qui « projette » ses graines) et l’être humain (par exemple, l’ensemencement des champs). Il est important que les graines soient transportées loin de la plante mère. En effet, si une graine reste près de la plante mère, elle entre en compétition avec celle-ci pour obtenir sa part de lumière, de substances nutritives et d’eau. La dispersion des graines augmente les chances des jeunes plantes de survivre, puis de se reproduire.

250

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Figure 34 Les oiseaux mangent

Figure 35 Les fruits de la bardane

des baies (petits fruits). Cependant, ils sont incapables de digérer les graines. Celles-ci se retrouvent donc, en parfait état, dans leur fiente.

s’accrochent au pelage des mammifères. Ceux-ci transportent donc les fruits et leurs graines.

Figure 36 En s’ouvrant, les cosses

Figure 37 Les cours d’eau et la pluie

d’asclépiade libèrent des graines munies de longues soies. La moindre brise emporte ces graines au loin.

emportent au loin les graines tombées au pied de la plante mère.

La reproduction chez les conifères Le cycle de vie d’une gymnosperme ressemble en bien des points à celui d’une angiosperme. Toutefois, les gymnospermes ne produisent pas de fleurs. Pour la majorité d’entre elles, la reproduction a lieu dans des cônes. Les gamètes mâles sont contenus dans des cônes mâles et les gamètes femelles dans des cônes femelles (voir la figure 38). Les graines se développent dans les cônes femelles, après la fécondation des ovules. Figure 38 Des feuilles (ou aiguilles) et des cônes de gymnospermes typiques.

Les cônes mâles des sapins sont petits et poussent à l’extrémité des branches.

Les cônes femelles du pin sont dirigés vers le bas. Ils s’ouvrent à maturité pour libérer les graines.

Chez quelques espèces de conifères, les cônes mâles et femelles sont produits sur des arbres différents. Cependant, chez la plupart des espèces, un même arbre produit les deux types de cônes. La figure 39 illustre le processus de reproduction d’une gymnosperme.

1 La plante adulte

2 a) Les cônes femelles produisent des ovaires

3 La pollinisation : un grain de pollen,

produit des cônes mâles et des cônes femelles.

sur la face supérieure de leurs écailles.

transporté par le vent, se dépose directement sur un ovaire, où il produit un tube pollinique.

Un cône femelle

Un ovaire Un ovaire Une écaille

Une écaille

b) Pendant ce temps, dans les cônes mâles, les poches situées sur la face inférieure des écailles produisent du pollen.

Un tube pollinique

Un cône mâle

Un œuf fécondé (zygote)

Un grain de pollen ailé

4 La fécondation :

Une graine ailée Une plante adulte

5 Le cône femelle libère une graine ailée qui germera et se

un spermatozoïde parcourt le tube pollinique pour aller féconder un ovule, et produire ainsi un zygote.

transformera à son tour en un jeune plant, si les conditions sont favorables.

Figure 39 La reproduction des gymnospermes (conifères)

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

251

La reproduction chez les plantes à spores De nombreuses plantes qui poussent sur le sol des forêts, comme les mousses, les fougères et les hépatiques, ne produisent pas de graines. Elles se reproduisent au moyen de spores (voir les figures 40 à 42). Les spores sont des cellules contenant un bagage génétique complet. Une spore peut donc se transformer en une jeune plante sans avoir été fécondée. Il existe des spores mâles qui donnent un plant produisant des spermatozoïdes, et des spores femelles qui donnent un plant produisant des ovules. La figure 43, à la page suivante, illustre la reproduction sexuée chez une plante à spores.

Figure 41 Les hépatiques sont de petites plantes à croissance lente. Elles

poussent dans les milieux très humides. Elles se reproduisent à l’aide de spores.

Figure 40 Des mousses épaisses, vertes

et douces poussent dans les milieux humides.

Figure 42 La fougère est une plante à spores. Chez certaines de ces plantes, les spores

sont enfermées dans de minuscules sacs situés sur la face inférieure des feuilles : les sporanges.

252

L’ENCYCLO

L’univers vivant

1 Les spores sont libérées dans l’air. 5 Le zygote se développe sur la plante

Des spores mâles et femelles

femelle. Au stade adulte, il produit des spores.

Une plante mâle

Un zygote

Une plante femelle

Des spermatozoïdes

2 Sur un sol humide, Un ovule

4 La fécondation

3 Une fois libérés, les spermatozoïdes

produit un zygote.

nagent dans la pellicule d’eau qui recouvre la plante. Puis ils atteignent la structure qui produit les ovules.

une spore peut se transformer en une plante capable de produire des spermatozoïdes (gamètes mâles) ou des ovules (gamètes femelles). La spore n’a pas besoin d’être fécondée.

Figure 43 La reproduction sexuée d’une mousse

Vérifie ce que tu as retenu

res mots : « La perpétuation des espèces 1. Explique cette phrase dans tes prop est assurée par la reproduction. » asexuée ? 2. a) Qu’est-ce que la reproduction ée ? n b) Qu’est-ce que la reproductio sexu a-t-elle un mode de reproduction 3. Pourquoi chaque espèce végétale végétales ? différent de celui des autres espèces t se reproduire à l’aide : 4. Nomme une espèce végétale qui peu a) de ses feuilles. b) de ses tiges. c) de ses racines. sexuée : 5. Décris le cycle de la reproduction rs. fleu a) des plantes à b) des conifères. es. c) des fougères, des mousses et des algu ne et une spore ? grai une e 6. a) Quelle est la différence entr ète et un zygote ? b) Quelle est la différence entre un gam tées les graines et les spores soient transpor 7. a) Pourquoi est-il important que loin de la plante mère ? dispersion des graines et des spores. b) Nomme au moins quatre agents de en en terre et que tu arroses la terre 8. Qu’arrivera-t-il si tu plantes du poll régulièrement ? Explique ta réponse. de petites fleurs vertes. Selon toi, le 9. Le hêtre est un arbre qui produit e est-il le vent ou les insectes ? principal agent de pollinisation du hêtr SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

253

La reproduction chez les animaux Les espèces animales se divisent en deux groupes : les vertébrés et les invertébrés. Les vertébrés possèdent un squelette interne. Les invertébrés n’en ont pas (voir la figure 10, aux pages 226 et 227). Les invertébrés constituent environ 97 % de toutes les espèces animales. Ils se reproduisent de façon asexuée ou sexuée. Les vertébrés, pour leur part, se reproduisent en majorité de manière sexuée.

La reproduction asexuée Dans la reproduction asexuée, un seul être vivant forme un ou plusieurs individus identiques. Les éponges et les hydres, par exemple, se reproduisent par bourgeonnement (voir la figure 44). Les individus forment des bourgeons qui se développent directement sur le parent. Lorsque ces individus sont complets, ils se détachent et deviennent indépendants.

a) Les bourgeons de l’éponge restent attachés au parent. Cela donne naissance à une colonie.

b) Les hydres sont des organismes très petits qui vivent dans l’eau. Elles se reproduisent par bourgeonnement.

Figure 44 Le bourgeonnement : un mode

de reproduction asexuée

La reproduction sexuée Les vertébrés forment un groupe très diversifié. Toutefois, la majorité d’entre eux se reproduisent de façon sexuée. Les animaux mâles produisent des gamètes mâles, ou spermatozoïdes. Les animaux femelles produisent des gamètes femelles, ou ovules. Les spermatozoïdes et les ovules contiennent chacun la moitié du bagage génétique du futur petit. Les animaux vertébrés se reproduisent selon les étapes suivantes : 1. Un gamète mâle s’unit à un gamète femelle. 2. Cette union produit une première cellule appelée zygote. Celle-ci a un bagage génétique complet. 3. Le zygote se divise et se transforme en un embryon qui contient plusieurs cellules. 4. L’embryon se développe et devient un petit animal. 5. Quand l’animal parvient à l’âge adulte, il forme des gamètes et peut se reproduire à son tour (voir la figure 45, à la page suivante).

254

L’ENCYCLO

L’univers vivant

2 Un spermatozoïde pénètre dans l’ovule et il y a fécondation.

1 Les glandes mâles et femelles des parents produisent des gamètes.

Un ovule Un spermatozoïde Un ovule

Un spermatozoïde

Un zygote (ovule fécondé)

Croissance et développement (division cellulaire) Un embryon

Croissance et développement

4 L’embryon finira par devenir un adulte capable de produire des gamètes.

3 L’embryon se développe par division cellulaire.

Figure 45 Le cycle de la reproduction sexuée chez les animaux

Pour que la reproduction sexuée soit efficace, elle doit répondre aux deux conditions suivantes : 1. Les gamètes mâle et femelle doivent se trouver au même endroit au même moment. 2. Le zygote doit recevoir la nourriture et la protection dont il a besoin. Il doit aussi bénéficier de l’humidité et de la chaleur nécessaires à son développement.

L’accouplement Au cours de l’accouplement, deux individus d’une espèce animale entrent en contact pour unir leurs gamètes en vue de la fécondation. Chez plusieurs animaux, il n’y a qu’une période d’accouplement par année. Dans ce cas, l’éclosion des œufs ou la naissance des petits se produit généralement quand les conditions environnementales sont les meilleures. Cela favorise le développement des petits. Les mammifères du Québec s’accouplent surtout à l’automne. L’embryon se développe durant l’hiver et les petits naissent au printemps suivant. En effet, c’est au cours de cette saison que le climat et la nourriture conviennent le mieux à la croissance des nouveau-nés. Les oiseaux s’accouplent au printemps et les petits naissent quelques semaines plus tard. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

255

La fécondation La fécondation a lieu lorsqu’un spermatozoïde et un ovule provenant de la même espèce s’unissent (voir la figure 46). La fécondation doit avoir lieu dans un milieu humide. En effet, les gamètes mâles et femelles sont des cellules très fragiles. Ils meurent dès qu’ils s’assèchent. De plus, l’humidité garde la membrane de l’ovule souple, ce qui facilite la pénétration du spermatozoïde. Enfin, les spermatozoïdes peuvent se

Figure 46 On voit au microscope

des spermatozoïdes rencontrant un ovule (grossissement 64X).

Les modes de fécondation Il existe deux principaux modes de fécondation chez les animaux. Dans la fécondation externe, les gamètes s’unissent à l’extérieur du corps des deux parents. Ce mode est fréquent chez les animaux aquatiques, comme les poissons (voir la figure 47). La plupart des animaux terrestres se reproduisent par fécondation interne. Les spermatozoïdes pénètrent dans le corps de la femelle et vont à la rencontre du ou des ovules.

Figure 47 La femelle du saumon du pacifique pond ses œufs au fond de la rivière.

Par la suite, le mâle dépose son sperme (contenant les spermatozoïdes) sur les œufs pour les féconder. Plus tard, les alevins, de très jeunes poissons, sortent des œufs.

256

L’ENCYCLO

L’univers vivant

La fécondation externe La majorité des animaux aquatiques se reproduisent grâce à la fécondation externe. L’anémone de mer fournit un exemple de ce mode de fécondation.

Figure 48 Toutes les anémones

d’une même communauté libèrent leurs œufs et leur sperme en même temps. Cela accroît la probabilité que leurs gamètes se rencontrent. Cette réaction est généralement déclenchée par un signal venant du milieu, par exemple la pleine lune.

Les anémones adultes ne peuvent pas se déplacer pour aller à la recherche d’un partenaire (voir la figure 48). Elles se reproduisent néanmoins d’une manière sexuée, en libérant leurs gamètes directement dans l’eau. Ce sont les courants marins qui permettent la rencontre des spermatozoïdes et des ovules. Les zygotes qui en résultent se transforment en larves capables de nager et de se nourrir. Les larves parcourent parfois des distances considérables avant de se fixer et de se transformer en adulte. La figure 49 illustre le cycle de reproduction de l’anémone de mer.

Un zygote

Larve Le stade qui précède la transformation en adulte de certains animaux, comme les amphibiens et les insectes.

3 Une boule de cellules en cours de division

4 Une larve capable de nager

2 Un spermatozoïde pénètre dans un ovule.

5 Un organisme fixe

1 Les gamètes mâles et femelles sont libérés.

Des adultes

6 Un organisme capable de capturer et de consommer une proie

Toutefois, le hasard ne joue pas toujours un aussi grand rôle dans la fécondation. Par exemple, les poissons femelles pondent généralement une grappe d’œufs. Le mâle libère son sperme directement sur les œufs. On appelle « frai » ce mode de fécondation externe.

Figure 49 Le cycle

de reproduction de l’anémone de mer comprend plusieurs phases.

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

257

Les jeunes têtards se servent de leur queue pour nager.

Les jeunes grenouilles ont des pattes bien développées.

Une grenouille adulte

Des œufs fécondés

La grenouille utilise un autre mode de fécondation externe. Durant l’accouplement, le mâle enlace la femelle. Dès que la femelle pond des œufs, le mâle libère son sperme sur ceux-ci. Les petits qui sortent des œufs des anémones, des poissons et des grenouilles ressemblent bien peu à leurs parents. Ils doivent passer par plusieurs stades de développement avant de devenir des adultes capables de se reproduire. Les anémones et les poissons passent toute leur vie adulte dans l’eau. Mais les grenouilles vivent à la fois sur le sol et dans l’eau. Ce sont des amphibiens. La figure 50 illustre les stades de dévelopFigure 50 Les stades de développement

de la grenouille

La fécondation interne Chez les animaux terrestres, la majorité des espèces se reproduisent par fécondation interne. Par exemple, tous les reptiles, et notamment les serpents et les tortues, se reproduisent par fécondation interne. La plupart des mâles et des femelles sont dotés d’un orifice qui permet l’expulsion du sperme, de l’urine et des excréments : le cloaque. Pour se reproduire, le mâle et la femelle collent leur cloaque ensemble. Le sperme, libéré par chaque mâle, passe dans le cloaque de la femelle. Le sperme remonte ensuite un canal pour aller à la rencontre des ovules (voir la figure 51).

Les appareils digestif et urinaire Figure 51 Le cloaque d’un reptile. Cet orifice sert à l’expulsion des déchets (urine et excréments). C’est aussi par le cloaque que le mâle libère le sperme. Le sperme entre ensuite dans le cloaque de la femelle.

258

L’ENCYCLO

L’univers vivant

L’appareil reproducteur Le cloaque

La membrane de la coquille La coquille Le blanc (l’albumen) Le gaz carbonique L’oxygène La chambre à air La membrane du jaune (la membrane vitelline) L’embryon Le jaune Figure 52 L’intérieur d’un œuf

de reptile

La majorité des reptiles, les oiseaux, les amphibiens et la plupart des poissons et des insectes sont ovipares, c’est-à-dire qu’ils pondent des œufs. Dans la coquille, le zygote baigne dans un liquide pendant qu’il se transforme en embryon. L’œuf renferme toute la nourriture nécessaire à la croissance de l’embryon (voir la figure 52). Une fois son développement terminé, le jeune animal sort de sa coquille (voir la figure 53).

Figure 53 Les jeunes reptiles sont des répliques miniatures de leurs parents. Dès qu’ils sortent de leur coquille, ils sont capables de se nourrir et de se défendre seuls.

Les oiseaux, comme les reptiles, possèdent un cloaque pour permettre la rencontre des gamètes. Mais, à la différence de la plupart des reptiles, des amphibiens et des poissons, les oiseaux prennent soin de leurs petits.

Les scientifiques qui examinèrent un ornithorynque pour la première fois en 1798 n’en croyaient pas leurs yeux ! En effet, cet animal a de quoi surprendre : il a un bec de canard, un corps de loutre, une queue de castor, il pond des œufs et il allaite ses petits. Après plusieurs années de recherche, ils ont fini par conclure qu’il s’agissait d’un mammifère. Son nom vient des mots grecs ornithos, « oiseau », et rhunkos, « bec ». Il vit uniquement en Australie et en Tasmanie.

Chez les mammifères, les mâles possèdent un pénis. Cet organe leur permet d’introduire le sperme dans le corps de la femelle. Les femelles des mammifères ne pondent pas d’œufs, à une exception près, l’ornithorynque. Tous les autres mammifères sont vivipares, c’est-à-dire que l’ovule fécondé se développe complètement dans le corps de la mère. C’est là que le zygote reçoit la nourriture dont il a besoin pour se transformer en embryon et poursuivre sa croissance. Dans ce mode de reproduction, les petits se développent davantage avant la naissance. Ils sont bien protégés, car ils sont dans le corps de leur mère. Après la naissance des petits, les femelles produisent du lait pour les nourrir (voir la figure 54, à la page suivante). Tu en apprendras davantage sur la reproduction des mammifères quand tu étudieras l’être humain, à la page 261. Il existe finalement des animaux ovovivipares, par exemple certaines espèces de serpents. Les femelles ovovivipares conservent leurs œufs dans leurs corps jusqu’à ce qu’ils soient prêts à éclore. La période d’incubation a donc lieu dans le corps de la femelle. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

259

Figure 54 Chez les mammifères et

les oiseaux, le cycle reproducteur nécessite de grandes dépenses d’énergie pour l’un des parents ou pour les deux parents. C’est pourquoi ces êtres vivants donnent naissance à moins de petits au cours d’un cycle que la plupart des autres animaux.

Les hermaphrodites Il existe quelques espèces hermaphrodites. Chez ces animaux, chaque individu est doté à la fois d’organes reproducteurs mâles et femelles. Ces êtres vivants se reproduisent grâce à un mode particulier de fécondation interne. Les vers de terre et les escargots, par exemple, sont hermaphrodites. Quand deux vers s’accouplent (voir la figure 55), chacun injecte son sperme dans l’orifice reproducteur de l’autre. Par la suite, chaque ver pond des œufs fécondés. Ainsi, une seule rencontre sexuelle permet à deux individus de produire des œufs. Figure 55 Les hermaphrodites produisent à la fois des gamètes mâles et des gamètes femelles. Toutefois, ils doivent échanger leur sperme pour se reproduire.

u Vérifie ce que tu as reten

roduire de ns animaux peuvent se rep tai cer on faç e ell qu de e 1. Expliqu un exemple. manière asexuée. Donne s ovules doit-elle avoir des spermatozoïdes et de e ntr co ren la i uo urq Po 2. de ? lieu dans un milieu humi entre : 3. Quelle est la différence ondation ? a) l’accouplement et la féc e? et e la fécondation extern b) la fécondation intern ? c) un cloaque et un pénis de mer lune, toutes les anémones 4. Au moment de la pleine leurs œufs en même leurs spermatozoïdes et d’une population libèrent t-elles ainsi ? temps. Pourquoi agissen le fois. Les oiseaux taines d’œufs en une seu cen s de t en nd po s tue s toi, qu’est-ce 5. Les tor ins d’une dizaine. D’aprè mo t en em ral né gé t en nd en po ence ? qui explique cette différ rmaphrodite. ondation d’un animal he 6. Décris le mode de féc

260

L’ENCYCLO

L’univers vivant

La reproduction chez les êtres humains Des éléphants aux êtres humains, tous les mammifères commencent leur vie sous la forme d’un minuscule œuf fécondé. En quelques semaines ou en quelques mois, cette nouvelle vie se développe. Elle se transforme en un ensemble de tissus et d’organes formant un éléphanteau ou un bébé humain. Bien que ces deux petits soient différents, leur processus de formation est assez semblable. Dans cette partie de la section 2, tu verras comment le corps de la femme enceinte change. La femme doit protéger une nouvelle vie et l’aider à croître. De plus, tu apprendras comment les êtres humains planifient les naissances par différents moyens de contraception. Tu verras aussi comment il est possible de se protéger des maladies transmissibles sexuellement (MTS).

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

261

Le système reproducteur Le système reproducteur humain ressemble à celui des animaux et des plantes à reproduction sexuée. Il produit des gamètes mâles ou femelles et les unit. Cette union a lieu grâce à la fécondation interne, comme chez les autres mammifères. Tout commence avec les hormones sexuelles. Ces hormones agissent comme des messagères. Elles circulent dans le sang et indiquent aux testicules (chez le garçon) et aux ovaires (chez la fille) qu’il est temps de produire des gamètes.

La puberté La majorité des filles et des garçons sentent pour la première fois l’effet des hormones sexuelles au début ou au milieu de l’adolescence. Cette période, appelée puberté, commence lorsque les hormones provoquent des modifications du corps. Ces modifications ont pour but de rendre le corps capable de se reproduire. Hypophyse Une glande située à la base du cerveau. Chez l’être humain, elle a environ la taille d’un pois.

À la puberté, une glande appelée hypophyse déclenche la production des hormones sexuelles (voir la figure 56). Chez l’homme, il s’agit principalement de la testostérone. Chez la femme, les deux hormones les plus importantes sont la progestérone et les œstrogènes. Ces hormones voyagent dans le sang et se rendent jusqu’aux testicules ou aux ovaires. Là, elles donnent aux testicules le signal pour produire des spermatozoïdes. Quant aux ovaires, ils contiennent des follicules qui se développent pour produire les ovules. Le signal fait en sorte qu’à chaque mois un ovule se développe et est libéré par l’ovaire. La puberté amène aussi d’autres changements physiques. Par exemple, il y a apparition de poils. Chez les jeunes filles, les seins se développent. Chez les garçons, le larynx se modifie et la voix devient plus grave.

L’hypophyse (déclenche la production d’hormones sexuelles) Le larynx

Un ovaire (produit de la progestérone et des œstrogènes)

Figure 56 L’hypophyse contrôle

plusieurs fonctions importantes, dont la reproduction.

262

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Un testicule (produit de la testostérone)

L’appareil reproducteur de l’homme L’appareil reproducteur de l’homme produit un très grand nombre de spermatozoïdes. La figure 57 montre l’anatomie de l’appareil reproducteur masculin. Le tableau 10 décrit le rôle de ces différentes parties.

La vessie Un épididyme Un canal déférent

Les vésicules séminales La prostate

Un testicule

Le pénis

La glande de Cowper L’épididyme L’urètre

Un testicule

Des tubes séminifères

Le scrotum

a) Les différentes parties de l’appareil reproducteur de l’homme

b) L’intérieur d’un testicule

Figure 57 L’appareil reproducteur masculin Tableau 10 Les parties de l’appareil reproducteur de l’homme et leur rôle dans la

fabrication des spermatozoïdes Partie de l’appareil reproducteur

Rôle

Le scrotum

Sac contenant les testicules. Il permet de les garder légèrement éloignés du corps. En effet, les testicules doivent être à une température légèrement plus basse que celle du corps pour produire les gamètes.

Les testicules

Ils contiennent les tubes séminifères.

Les tubes séminifères

Ils fabriquent en moyenne 400 millions de gamètes mâles par jour.

L’épididyme

Les spermatozoïdes produits sont mis en réserve dans ce petit organe allongé, situé au-dessus des testicules.

Les canaux déférents

Les spermatozoïdes empruntent les canaux déférents pour quitter le corps au moment de l’éjaculation.

La prostate et les vésicules séminales

Elles produisent un liquide appelé sperme. Le sperme contient les spermatozoïdes et leur permet de se déplacer. Le sperme est riche en sucre. Il fournit aux gamètes mâles l’énergie dont ils ont besoin pour nager quand ils sont expulsés dans le vagin de la femme au moment de l’éjaculation.

L’urètre

Quand l’homme éjacule, le sperme emprunte ce canal. C’est aussi par l’urètre que l’urine sort de la vessie.

La glande de Cowper

La glande de Cowper déverse un liquide dans l’urètre pour neutraliser l’acidité. Celle-ci est causée par des traces d’urine encore présentes dans l’urètre qui pourraient nuire à la survie des spermatozoïdes.

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

263

L’appareil reproducteur de la femme L’appareil reproducteur de la femme est conçu pour produire les gamètes femelles : les ovules. La figure 58 montre l’anatomie de l’appareil reproducteur féminin. Le tableau 11 indique les parties de l’appareil reproducteur féminin. Il donne aussi le rôle joué par chacune de ces parties. a) Un ovaire Une trompe de Fallope

L’utérus Le col de l’utérus

La vessie L’urètre

Le vagin

b) Une trompe de Fallope Un follicule Un ovaire L’utérus Le col de l’utérus Le vagin

Figure 58 Les différentes parties de

l’appareil reproducteur de la femme vues de côté (a) et de face (b) Tableau 11 Les parties de l’appareil reproducteur de la femme et leur rôle dans la

production des ovules Partie de l’appareil reproducteur

264

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Rôle

Les ovaires

La femme en possède deux. Tous les 28 jours environ, ils libèrent chacun leur tour un ovule : c’est l’ovulation.

Les follicules

Ils sont situés dans les ovaires. Chacun contient un ovule et l’amène à son développement final.

Les trompes de Fallope

L’ovule libéré par le follicule emprunte les trompes de Fallope pour atteindre l’utérus. Un ovule survit de 24 à 48 heures dans les trompes de Fallope, où il pourra être fécondé.

L’utérus

C’est un organe creux en forme de poire. Si l’ovule est fécondé par un spermatozoïde, un zygote se développera dans l’utérus.

Le vagin

C’est dans ce passage que le pénis pénètre et libère le sperme. De plus, le bébé emprunte le vagin pour sortir de l’utérus.

L’appareil reproducteur féminin subit des transformations selon le cycle menstruel. Ce cycle dure environ 28 jours. Au cours d’un cycle, un ovule arrive à maturité. À ce moment, le corps réagit comme si l’ovule allait être fécondé et qu’un embryon allait se développer. Entre autres transformations, la paroi de l’utérus épaissit. Cela a pour but de permettre au zygote de se fixer dans l’utérus pour s’y développer.

Température (en °C)

Le cycle menstruel 37,3

36,7

1 1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25 27

Règles

Ovulation

Figure 59 La relation entre la température

1

3

5

7

Règles

Jour du cycle

corporelle et le cycle menstruel

La figure 59 montre les changements de température du corps de la femme en fonction des jours du cycle menstruel. Cette figure permet de constater que la température du corps de la femme augmente au moment de l’ovulation. Au bout de quelques jours, si l’ovule n’est pas fécondé, il est expulsé du corps avec les cellules qui épaississaient la paroi de l’utérus. Ce sont les règles ou les menstruations (voir la figure 60). Fécondation possible

Ovulation : point culminant de la fécondité

Figure 60 Le cycle menstruel

Fécondation possible

L’ovule non fécondé meurt.

Ovulation

Variation de l’épaisseur de la paroi de l’utérus

Jour

Perte de la muqueuse utérine et de l’ovule non fécondé au cours des règles 1

2

3

4

5

Développement du follicule : la paroi de l’utérus commence à s’épaissir. 6

7

8

9

Ovulation

La paroi de l’utérus continue de s’épaissir.

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Vérifie ce que tu as retenu* elles ? 1. a) Quel est le rôle des hormones sexu sexuelles. b) Nomme au moins deux hormones rs et des garçons se transforme au cou 2. Décris comment le corps des filles de la puberté. ïde, de sa naissance dans un testicule 3. a) Raconte la vie d’un spermatozo Fallope. jusqu’à sa mort dans une trompe de ndé, de sa naissance jusqu’à sa mort. b) Raconte la vie d’un ovule non féco it-elle au cours du cycle menstruel ? 4. Pourquoi la paroi de l’utérus s’épaiss abordés * Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

les connaissances sur les concepts qui

seront

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

265

La grossesse Quand les gamètes mâles sont déposés dans le vagin de la femme, ils se déplacent vers l’utérus, puis vers les trompes de Fallope. Sur quelques millions de spermatozoïdes, seulement quelques milliers atteindront l’ovule (voir la figure 61). De ce nombre, un seul pourra féconder l’ovule. Tu as vu ce qui arrive à l’utérus de la femme si l’ovule n’est pas fécondé. Qu’arrive-t-il si l’ovule est fécondé, c’est-à-dire si un spermatozoïde s’unit à l’ovule pour former un zygote ? Figure 61 Cette photo permet de voir la taille d’un spermatozoïde par rapport à celle d’un ovule. L’ovule mature est la plus grosse cellule du corps humain (grossissement env. 64X).

3 La division cellulaire Un zygote de quatre cellules

La couche de cellules externes

Un zygote de deux cellules

Le noyau d’un spermatozoïde Le noyau de l’ovule

Un zygote de huit cellules

Le bouton embryonnaire

2 La fécondation Une trompe de Fallope

L’utérus

4 L’implantation

Un ovaire

dans l’utérus

1 L’ovulation

Figure 62 Le développement

humain, de l’ovule au bouton embryonnaire

266

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Après la fécondation, le zygote se déplace de la trompe de Fallope jusqu’à l’utérus (voir la figure 62). Au cours de sa descente, le zygote subit une série de divisions cellulaires. Lorsqu’il atteint l’utérus, c’est déjà une masse d’environ 16 cellules. Au moment où il commence à s’implanter dans l’utérus, le zygote a pris la forme d’une boule remplie de liquide. Il contient un groupe de cellules appelé bouton embryonnaire. Les cellules externes du zygote formeront le placenta, dont nous reparlerons plus loin. Le bouton embryonnaire formera l’embryon.

L’embryon et le placenta Entre le 10e et le 14e jour de développement, deux tissus importants se forment (voir la figure 63). Le premier, l’amnios, devient le sac amniotique, qui contient l’embryon et le liquide amniotique. Ce liquide protège l’embryon contre les chocs. Le second tissu donne le placenta. Celui-ci transporte la nourriture et l’oxygène de la mère au fœtus par l’entremise du cordon ombilical. Le cordon permet également au fœtus d’éliminer les déchets qu’il produit.

Le placenta

La paroi de l’utérus

Le cordon ombilical

L’embryon

Le sac amniotique

Figure 63 La partie du haut représente le placenta. Le fœtus se trouve dans le sac

amniotique. Entre l’embryon et le placenta, tu peux voir le cordon ombilical.

Au cours des premières divisions cellulaires, les cellules de l’embryon sont presque toutes semblables. Cependant, au cours de la deuxième semaine, les cellules commencent à se différencier. Elles forment la gastrula, qui comprend trois couches ou feuillets : l’ectoderme, le mésoderme et l’endoderme. La figure 64 illustre ce changement. La cavité amniotique Les cellules de l’ectoderme formeront la peau et le système nerveux. Les cellules du mésoderme formeront les reins, le squelette, les muscles, les vaisseaux sanguins et les glandes. Les cellules de l’endoderme formeront les poumons et les parois de l’appareil digestif. Le sac vitellin

Figure 64 Le développement des trois

La paroi de l’utérus

feuillets embryonnaires au cours du stade de la gastrula. Chaque feuillet formera des tissus différents. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

267

De l’embryon au fœtus Les trois feuillets de la gastrula se développent de façon à former les différentes parties du corps. Ce processus est appelé différenciation cellulaire. Cela signifie que certaines cellules se spécialisent afin d’accomplir les tâches des divers tissus et organes du corps. Par exemple, le cœur commence à battre à environ trois semaines, soit avant même qu’il y ait du sang à pomper ! À la fin de la quatrième semaine, la taille de l’embryon a augmenté 500 fois. La période de développement de l’enfant à naître, soit la gestation, dure de 38 à 40 semaines. On peut diviser la gestation en trois trimestres, comme le montre la figure 65. Chaque trimestre dure environ trois mois (environ 13 semaines). Il se produit des changements majeurs au cours de chacun de ces trimestres. Premier trimestre (de la première à la 13e semaine)

Au premier trimestre, l'embryon prend une forme humaine reconnaissable. Le placenta se développe.

Deuxième trimestre (de la 14e à la 26e semaine)

Au deuxième trimestre, le fœtus passe par une phase de maturation et de croissance.

Troisième trimestre (de la 27e à la 40e semaine)

Au troisième trimestre, le fœtus occupe toute la cavité utérine.

Figure 65 Le développement de l’embryon et du fœtus durant la grossesse

268

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Le premier trimestre : de la 1re à la 13e semaine Le tableau 12 présente les points saillants du développement de l’enfant à naître au cours du premier trimestre. Jusqu’à huit semaines, on l’appelle « embryon ». À la fin de la huitième semaine, l’embryon est désormais nommé « fœtus ». Tableau 12 Le développement de l’embryon et du fœtus au cours du premier trimestre

Embryon ou fœtus

Points saillants Il mesure 1 cm.

4e semaine

Début de la formation du cerveau, du cœur, des membres (jambes et bras), des yeux et de la colonne vertébrale

Un embryon de 28 jours Il mesure 3 cm. Production des premières cellules osseuses Les bras et les jambes sont présents, mais pas encore les doigts et les orteils. 8e semaine

L’embryon se nomme maintenant « fœtus ».

Un fœtus de huit semaines Il mesure de 8 à 10 cm. Présence des principaux organes sous forme de bourgeons : le foie, l’estomac, le cerveau et le cœur 12e semaine

On peut déterminer le sexe du fœtus. Le fœtus peut maintenant bouger.

Un fœtus de douze semaines

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

269

Le deuxième trimestre : de la 14e à la 26e semaine La figure 66 montre le fœtus pendant le deuxième trimestre. À la 24e semaine, le fœtus mesure environ 30 cm. La mère peut commencer à sentir les mouvements de son bébé, surtout ceux des jambes (voir le tableau 13).

Figure 66

Un fœtus de 24 semaines

Points saillants

Tableau 13 Les points saillants du développement du fœtus au cours du deuxième trimestre

16e semaine

20e semaine

Le fœtus mesure environ 16 cm. Le squelette commence à se former. Les orteils et les doigts sont différenciés et les ongles apparaissent. Les organes génitaux sont formés. Le cerveau se développe rapidement. Le système nerveux commence à fonctionner. La plupart des organes sont présents, mais leur développement n’est pas terminé.

Il mesure de 25 à 30 cm. Des cheveux poussent sur sa tête. Les bourgeons des dents permanentes apparaissent sous les dents de lait. Il commence à entendre les bruits provenant de l’extérieur. Il peut sucer son pouce. Le fœtus s’exerce à utiliser son système digestif en avalant un peu de liquide amniotique.

24e semaine Il mesure de 27 à 35 cm. Ses poumons viennent tout juste de se former, mais le fœtus est encore incapable de respirer par lui-même. Les doigts portent des empreintes digitales. Il sursaute lorsqu’il entend un bruit soudain.

Le troisième trimestre : de la 27e à la 40e semaine La figure 67 montre un fœtus dans les derniers mois de son développement. Durant cette période, il grandit rapidement. Le développement rapide du fœtus, en particulier celui du cerveau, demande un apport important d’éléments nutritifs. Il est donc primordial que la mère s’alimente adéquatement. Normalement, au cours du neuvième mois, le fœtus se place dans l’utérus de façon que sa tête soit vers le bas. Les mouvements que la mère sent sont plus fréquents et vigoureux (voir le tableau 14).

Figure 67

Un fœtus de 32 semaines

270

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Points saillants

Tableau 14 Les points saillants du développement du fœtus au cours du troisième trimestre

28e semaine

32e semaine

36e semaine

Le fœtus mesure environ 38 cm. Le système immunitaire se développe. Cela permet au fœtus de lutter contre les virus ou les bactéries indésirables. Les os commencent à durcir. Le fœtus peut ouvrir les yeux.

Il mesure environ 42 cm et grandit d’environ 1 cm par semaine. Les poumons et le cerveau continuent de se développer. Le fœtus commence à être un peu à l’étroit dans l’utérus. Il se place tête en bas, en prévision de l’accouchement.

Il mesure environ 50 cm. Il sait distinguer la lumière et l’obscurité. Il reconnaît la voix de sa mère. Les ongles et les cheveux continuent de pousser. Il a souvent le hoquet.

Les risques de la gestation Pendant sa croissance, le fœtus reçoit toute sa nourriture et son oxygène par le sang de sa mère. Ce sang passe par le placenta, puis par le cordon ombilical. Le fœtus peut donc aussi recevoir des substances dangereuses. Tout ce que la mère mange, boit ou respire peut aboutir dans le sang du fœtus. Le premier trimestre est une période critique pour le développement de l’embryon. C’est la période pendant laquelle le risque de malformations est le plus grand (voir la figure 68). 3

4

5

6

7

8

9

10

20-26

38

Le système nerveux central Le cœur Les bras Les yeux Les jambes Les dents Le palais Les organes sexuels externes Les oreilles Risque de malformations majeures

Risque de malformations mineures

Certaines substances, telles que la fumée de cigarette, l’alcool et les drogues, nuisent au développement normal du fœtus. Ces substances peuvent même causer des dommages permanents. La fumée de cigarette peut empêcher le fœtus d’obtenir la quantité d’oxygène dont il a besoin. Cela peut porter atteinte à sa croissance et au développement de ses organes.

Figure 68 Les périodes critiques

du développement de l’embryon et du fœtus. C’est pendant les périodes marquées en rouge que les organes sont le plus sensibles aux facteurs extérieurs. Les nombres indiquent l’âge de l’embryon ou du fœtus en semaines.

L’alcool, quant à lui, peut nuire aux fonctions de son cerveau et de son système nerveux, de même qu’à son développement physique. En fait, l’alcool reste plus longtemps dans le sang du fœtus que dans celui de la mère. Des substances nocives, par exemple certains médicaments, peuvent se retrouver dans le sang du fœtus. Ces substances peuvent causer des malformations physiques ou des maladies mentales. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

271

La naissance La gestation se termine de 38 à 40 semaines après la fécondation de l’ovule par le spermatozoïde. À ce moment, un nouvel être est prêt à faire son entrée dans le monde. Le signal de l’accouchement (ou de l’expulsion du fœtus) est donné par l’hypophyse. À la puberté, cette glande sécrétait des hormones pour déclencher la production des gamètes mâles ou femelles. À l’accouchement, elle produit une autre hormone, l’ocytocine, qui stimule les contractions de l’utérus et dilate le col de l’utérus. Le travail commence (voir la figure 69). L’utérus Le cordon ombilical Le vagin Le col de l’utérus

Le décollement du placenta Le cordon ombilical

1 La dilatation. Les contractions

3 La délivrance. Le placenta et

utérines et l’ocytocine provoquent l’ouverture et la dilatation du col de l’utérus. Au cours de ce stade, la membrane du sac amniotique se rompt et le liquide amniotique coule par le vagin. Cette étape dure de 2 à 20 heures.

le cordon ombilical sont expulsés de l’utérus. Cela se produit habituellement de 10 à 15 minutes après la naissance du bébé.

2 L’expulsion. Les contractions de l’utérus deviennent très fortes. Le bébé s’engage dans le col de l’utérus, puis dans le vagin. Cette étape dure de 30 minutes à 2 heures. Quand le bébé s’engage dans le vagin, sa tête tourne, ce qui facilite le passage de son corps.

Figure 69 Les trois étapes principales

de l’accouchement

Vérifie ce que tu as retenu*

ïde qui féconde un ovule. Poursuis ton 1. Raconte l’histoire d’un spermatozo s’implante dans l’utérus. récit jusqu’au moment où l’embryon pour décrire la gastrula. Tu pourrais 2. Crée un modèle en trois dimensions eler. utiliser, par exemple, de la pâte à mod 3. Quel est le rôle : enta ? c) du cordon ombilical ? a) du liquide amniotique ? b) du plac embryon devient-il un fœtus ? 4. À quel moment de la grossesse un cipaux changements qui surviennent 5. Prépare un schéma résumant les prin es de la grossesse. au cours de chacun des trois trimestr femme enceinte doit-elle prendre afin 6. Quelles précautions particulières une son fœtus ? de ne pas nuire au développement de hement ? 7. Quelle hormone déclenche l’accouc t un accouchement. Ton reportage, écri sur 8. Prépare un reportage imaginaire suivants : ou oral, doit comporter les éléments ouchement ; l’acc a) une description des étapes de b) le témoignage de la mère ; eur ou de la sage-femme ; c) le témoignage du médecin accouch d) le témoignage du père (facultatif).

272

L’ENCYCLO

L’univers vivant

* Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

les connaissances sur les concepts qui

seront abordés

Les stades du développement humain Après la naissance, l’être humain traverse la petite enfance, l’enfance et l’adolescence. Puis il atteint l’âge adulte. Ce sont les étapes du développement humain. À chacune de ces étapes, il y a des changements importants dans le corps et le comportement de l’être humain. La croissance est très rapide durant la petite enfance et l’enfance. Elle ralentit pendant l’adolescence, puis cesse à l’âge adulte. Ensuite, le corps vieillit et ses capacités diminuent. Enfin, quand une ou plusieurs fonctions vitales du corps s’arrêtent, la mort survient.

Les proportions du corps changent Les parties du corps grandissent à des vitesses différentes. Tu peux voir clairement le changement des proportions du corps à la figure 70. On a pris des images d’enfants et d’un jeune adulte. On les a agrandies de façon que les personnes semblent toutes avoir la même taille. Compare par exemple la tête de chaque personne. Tu vois que la tête du bébé occupe les 2/8 de l’ensemble de son corps, alors que celle du jeune adulte représente seulement 1/8 de son corps.

2 mois

2 ans

4 ans

7 ans

12 ans

20 ans

55 cm

86 cm

110 cm

120 cm

145 cm

175 cm

Figure 70 Le changement des proportions du corps, de l’enfant au jeune adulte

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

273

Le bébé devient un enfant Durant les deux premières années de sa vie, l’être humain se développe rapidement. Un bébé de six semaines est complètement dépendant de ses parents. Ces derniers le nourrissent, l’abritent et le transportent. Mais, avant d’atteindre deux ans, l’enfant peut s’alimenter seul, marcher et parler. La figure 71 montre les étapes de ces apprentissages.

6 semaines En dehors de ses heures de repas, le bébé dort la plupart du temps. Il pleure pour exprimer la faim, un malaise ou de la détresse. Il peut suivre une personne des yeux et l’écouter parler.

Figure 71 Le développement physique et comportemental, du bébé à l’enfant

274

L’ENCYCLO

L’univers vivant

6 mois

8 mois

10 mois

Le bébé peut s’asseoir si on lui tient la tête et le dos. Il peut tenir des objets. Il pousse des cris aigus et babille.

Le bébé s’assoit tout seul et tente de ramper. Il peut se tenir debout si on le tient. Il reconnaît les voix et peut imiter des sons simples.

Le bébé peut ramper rapidement et se redresser sur ses mains. Il peut montrer quelque chose du doigt et saisir de petits objets. Il prononce ses premiers mots, habituellement « maman » et « papa ».

14 mois

2 ans

4 ans

L’enfant peut se tenir debout et marcher seul. Il connaît quelques mots et tente de se faire comprendre.

L’enfant peut courir et sauter. Il peut tourner les pages d’un livre, identifier des images et des objets familiers, et dire de courtes phrases.

L’enfant a un bon sens de l’équilibre et peut se tenir sur un pied. Il peut reproduire des formes simples et quelques lettres.

L’adolescence et la puberté L’adolescence est le passage de l’enfance à l’âge adulte. Durant l’adolescence, le corps de l’être humain se modifie, de même que sa psychologie. Au cours de la puberté, le corps grandit et se transforme. Les filles et les garçons acquièrent la capacité de se reproduire grâce à l’hypophyse, qui stimule la production de certaines hormones sexuelles. La figure 72 montre les changements physiques qui surviennent à l’adolescence.

a) Chez les filles, la puberté a lieu entre 10 et 14 ans. Les courbes du corps apparaissent, les seins grossissent et les règles commencent.

b) Chez les garçons, la puberté a lieu entre 12 et 16 ans. La masse musculaire augmente, les testicules produisent des spermatozoïdes et la voix mue.

Figure 72 Les changements physiques à la puberté

Le vieillissement Le vieillissement fait partie de l’évolution normale de la vie. Les différentes fonctions de l’organisme ralentissent. Les organes comme le cœur, l’estomac, les intestins et le foie s’affaiblissent. Lorsque des organes vitaux cessent de fonctionner, le corps meurt. Habituellement, les signes du vieillissement sont davantage présents après 40 ans. Le corps devient moins mobile, les cheveux grisonnent et la peau se ride. Les os deviennent plus fragiles. Bien que le vieillissement physique soit inévitable, certains facteurs peuvent le ralentir. L’exercice physique régulier et une alimentation saine sont deux facteurs pouvant contribuer à retarder le vieillissement et ses effets. SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

275

Planifier les naissances Chez la plupart des espèces vivantes, la reproduction est déclenchée par des facteurs externes. Prenons par exemple les espèces végétales du Québec. À mesure que les heures d’ensoleillement augmentent, les organes reproducteurs se forment et produisent des gamètes. Chez les animaux aussi, la production des gamètes débute avec les changements des conditions climatiques. La quantité de nourriture disponible, de même que sa qualité, sont aussi des facteurs qui déclenchent la reproduction chez les animaux. Chez l’être humain, cependant, la production des gamètes n’est pas soumise à des facteurs environnementaux. Chaque mois, en toute saison, la femme amène un ovule à maturité. Une jeune fille peut d’ailleurs devenir enceinte dès ses premières règles. Quant à l’homme, il produit des spermatozoïdes tous les jours de l’année.

La contraception

Tableau 15

Les méthodes et moyens de contraception

La contraception provoque une stérilité temporaire ou permanente chez l’homme ou la femme. Certains moyens de contraception empêchent la fécondation, donc la rencontre des spermatozoïdes avec l’ovule. D’autres empêchent la fixation du zygote dans l’utérus. Le tableau 15 décrit différentes méthodes et moyens de contraception.

La méthode Billings Il s’agit d’une méthode naturelle. Avant la période de l’ovulation, il se forme sur le col de l’utérus une substance appelée glaire cervicale. C’est un liquide clair qui a la texture du blanc d’œuf. La femme doit détecter la présence de la glaire. Elle sait ainsi que sa période d’ovulation commence. C’est la période où la femme est fertile. Elle doit donc utiliser un ou des moyens de contraception pendant cette période ou s’abstenir d’avoir des relations sexuelles. Elle doit commencer à utiliser ces moyens cinq jours avant l’ovulation. Elle doit aussi les utiliser cinq jours après la fin de l’ovulation. En effet, les spermatozoïdes peuvent vivre pendant quelques jours dans l’utérus ou dans les trompes.

276

L’ENCYCLO

L’univers vivant

La méthode symptothermique

Le condom féminin

Cette méthode naturelle est basée sur le fait que, pendant l’ovulation, la température du corps augmente légèrement. En prenant sa température, la femme peut déterminer la date de sa période d’ovulation. Cette méthode exige que la femme connaisse bien son cycle menstruel et que ce dernier soit très régulier.

Le condom féminin permet d’éviter la fécondation. Il s’agit d’une enveloppe que la femme doit introduire dans son vagin et qui empêche les spermatozoïdes d’atteindre l’utérus.

Tableau 15 (suite)

Le condom masculin

Le diaphragme

Les spermicides

Le stérilet

Le condom masculin a la même fonction que le condom féminin. Dans ce cas, c’est l’homme qui recouvre son pénis d’une enveloppe.

Comme les condoms, le diaphragme a pour objectif d’empêcher les spermatozoïdes d’atteindre l’ovule. Cette membrane souple est introduite par le vagin jusqu’au col et peut rester 24 heures dans le vagin. On peut ensuite la nettoyer et la réutiliser.

Les spermicides sont des substances chimiques qui tuent les spermatozoïdes. Utilisés avec le diaphragme ou un condom, ils sont efficaces pour éviter la fécondation.

Le stérilet est un petit appareil que le médecin installe dans l’utérus. Il n’empêche pas tous les spermatozoïdes d’atteindre l’ovule, mais il empêche le zygote de se fixer dans l’utérus. Cette méthode s’adresse surtout aux femmes qui ont déjà eu des enfants. En effet, les femmes qui n’ont jamais eu d’enfant sont plus susceptibles de faire des infections quand elles portent un stérilet.

La pilule contraceptive

Le timbre contraceptif Le contraceptif injectable

La ligature des trompes

La vasectomie

Les pilules sont un moyen de contraception chimique. Elles contiennent des hormones féminines qui empêchent l’ovulation, donc la production des ovules. La femme doit prendre une pilule tous les jours.

Le timbre contraceptif est un moyen de contraception chimique. Il contient deux hormones féminines qui empêchent la libération des ovules. Il doit être remplacé chaque semaine.

Au cours de cette opération chirurgicale, on ligature les trompes de Fallope. La ligature n’empêche pas l’ovulation, mais elle évite la fécondation. Les ovules produits ne peuvent pas poursuivre leur route dans les trompes. Les spermatozoïdes ne peuvent donc pas les atteindre. C’est une opération généralement irréversible.

Cette opération chirurgicale s’adresse aux hommes. On coupe les canaux déférents de chaque testicule. On empêche ainsi les spermatozoïdes produits d’atteindre l’urètre. Cette opération n’empêche pas l’homme d’éjaculer. Le sperme ne contient tout simplement pas de spermatozoïdes. Cette opération est généralement irréversible.

Le contraceptif injectable est un moyen de contraception chimique. Il contient une hormone féminine qui empêche l’ovulation. Une injection est donnée à la femme tous les trois mois.

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

277

Les maladies transmissibles sexuellement L’activité sexuelle peut comporter des risques pour la santé. Le sida est un exemple de maladie transmissible sexuellement (MTS) qui peut mener à la mort. Les MTS ne sont pas toutes aussi graves, mais toutes sont néfastes pour la santé. On parle aussi parfois des ITS (infections transmissibles sexuellement) parce que la personne infectée reste parfois longtemps sans présenter de symptômes d’une maladie. Les MTS peuvent : – causer la stérilité chez l’homme et la femme, c’est-à-dire les empêcher d’avoir des enfants ; – endommager le système nerveux ou le système cardiovasculaire si elles ne sont pas traitées ; – affecter particulièrement les femmes enceintes puisqu’elles peuvent représenter un risque pour la santé de leur bébé ; – être très contagieuses. Elles se propagent facilement et rapidement entre les individus à l’occasion des relations sexuelles.

Tableau 16 Les principales MTS

MTS

Les autorités sanitaires insistent auprès de la population, jeune et moins jeune, de l’importance de se protéger efficacement. La protection est d’autant plus importante que plusieurs MTS ne présentent aucun symptôme chez plusieurs personnes. Le condom est un moyen de protection généralement efficace et pratique. Il constitue une barrière contre les bactéries et les virus au moment des relations sexuelles. Le tableau 16 présente les principales MTS, leurs symptômes, les moyens de prévention et les traitements. Symptômes

Moyens de prévention et traitements

Infections par bactéries

278

La syphilis

Premier stade Apparition de plaies non douloureuses à l’intérieur du vagin ou du pénis, de 9 à 90 jours après la contamination. Deuxième stade Ce stade dure de six semaines à six mois. Des symptômes comme la grippe peuvent apparaître. Des éruptions sur la peau apparaissent et disparaissent. Troisième stade Des années plus tard, si la syphilis n’est pas traitée, elle peut causer des problèmes cardiaques, rendre aveugle, attaquer le système nerveux et entraîner la mort. Elle peut rendre une femme stérile.

Prévention : Port du condom Traitement : Les antibiotiques sont très efficaces.

La gonorrhée

Les symptômes suivants apparaissent de trois à cinq jours après la contamination : • pertes vaginales inhabituelles ; • sensations de brûlure en urinant ; • douleurs durant l’acte sexuel ; • écoulement d’un liquide épais et jaunâtre à partir du pénis ; • douleurs aux testicules ou enflure de ceux-ci.

Prévention : Port du condom Traitement : Les antibiotiques sont très efficaces.

La chlamydia

Les symptômes apparaissent de une à trois semaines après la contamination. Ce sont les mêmes que pour la gonorrhée, mais les écoulements sont plutôt blanchâtres. Ils comprennent aussi des démangeaisons à l’intérieur du pénis.

Prévention : Port du condom Traitement : Les antibiotiques sont très efficaces.

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Tableau 16 (suite)

MTS

Symptômes

Moyens de prévention et traitements

Infections par virus L’hépatite B

Il s’agit d’un virus qui attaque le foie et qui se propage par la salive, le sperme ou le sang. Les symptômes suivants apparaissent de deux à six mois après la contamination : • manque d’appétit ; • nausées ; • vomissements ; • jaunisse (jaunissement des yeux et de la peau) ; • maux de tête ; • urine foncée (couleur de thé) ; • excréments pâles.

Prévention : C’est la seule MTS pour laquelle il existe un vaccin. Port du condom Traitement : Du repos, une alimentation saine sans alcool

Le sida (syndrome d’immunodéficience acquise)

Cette maladie attaque le système immunitaire et le rend inefficace. (Quand le système immunitaire fonctionne bien, il protège notre corps contre les bactéries et les virus qui causent des maladies.) Le virus se transmet par le sang ou les liquides du vagin ou du pénis. Il est détectable environ 12 semaines après la contamination. Une personne peut être porteuse du virus plusieurs années avant d’avoir des symptômes de la maladie.

Prévention : Port du condom Traitement : Aucun traitement n’existe pour détruire le virus du sida. Toutefois, il est possible de ralentir la progression de la maladie en prenant plusieurs médicaments.

Les condylomes

Les symptômes apparaissent de deux semaines à huit mois après la contamination. Ce sont des verrues non douloureuses, ressemblant à des choux-fleurs, qui apparaissent sur les zones humides comme le pénis, le vagin, le col de l’utérus et la bouche.

Prévention : Port du condom Traitement : Comme il s’agit d’une infection à virus, ce dernier reste dans le corps. On peut traiter les verrues en appliquant une crème ou en les faisant enlever par un médecin.

L’herpès génital

Les symptômes apparaissent de quelques jours à une semaine après la contamination. Ce sont des sensations de picotement sur les parties sexuelles et autour de celles-ci. Puis il y a apparition de petites ampoules qui éclateront et se transformeront en plaies douloureuses.

Prévention : Bonne hygiène corporelle et port du condom Traitement : Toujours garder les zones infectées sèches et propres. Comme il s’agit d’une infection virale, les symptômes peuvent disparaître et réapparaître.

* Vérifie ce que tu as retenu

re humain ? du développement de l’êt 1. Quels sont les stades on ? Donne au moins s moyens de contracepti de -on e-t ilis ut i uo urq 2. Po deux raisons. it l’effet suivant : contraception qui produ 3. Nomme un moyen de ntracter une MTS ; a) permet d’éviter de co zygote dans l’utérus ; b) empêche la fixation du n; c) empêche la fécondatio ; ion d) empêche l’ovulat définitive. e) entraîne une stérilité x MTS ? pour la santé associés au 4. Quels sont les dangers les MTS ? ir s efficace pour préven 5. Quel est le moyen le plu ts qui seront abordés s sur les concep

nce nt de vérifier les connaissa * Ces questions permette B. l nue Ma dans les modules du

SECTION 2

La reproduction des êtres vivants

279

SECTION

3

Le maintien de la vie 1 La diversité de la vie

SECTION

L’univers vivant

2 La reproduction des êtres vivants

SECTION

Les caractéristiques du vivant p. 281 La cellule

p. 281

Les cellules végétales et animales p. 282 Comment fonctionne la cellule ? p. 284

3 Le maintien de la vie

SECTION

Les intrants et les extrants

p. 284

Les échanges entre la cellule et son milieu

p. 284

La diffusion

p. 285

L’osmose

p. 286

La photosynthèse Deux fonctions vitales de la cellule p. 288

p. 288 La respiration cellulaire

p. 289

SURVOL

La cellule : l’unité de base de la vie Qu’ont en commun une baleine et un organisme unicellulaire vivant dans un étang ? La cellule ! Dans une seule cuillerée d’eau provenant d’un étang, on trouve de nombreux êtres vivants. Beaucoup d’entre eux sont formés d’une seule cellule, comme l’amibe de la photo ci-contre, qui est grossie environ 64 fois. Le corps énorme de la baleine est lui aussi formé de cellules. En fait, il en compte des milliers de milliards. Depuis l’invention du microscope, les scientifiques ont pu étudier les détails de la structure des organismes vivants. Selon leurs observations, la cellule est la plus petite composante autonome de tout ce qui vit. Les scientifiques ont énoncé une théorie selon laquelle chaque être vivant est constitué de cellules. En étudiant les cellules et leur fonctionnement, tu peux mieux comprendre ce qui rend possible toute forme de vie. En fait, la présence de cellules dans un organisme est une des caractéristiques du vivant. Dans cette section, tu découvriras les caractéristiques du vivant. Tu plongeras au cœur du vivant pour observer les cellules et leur fonctionnement. Chaque cellule est un petit système. Des substances entrent dans la cellule (les intrants) et en sortent (les extrants). Ces échanges se font entre autres par les processus d’osmose et de diffusion. Les cellules accomplissent des fonctions vitales pour elles-mêmes et pour les êtres vivants dont elles font partie. Tu verras deux de ces fonctions à la fin de la section. Ce sont la photosynthèse et la respiration cellulaire.

280

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Les caractéristiques du vivant Le mouvement est un des signes de la vie. Toutefois, il n’est pas toujours facile de décrire les différences entre les organismes vivants et les objets inanimés. En effet, certains objets possèdent des caractéristiques semblables à celles des êtres vivants, comme le mouvement, la croissance et la reproduction. Par exemple, les cristaux de plusieurs minéraux peuvent croître ou grossir ; les flaques d’huile qui flottent sur l’eau peuvent se diviser en plusieurs petites flaques. Pourtant, ce ne sont pas des organismes vivants. Les scientifiques ont découvert une caractéristique essentielle de la vie : tous les organismes vivants sont composés de cellules. La cellule est la plus petite unité vivante qui existe. Les cristaux et les flaques d’huile ne sont pas des organismes vivants parce qu’ils ne sont pas constitués de cellules.

La cellule La cellule est comme une petite ville comprenant différentes parties. Chaque partie joue un rôle dans le fonctionnement du tout. Les cellules n’ont pas toutes la même taille, ni la même forme ni la même fonction. Par exemple, dans le corps d’un animal, les cellules du cerveau, celles de la peau et celles des yeux sont très différentes. La figure 73 te donne quelques exemples de ces différences. Mais, peu importe leurs fonctions, la plupart des cellules sont constituées des mêmes éléments, et ces éléments ont les mêmes rôles.

a) Des cellules de peau d’oignon (grossissement 200X)

b) Des cellules de peau humaines (grossissement 400X)

d) Des cellules cardiaques humaines (grossissement 125X)

e) Des cellules nerveuses humaines (grossissement env. 400X)

Figure 73 La diversité cellulaire

c) Des cellules de racine (grossissement env. 400X)

f) Des cellules sanguines (globules rouges) humaines (grossissement 2 600X)

SECTION 3

Le maintien de la vie

281

Les cellules végétales et animales : de quoi sont-elles faites ? Les cellules sont comme des usines où les activités ne cessent jamais. Chaque cellule doit exécuter certaines tâches pour rester en vie. Entre autres, la cellule doit respirer, se nourrir, se réparer, se multiplier et éliminer des déchets. Les cellules accomplissent ces tâches grâce à certaines structures fondamentales. Les structures internes de la cellule s’appellent « organites ». Chaque organite a un rôle à jouer. Les figures 74 et 75 présentent les schémas de deux cellules et leurs organites : la cellule animale et la cellule végétale. Le tableau 17 énumère ces organites 2 et indique leurs rôles.

3

1. La membrane cellulaire 2. Le cytoplasme 3. Le noyau

4

4. Les vacuoles

6

5. Le réticulum endoplasmique 6. Les mitochondries

5

Figure 74 Le schéma d’une cellule

1

animale

7 3 8

2

4 1. La membrane cellulaire

1

2. Le cytoplasme 3. Le noyau

6 5

4. Les vacuoles 5. Le réticulum endoplasmique 6. Les mitochondries 7. La paroi cellulosique 8. Les chloroplastes Figure 75 Le schéma d’une cellule végétale

282

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Tableau 17 Les organites des cellules et leurs rôles

Organites

Rôles

1. La membrane cellulaire

Comme la peau qui recouvre notre corps, cette membrane enveloppe et protège le contenu de la cellule. Sa structure aide à contrôler l’entrée et la sortie des substances dans la cellule.

2. Le cytoplasme

Une grande partie de la cellule est occupée par le cytoplasme, qui a une texture gélatineuse. Comme le sang qui circule dans le corps, le cytoplasme est toujours en mouvement. Il permet la distribution des substances, comme l’oxygène et les éléments nutritifs, aux différentes parties de la cellule. Il maintient aussi les organites en place.

3. Le noyau

C’est généralement la structure la plus facile à voir dans une cellule. Le noyau dirige les activités de la cellule. Il renferme les chromosomes, des structures faites de gènes qui permettent la croissance et la reproduction de la cellule. Le noyau est enveloppé dans une membrane nucléaire. Cette membrane contrôle l’entrée et la sortie des substances dans le noyau.

4. Les vacuoles

Elles sont situées dans le cytoplasme. Ce sont des espaces en forme de ballon qui servent à stocker les éléments nutritifs et d’autres substances que la cellule n’utilise pas immédiatement (par exemple, le gras). Les vacuoles contiennent aussi des déchets qui ne sont pas encore évacués.

5. Le réticulum endoplasmique

Il s’agit d’une membrane repliée qui forme un réseau de canaux. C’est par ces canaux que les substances parviennent aux parties de la cellule ou quittent la cellule. Le réticulum joue un rôle important dans le transport cellulaire.

6. Les mitochondries

Elles absorbent les éléments nutritifs et produisent ainsi l’énergie nécessaire aux activités de la cellule. Les mitochondries jouent un rôle important dans la respiration cellulaire.

7. La paroi cellulosique

8. Les chloroplastes

Il s’agit d’une paroi plus épaisse et plus rigide que la membrane cellulaire. Elle est principalement formée d’une matière résistante appelée « cellulose ». Cette paroi sert de support à la cellule. Elle se forme à l’extérieur de la membrane cellulaire. Ce sont les structures où a lieu la photosynthèse, c’est-à-dire la production de sucre à partir de l’énergie solaire et du gaz carbonique. Chaque chloroplaste contient un pigment vert appelé chlorophylle qui absorbe l’énergie du soleil.

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) est considéré comme l’inventeur du microscope. Il fabriquait ses propres lentilles. Son microscope grossissait les objets jusqu’à 300 fois. Ses observations lui ont permis de découvrir l’existence des organismes unicellulaires (qu’il appellait « animalcules »).

SC I E N T I F I Q U E

Organites présents dans la cellule végétale seulement

H I STO I R E

SECTION 3

Le maintien de la vie

283

Comment fonctionne la cellule ? Combien de temps pourrais-tu vivre sans boire ? sans manger ? sans respirer ? La satisfaction de ces besoins est essentielle à la vie. Mais pourquoi as-tu besoin de boire, de manger et de respirer ? Il y a plusieurs réponses à cette question. Tu sais que ton corps est composé de cellules. Tu peux donc voir tes besoins essentiels du point de vue de tes cellules. Quand tu bois, tes cellules utilisent l’eau que tu as bue pour remplir leurs fonctions. Autrement dit, la soif est un signal que tes cellules envoient à ton cerveau pour te dire qu’elles ont besoin d’eau. De même, les cellules utilisent l’air que tu respires et l’énergie provenant des aliments que tu manges pour accomplir leurs fonctions.

Les intrants et les extrants

Nutriments Les particules dont se nourrissent les cellules. Elles résultent de la digestion des aliments.

On nomme intrants les substances qui entrent dans la cellule et qui sont indispensables à ses activités. Les principaux intrants de la cellule sont l’eau, les nutriments et l’oxygène. À l’intérieur de la cellule, dans les mitochondries, les nutriments libèrent l’énergie qu’ils contiennent au contact de l’oxygène. La cellule utilise aussi les nutriments comme matériaux de construction (pour grandir) ou de réparation (pour se soigner). Quand la cellule a utilisé les nutriments, elle se retrouve avec des déchets, c’està-dire des substances inutiles. Ces substances doivent sortir de la cellule. Ce sont les extrants. Les principaux extrants sont l’eau, le gaz carbonique et les déchets des fonctions cellulaires.

Les échanges entre la cellule et son milieu À la frontière qui sépare deux pays, on vérifie les articles que les gens transportent. En raison des lois, il est généralement interdit de traverser une frontière avec des armes à feu, de la nourriture, des plantes, etc. C’est pourquoi il existe des postes de douane. De la même manière, la membrane cellulaire vérifie les matériaux qui entrent dans la cellule ou qui en sortent. Comme un poste de douane, elle permet à certaines substances d’entrer ou de sortir, mais elle interdit le passage à d’autres. Comme la membrane ne laisse passer que certaines substances, on dit qu’elle possède une perméabilité sélective.

Un poste de douane

284

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Comment la membrane remplit-elle cette fonction ? Grâce à sa structure. Prenons l’exemple d’un sac de plastique et d’un sac en coton. L’eau ne passe pas à travers un sac de plastique alors qu’elle passe à travers un sac en coton (voir les figures 76 et 77). Le plastique est imperméable à l’eau tandis que le coton est perméable. Les matériaux qui composent chacun des sacs sont différents.

Figure 76 Le plastique est imperméable à l’eau à cause de sa structure.

Figure 77 Le coton est perméable

à l’eau à cause de sa structure.

La diffusion La structure de la membrane cellulaire contrôle ce qui entre dans la cellule et ce qui en sort. Pour entrer dans la cellule, les substances doivent se déplacer. Comment le font-elles ? La figure 78 te donne un indice pour répondre à cette question. Si on dépose une goutte d’encre dans un contenant rempli d’eau, l’encre se disperse.

Figure 78 Après la diffusion, les particules d’encre se sont dispersées de façon uniforme

parmi les particules d’eau. Toute la solution semble être teintée d’encre.

SECTION 3

Le maintien de la vie

285

Imagine que tu participes à une soirée dansante. Tout le monde danse sur la piste centrale. Chaque personne essaie d’éviter d’entrer en collision avec les autres. Au bout d’un certain temps, les gens qui dansent se sont déplacés sur la piste de façon à laisser le maximum d’espace entre eux. Ils se sont répartis uniformément sur la piste. L’encre réagit de la même façon dans l’eau. Elle est composée de minuscules particules qui bougent dans tous les sens et entrent en collision continuellement (voir L’univers matériel, à la page 181). À cause de ces collisions, les particules d’encre se dispersent (voir la figure 78, à la page précédente). Elles vont dans des zones où il y a moins de particules d’encre, donc moins de collisions. Ce processus est appelé diffusion. La diffusion décrit le mouvement des particules lorsqu’elles se déplacent d’une région où elles sont concentrées vers une région où elles sont moins concentrées. La membrane cellulaire est perméable à certaines substances seulement. C’est par la diffusion que les substances entrent dans la cellule et en sortent. Le gaz carbonique, par exemple, est un déchet produit par la cellule. Imagine une cellule contenant ce gaz en grande quantité. Comme les particules de gaz sont nombreuses dans la cellule, elles cherchent à se déplacer vers un endroit où elles sont moins nombreuses, c’est-à-dire à l’extérieur de la cellule (voir les figures 79 et 80).

Figure 79 Il y a une plus forte concentration

Figure 80 Il y a une concentration égale

de particules de gaz carbonique à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur. Les particules sortent de la cellule à un rythme plus rapide qu’elles n’y entrent.

de particules de gaz carbonique de chaque côté de la membrane cellulaire. Les particules entrent dans la cellule et en sortent au même rythme.

L’osmose L’eau est la substance la plus abondante tant à l’intérieur qu’autour de la cellule. En effet, une cellule est composée d’environ 70 % d’eau. La plupart des cellules meurent rapidement lorsqu’elles sont privées d’eau. Si l’eau est essentielle, c’est entre autres parce qu’elle est un solvant. On l’appelle parfois « le solvant universel », parce qu’elle peut dissoudre un grand nombre de substances. Dans la cellule, l’eau contient différentes particules dissoutes (nutriments, gaz carbonique, déchets). Les particules d’eau sont également petites : elles peuvent entrer facilement dans la cellule et en sortir. Les particules d’eau cherchent à se déplacer d’une région où les substances dissoutes sont peu nombreuses vers une région où elles sont plus nombreuses, afin de les diluer. Autrement dit, l’eau se déplace de part et d’autre de la membrane cellulaire de façon à rétablir l’équilibre des concentrations des

286

L’ENCYCLO

L’univers vivant

particules dissoutes. On appelle osmose le passage de l’eau à travers une membrane qui ne laisse passer que certaines substances. On peut observer le phénomène de l’osmose dans la vie courante. Par exemple, si tu laisses du céleri sur un comptoir, sans emballage, il deviendra mou. Lorsque le céleri est laissé à l’air libre, les particules d’eau des cellules passent par évaporation dans l’air ambiant. En effet, l’air ambiant est moins humide que les cellules du céleri. Les cellules se vident donc peu à peu de leur eau et deviennent de plus en plus molles. Par contre, si tu places ce céleri dans un verre d’eau, il retrouvera sa fermeté. Les particules d’eau vont entrer dans les cellules du céleri, grâce à l’osmose. En effet, le céleri est un milieu qui contient davantage de particules dissoutes que le verre d’eau (voir les figures 81 et 82). Figure 81 Des bâtonnets de céleris mous

Figure 82 Les mêmes bâtonnets de

céleris, quelques heures plus tard

Revenons maintenant à la membrane cellulaire. Elle possède une perméabilité sélective. Autrement dit, elle laisse passer l’eau et certaines substances précises, mais elle bloque le passage aux autres substances. Lorsque tu dépenses beaucoup d’énergie, tu évacues beaucoup d’eau dans l’air par l’expiration et la transpiration. L’eau se retire de tes cellules. Quand il y a moins d’eau dans une cellule, les particules (nutriments, gaz carbonique, déchets) sont plus concentrées. Pour rétablir l’équilibre, tu dois boire de l’eau. Cette eau entre dans tes cellules par osmose jusqu’à ce que la concentration des particules soit la même à l’intérieur et à l’extérieur de tes cellules. La figure 83 montre le fonctionnement d’une membrane à perméabilité sélective.

Une membrane à perméabilité sélective

Avant l’osmose, les particules sont plus concentrées du côté A que du côté B

125 100 75 125 50

Après l’osmose, la concentration des particules est la même du côté A et du côté B

100 25 75 50

A Des particules (nutriments, gaz carbonique, déchets) Eau (mesurée en mL)

B

25

Figure 83 L’eau se déplace par osmose

A

B

du côté B au côté A. SECTION 3

Le maintien de la vie

287

Deux fonctions vitales de la cellule Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour croître et fonctionner. Où la plupart des organismes vivants puisent-ils cette énergie? Dans la nourriture qu’ils consomment. L’énergie contenue dans la nourriture est libérée au cours d’une réaction chimique appelée respiration cellulaire. Les plantes produisent ellesmêmes leur nourriture grâce à une fonction appelée photosynthèse. La respiration cellulaire et la photosynthèse sont donc des fonctions complémentaires (voir le tableau 18). Tableau 18 La photosynthèse et la respiration cellulaire : une relation complémentaire

Les végétaux

Les animaux (y compris l’être humain)

La photosynthèse

La respiration cellulaire

La respiration cellulaire

Les cellules végétales produisent des glucides (sucres) à partir de l’énergie solaire, du gaz carbonique et de l’eau.

Les cellules végétales utilisent les glucides comme source d’énergie pour accomplir leurs activités.

Les cellules animales utilisent les glucides comme source d’énergie pour accomplir leurs activités.

Les cellules libèrent l’énergie contenue dans les glucides à l’aide d’oxygène.

Les cellules libèrent l’énergie contenue dans les glucides à l’aide d’oxygène.

Cette réaction produit du gaz carbonique et de l’eau.

Cette réaction produit du gaz carbonique et de l’eau.

Cette réaction libère de l’oxygène. Les cellules végétales mettent en réserve les glucides qu’elles produisent.

La photosynthèse Les plantes utilisent la lumière du soleil comme source d’énergie. En présence de cette lumière, elles fabriquent des sucres appelés glucides à partir d’eau et de gaz carbonique. L’eau provient des racines, qui la puisent dans le sol. Les feuilles absorbent le gaz carbonique présent dans l’air (voir la figure 84). La photosynthèse est très importante, car les glucides fabriqués par les plantes sont à la base de l’alimentation de tous les autres vivants. Tu peux absorber des glucides en mangeant des plantes telles que des fruits, des légumes ou des céréales. Lorsque tu manges de la viande, tu absorbes indirectement les glucides provenant des plantes que l’animal a mangées. Intrants

Extrants

Gaz carbonique

Eau

Réaction chimique qui se déroule dans la cellule végétale (chloroplastres)

Énergie solaire

Figure 84 Les intrants et les extrants de la photosynthèse

288

L’ENCYCLO

L’univers vivant

Oxygène

Glucides

La respiration cellulaire Chez les êtres vivants, la respiration cellulaire est d’une importance capitale. Elle permet, entre autres, de transformer les glucides en énergie. Cette transformation est effectuée par certains organites des cellules, les mitochondries (voir les figures 74 et 75, à la page 282). Ces dernières absorbent les glucides et l’oxygène. Ensuite, une réaction chimique permet à l’oxygène de libérer l’énergie présente dans les glucides. Cette énergie peut alors être employée par les cellules (voir la figure 85). Intrants

Extrants Gaz carbonique

Oxygène

Glucides

Réaction chimique qui se déroule dans la cellule animale ou végétale (mitochondries)

Eau

Énergie Figure 85 Les intrants et les extrants de la respiration cellulaire

Vérifie ce que tu as retenu

nts des non-vivants ? 1. Qu’est-ce qui distingue les êtres viva érences entre une cellule végétale et 2. Explique les ressemblances et les diff une cellule animale. petite ville. Dessine le schéma d’une 3. On peut comparer la cellule à une ents suivants : « cité cellulaire ». Tiens compte des élém nites des cellules. Par exemple, quel a) Attribue un rôle à chacun des orga quel organite se chargera de la organite dirigera ta « cité cellulaire », res, de la production de l’énergie, etc. circulation, de l’enlèvement des ordu « cité cellulaire ». b) Explique comment fonctionne ta e. d’un exemple de diffusion ou d’osmos 4. Dans chaque cas, indique s’il s’agit ud. cha s un verre de lait a) Un cube de sucre qui se dissout dan légumes frais. de age étal b) De l’eau aspergée sur un . soif très a n qu’o c) L’eau que l’on boit lors qu’on ouvre une fenêtre. lors ipe diss se qui d) Une odeur de renfermé . 5. Observe la figure 83, à la page 287 le niveau de l’eau est plus élevé du ose, l’osm s aprè i, rquo pou a) Explique côté A que du côté B. éabilité sélective et du principe b) En te servant d’une membrane à perm un tuyau dans lequel on peut faire de l’osmose, comment concevrais-tu monter de l’eau ? -ils pour faire monter jusqu’à leurs c) D’après toi, comment les arbres font ? feuilles l’eau puisée par leurs racines et les différences entre la photosynthèse 6. Quelles sont les ressemblances et la respiration cellulaire ? poumons de la Terre ? Pourquoi dit-on que les arbres sont les SECTION 3

Le maintien de la vie

289

La Terre et l’espace Il était une fois... La Terre est une immense étendue d’eau et de terre abritant des millions de formes de vie. L’espace est un grand vide, froid et noir, parsemé de points lumineux. À première vue, il ne semble pas y avoir grand-chose en commun entre les deux. Pourtant, à force d’observer les étoiles et les planètes, les êtres humains ont fait des découvertes surprenantes. Peu à peu, ils ont compris que le Soleil qui les réchauffe et les éclaire est en fait une étoile, semblable aux points lumineux du ciel nocturne. De même, ils ont constaté que l’endroit où ils vivent, la Terre, est également une planète. La Terre et l’espace possèdent donc plusieurs caractéristiques communes. Les scientifiques améliorent sans cesse leurs instruments et leurs méthodes d’observation. Cela nous permet de reconstituer l’histoire de l’Univers et celle de notre planète, la Terre. Dans « La Terre et l’espace », tu perceras certains des mystères que cachent la planète bleue et le système solaire.

1 Les caractéristiques générales de la Terre

SECTION

La Terre et l’espace

2 Les phénomènes géologiques

p. 292

p. 294

La biosphère

p. 295

La Terre en mouvement

p. 317

L’atmosphère

p. 296

Les volcans

p. 326

L’hydrosphère

p. 302

Les séismes

p. 329

La lithosphère

p. 306

L’orogenèse

p. 332

L’érosion

p. 333

Le cycle de l’eau

p. 336

La loi de la gravitation universelle p. 355

Les vents

p. 338

La naissance du système solaire p. 356

Les manifestations naturelles de l’énergie

p. 344

SECTION

3 Les phénomènes astronomiques

p. 316

SECTION

290

La structure interne de la Terre

p. 348

La lumière

p. 349

La Terre

p. 363

La Lune

p. 372

rre et l’espace » : s à la lecture de « La Te Voici ce que tu découvrira », tu effectueras un es générales de la Terre iqu ist tér rac ca s Le « 1, la Terre n’est • Au cours de la section rmettra de découvrir que pe te ite vis tte Ce te. nè notre pla lexe. Tu voyageras voyage vers le centre de ntraire une structure comp co au de ssè po Elle e. s iform mosphère. Tu constatera pas un bloc de pierre un s hautes couches de l’at plu x ’au qu jus re Ter la ent recouverte d’eau et ensuite de la surface de solide presque entièrem ûte cro e un de ssè po te alors que notre planè composantes possède ses que chacune de ces trois s rra ve Tu x. zeu ga ile vo ut, elles abritent entourée d’un ction constante et, surto era int en ssi au nt so s elle Mais propres caractéristiques. ants. une multitude d’êtres viv les volcans et ues », tu découvriras que giq olo gé es èn om én 2, « Les ph urt terme. • Au cours de la section bles et destructeurs à co ea ag mm do e êtr t en uv re pe tre. Tu verras les tremblements de ter olution du paysage terres l’év ns da nt rta po im e rôl Cependant, ils jouent un elles de l’énergie. ses manifestations natur reu mb no les nt me ale ég s le système nomiques », tu explorera tro as es èn om én ph s 3, « Le succession des jours • Au cours de la section ènes naturels, tels que la om én ph urs sie plu x eu mi aussi expliquer des solaire. Tu comprendras s de la Lune. Tu pourras ase ph les et ns so sai s de , l’apparition et des nuits, le cycle si, tu étudieras les éclipses Ain s. tre cê an s no é ray i ont eff événements plus rares qu météorites. polaires et les chutes de des comètes, les aurores

291

SECTION

1

Les caractéristiques générales de la Terre La structure interne de la Terre p. 294 La biosphère

p. 295 La composition de l’atmosphère p. 297 Les couches de l’atmosphère

L’atmosphère

p. 298

p. 296

La troposphère

p. 298

La stratosphère

p. 299

La mésosphère

p. 299

La thermosphère p. 299

1 Les caractéristiques générales de la Terre

Un trou dans la couche d’ozone p. 300

SECTION

La Terre et l’espace

L’hydrosphère

p. 302

2 Les phénomènes géologiques

L’eau douce

p. 304

L’eau potable

p. 304

SECTION

Est-ce une roche ou un minéral ? p. 306

3 Les phénomènes astronomiques

SECTION

Comment les roches se forment-elles ?

La lithosphère

p. 307

p. 306 Les types de sols p. 311

Le relief

292

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

p. 314

Les roches ignées

p. 308

Les roches sédimentaires

p. 309

Les roches métamorphiques p. 310 La formation du sol

p. 311

Le profil du sol

p. 312

La texture et la structure du sol

p. 313

Les habitants du sol

p. 314

SURVOL

Un voyage au centre de la Terre Sur Terre, certains paysages changent lentement à un rythme régulier. Par exemple, les côtes des îles de la Madeleine reculent à certains endroits de quelques mètres par année. D’autres paysages semblent ne jamais changer, sauf quand il arrive un événement qui les modifie brusquement. Par exemple, un volcan entre en éruption, la terre tremble ou un tsunami se déchaîne. Connais-tu la force à l’origine de ces phénomènes ? Si tu pouvais observer la Terre sur une période de plusieurs millions d’années, comme dans un film en accéléré, tu verrais les choses tout autrement. Les continents fonceraient les uns sur les autres et s’entrechoqueraient violemment. Les montagnes surgiraient du sol. Le vent et l’eau éroderaient les montagnes et combleraient les vallées. Bref, tu découvrirais que la surface de la Terre change continuellement. Selon toi, quelle force produit ces transformations ?

Tsunami Une vague isolée et très haute d’origine sismique ou volcanique. Cette vague, qu’on appelle aussi un raz de marée, pénètre loin dans les terres.

Une partie de la réponse se trouve sous la surface de la Terre. Crois-tu que notre planète possède la même composition de la surface jusqu’au centre ? Contrairement à ce qui arrive dans le roman de Jules Verne (voir la figure 1), aucun humain n’a réussi à visiter les profondeurs terrestres. On ne sait donc pas avec certitude ce qu’il y a au centre de la Terre. Cependant, les scientifiques ont déduit la structure de notre planète en étudiant les ondes produites par les tremblements de terre. Par exemple, on sait maintenant qu’elle se divise en trois couches principales : la croûte, le manteau et le noyau.

Figure 1 Les aventures

des personnages du roman Voyage au centre de la Terre, écrit par Jules Verne, relèvent de la science-fiction plutôt que de la réalité. SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

293

La structure interne de la Terre Géologue Une personne qui effectue des recherches sur la nature et l’histoire de la croûte terrestre. Elle étudie la composition et la structure de la Terre. Elle analyse aussi les roches, les minéraux et les fossiles de plantes et d’animaux.

La Terre possède une surface solide, la croûte terrestre, également appelée l’écorce terrestre. Cette croûte recouvre diverses couches de plus en plus chaudes à mesure qu’on approche du centre de la Terre (voir la figure 2). Le rayon total de la Terre est d’environ 6 400 km. La structure interne de la Terre est difficile à étudier. En effet, les géologues peuvent creuser dans la croûte, mais il leur est présentement impossible de forer au-delà d’une douzaine de kilomètres de profondeur. Le tableau 1 donne les caractéristiques de chacune des parties de la structure interne de la Terre.

Tableau 1 La structure interne

de la Terre Nom de la couche

Caractéristiques principales

Croûte (ou écorce)

La croûte terrestre est solide. Son épaisseur varie : – entre 5 km et 10 km sous les océans ; – entre 30 km et 65 km sous les continents.

Manteau

Manteau supérieur (ou asthénosphère)

• Son épaisseur peut atteindre 670 km. • Cette couche est semi-fluide. Elle est constituée de roches partiellement fondues. • On croit que cette couche est à l’origine du déplacement des continents (tectonique des plaques).

Manteau inférieur

• Cette couche est à l’état solide malgré sa haute température, parce que la pression y est très forte. • Elle se compose principalement de silice, d’oxygène, de fer et de magnésium.

Noyau externe

• La partie externe du noyau est liquide. • Cette couche est à l’origine du champ magnétique terrestre. • Son épaisseur est d’environ 2 270 km.

Noyau interne

• Malgré sa température très élevée, la partie interne du noyau est solide à cause de la pression énorme qui y règne.

Noyau

0k 67 m k 85

28

La croûte terrestre (5 °C) de 5 à 65 km

m

Le manteau supérieur (de 1 000 °C à 1 800 °C)

Le manteau inférieur (de 1 800 °C à 3 700 °C) k 70

22 m

Figure 2

Le noyau externe (de 3 700 °C à 4 500 °C)

Comme le montre ce schéma, la température des couches augmente à mesure qu’on se rapproche du centre de la Terre.

294

1 216 km

Le noyau interne (supérieur à 4 500 °C)

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Le centre de la Terre

À sa naissance, la Terre était liquide. Cela était dû à la grande quantité d’énergie présente dans le système solaire. Notre planète était une immense boule de matière en fusion. Dans cette matière liquide, les éléments les plus lourds, comme le fer (Fe) et le nickel (Ni), ont été attirés vers le centre de la Terre. Ils ont formé le noyau. Les éléments les plus légers, comme la silice (Si), l’oxygène (O) et l’aluminium (Al), se sont regroupés à la surface de la planète. Ils ont formé le manteau et la croûte. Par la suite, la température moyenne de la Terre a diminué. Cela a entraîné la solidification de la croûte terrestre.

Vérifie ce que tu as retenu

cipales qui forment 1. Quelles sont les trois couches prin la structure interne de la Terre ? se compare-t-elle 2. Comment la structure de la Terre à la structure d’un œuf ? l’intérieur de la Terre ? 3. Pourquoi est-il difficile d’explorer

La croûte Le manteau Le noyau

La coquille L’albumen Le jaune

On peut comparer la structure interne de la Terre à celle d’un œuf. La coquille représente la croûte terrestre, le blanc (ou albumen) est le manteau et le jaune est le noyau.

La biosphère La Terre est la seule planète du système solaire où il y a de l’eau en surface sous forme liquide. C’est important, car l’eau liquide est indispensable à l’apparition et au maintien de la vie telle que nous la connaissons. On pense que la vie est apparue dans les océans et qu’elle a ensuite gagné la terre ferme et l’air.

Quelques organismes vivant dans la biosphère SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

295

ère », Dans « biosph » vient du la racine « bio signifie vie. grec bios, qui

Abysse Un endroit où l’océan est extrêmement profond. On appelle aussi l’abysse une « fosse sous-marine ».

On appelle biosphère l’ensemble des régions de la Terre où la vie peut exister. Dans la biosphère, les êtres vivants peuvent interagir entre eux et avec leur environnement. La biosphère comporte la basse atmosphère, les mers et la couche supérieure de la croûte terrestre. Certains organismes vivants peuplent même des endroits comme les sources d’eau chaude, les volcans, les calottes glaciaires, les abysses, etc. Ces endroits font donc aussi partie de la biosphère. La biosphère comprend trois parties (voir la figure 3). Chacune correspond aux trois états de la matière : • la partie gazeuse constitue l’atmosphère (l’air) ; • la partie liquide est l’hydrosphère (l’eau) ; • la partie solide s’appelle la lithosphère (la roche et les sédiments).

L’atmosphère

La biosphère

Le niveau de la mer

L’hydrosphère

La lithosphère

Figure 3 La biosphère

comprend toutes les zones où la vie peut exister.

L’atmosphère : une enveloppe protectrice Imagine que la Terre soit une orange. La chair du fruit serait les parties solide et liquide de la Terre. La pelure serait l’enveloppe de gaz qui entoure la Terre, c’està-dire l’atmosphère. Celle-ci protège la Terre en bloquant les rayons nocifs du soleil (les rayons ultraviolets). L’atmosphère détruit aussi les météorites qui se dirigent vers nous, grâce à la friction. L’atmosphère permet également de réduire les écarts de température sur Terre à cause de l’effet de serre. Sans les gaz et la vapeur d’eau de l’atmosphère, la vie serait impossible sur notre planète. Pendant le jour, la température pourrait s’élever jusqu’à 80 °C. De plus, toute cette chaleur se perdrait la nuit, car la température baisserait jusqu’à –140 °C. L’atmosphère joue donc le rôle d’un isolant. L’atmosphère peut avoir une épaisseur de plus de 1 000 km. Mais la plus grande partie de sa masse se trouve à moins de 10 km d’altitude. Il n’existe pas de frontière réelle séparant l’atmosphère de l’espace vide. Simplement, le nombre de molécules de gaz diminue graduellement au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la Terre.

296

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

La composition de l’atmosphère Vers la fin du 18e siècle, des scientifiques comme Lavoisier, Scheele et Priestley ont découvert que l’air est un mélange de plusieurs gaz. L’air pur est un mélange homogène (une solution) dont les deux principaux gaz sont le diazote et le dioxygène (voir la figure 4). La vapeur d’eau et le gaz carbonique sont aussi présents dans l’air, mais en très faible quantité. Cependant, ils sont essentiels au maintien de la vie (voir le tableau 2).

Le diazote (env. 78 %) Le dioxygène (env. 21 %)

Bien que l’on considère l’air comme une solution, il est rarement d’une pureté idéale. On y trouve souvent des poussières en suspension. On peut dire qu’un échantillon d’air pollué est un mélange hétérogène s’il contient des particules solides en suspension. Figure 4 La proportion des gaz

qui composent l’atmosphère La vapeur d’eau (de 0 % à 3 %) Le gaz carbonique (0,03 %)

Tableau 2 Les principaux constituants de l’air pur

Nom

Formule chimique

Pourcentage dans l’air

Rôle

Diazote

N2

Environ 78 %

• Les végétaux et les animaux en ont besoin pour se développer. • Les végétaux ne peuvent pas utiliser directement le N2 atmosphérique. Ce dernier est assimilable seulement lorsque des bactéries le transforment en ammonium (NH4+) ou en nitrate (NO3–). • Les animaux consomment de l’azote en mangeant les végétaux qui en contiennent.

Dioxygène

O2

Environ 21 %

Il est indispensable pour la survie de la majorité des êtres vivants.

Vapeur d’eau

H2O

De 0 % à 3 %

• La quantité de vapeur d’eau dans l’air est variable. • La présence d’eau dans l’atmosphère diminue les écarts de température.

Gaz carbonique

CO2

0,03 %

• On le considère comme un gaz à effet de serre car il emprisonne la chaleur dans l’atmosphère. • Au-dessus de certaines grandes villes, l’air contient plus de CO2 en raison de la pollution.

Ozone

O3

0,000 003 %

• Il forme une couche gazeuse située dans la stratosphère. • L’ozone absorbe la majeure partie des rayons ultraviolets. Il protège ainsi les organismes vivants des effets nocifs de ces rayons.

Autres gaz

—

Moins de 1 %

On trouve dans l’air des traces de néon (Ne), d’hélium (He), de krypton (Kr), d’hydrogène (H), de xénon (Xe), d’argon (Ar), etc.

L’ozone (0,000 003 %) Les autres gaz (moins de 1 %)

SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

297

Les couches de l’atmosphère Les quatre couches de l’atmosphère sont la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère. Chacune possède ses propres caractéristiques. 180 170 160 150

ture

péra

m La te

140 130

La thermosphère

120

Altitude (km)

110

Une aurore polaire

100 90 80 La mésosphère

70 Un météorite

60

Pour diviser l’atmosphère en quatre couches, on se base entre autres sur la variation de température. En effet, dans la troposphère, la température diminue avec l’altitude. Puis elle augmente dans la stratosphère. Elle diminue de nouveau dans la mésosphère et elle augmente encore une fois dans la thermosphère (voir la figure 5). Étudions plus en détail chacune des couches de l’atmosphère. Nous allons commencer par celle qui est située le plus près de la surface de la Terre : la troposphère.

50 40

La stratosphère La couche d’ozone

30 20 10 -100

La troposphère -50

0

50

100

150

Température (°C)

200

Figure 5 Les quatre couches

de l’atmosphère. La courbe indique la température en fonction de l’altitude.

La troposphère L’épaisseur de la troposphère est variable. Elle mesure jusqu’à 17 km dans les régions équatoriales, mais elle fait seulement de 7 km à 8 km dans les zones polaires. Sa température est également très variable, car elle est soumise au rayonnement thermique du sol. En effet, certaines parties du sol absorbent les rayons du soleil et émettent ensuite l’énergie accumulée sous forme de chaleur, ce qui réchauffe l’air. La troposphère est la couche la plus importante pour les êtres vivants puisqu’elle contient plus de 80 % de tout l’air de l’atmosphère. En fait, plus on s’éloigne de la Terre, plus l’air se fait rare. La troposphère contient aussi la presque totalité de la vapeur d’eau de l’atmosphère. La vapeur d’eau donne naissance à de nombreux phénomènes météorologiques tels que la pluie et les nuages. Elle détermine également le climat. La température moyenne de la troposphère diminue d’environ 6 °C pour chaque kilomètre d’altitude.

298

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

La stratosphère La stratosphère a une épaisseur d’environ 40 km. Elle est située juste au-dessus de la troposphère. C’est là qu’on trouve la couche d’ozone (voir la figure 6). Cette couche de gaz absorbe les rayons ultraviolets provenant du soleil. Elle nous protège ainsi de ces rayons, qui sont une des causes du cancer de la peau (voir « Un trou dans la couche d’ozone » à la page suivante). Les rayons ultraviolets font également augmenter la température de la stratosphère à mesure qu’on s’éloigne de la Terre. Les gros avions volent généralement dans la stratosphère, juste au-dessus de la couche de nuages. L’air est plus rare à cette altitude. Les avions y subissent donc moins de friction. Ils peuvent ainsi se déplacer plus rapidement en utilisant moins de carburant.

La mésosphère La mésosphère est la troisième couche de l’atmosphère. Elle a elle aussi environ 40 km d’épaisseur. Les molécules d’air y sont très rares et absorbent peu la chaleur du soleil. Cela entraîne une grande variation de température. En effet, les températures minimales peuvent atteindre –120 °C. Les températures maximales varient de 0 °C à 27 °C. Dans la mésosphère, les molécules de gaz sont rares. Néanmoins, cette couche atmosphérique protège la Terre des météorites qui ont réussi à franchir la thermosphère. En effet, lorsque les météorites entrent en contact avec les molécules d’air, la friction les réchauffe au point qu’ils s’enflamment et se désagrègent.

Figure 6 L’ozone (en haut) est une

molécule gazeuse composée de trois atomes d’oxygène (O3). Le dioxygène (en bas), que nous respirons, est formé de deux atomes d’oxygène (O2).

La thermosphère La quatrième et dernière couche de l’atmosphère est la thermosphère. Cette couche est la plus épaisse. Elle mesure plus de 90 km. Les rayons du soleil frappent vivement cette région. Cela lui donne une température très élevée qui peut dépasser 1000 °C. C’est dans la thermosphère que l’on trouve l’ionosphère, dont l’altitude varie entre 90 km et 300 km. L’ionosphère est particulièrement utile pour les systèmes de communication terrestres. En effet, elle renferme une grande quantité de particules chargées électriquement. Ces particules ont la capacité de renvoyer les ondes radio. Par exemple, un message radio envoyé de Montréal peut rebondir sur l’ionosphère et se rendre à Sydney (Australie). La plupart des météorites qui se dirigent vers la Terre sont brûlés dans la thermosphère. On peut alors les apercevoir sous la forme d’étoiles filantes (voir la page 370). C’est aussi dans la thermosphère qu’a lieu un magnifique phénomène naturel : les aurores polaires (voir la page 367).

Rayons ultraviolets (ou rayons UV) Une partie invisible du rayonnement provenant du Soleil. La couche d’ozone empêche les rayons UV d’atteindre la surface de la Terre. Friction (atmosphérique) La résistance au mouvement causée par les molécules d’air. Météorite Un fragment de roche ou de glace qui provient de l’espace. Un météorite, dont la grosseur peut varier du grain de poussière au bloc de roches de plus d’une tonne, peut atteindre la Terre à une très grande vitesse.

SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

299

Un trou dans la couche d’ozone

Cataracte Une maladie de l’œil au cours de laquelle le cristallin devient totalement ou en partie opaque. Cela empêche la lumière de passer. Muqueuses La couche de cellules qui tapissent la paroi intérieure du tube digestif et des voies respiratoires. Ces cellules sécrètent du mucus, ce qui lubrifie la paroi et la garde humide.

Depuis 1975, des images-satellites montrent que l’épaisseur de la couche d’ozone diminue (voir la figure 7). Les causes principales de cet amincissement semblent être les chlorofluorocarbones (CFC) et les produits en aérosol. Les CFC se dégagent des appareils réfrigérants comme les réfrigérateurs et les climatiseurs. Quand les CFC atteignent la stratosphère, le chlore qu’ils contiennent réagit avec l’ozone. Celui-ci se transforme alors en dioxygène (O2). Les conséquences de ce phénomène sont surtout visibles au-dessus de l’Antarctique. En effet, les températures froides favorisent cette réaction atmosphérique. Les CFC, aujourd’hui interdits, sont remplacés par divers produits de substitution. On s’inquiète de la diminution de la couche d’ozone car celle-ci nous protège des rayons ultraviolets du soleil. Ce phénomène risque de faire grimper le nombre de cancers de la peau et de cataractes dans le monde. À l’inverse, l’augmentation de l’ozone à basse altitude, c’est-à-dire dans la troposphère, est également inquiétante. L’ozone irrite les muqueuses, ce qui peut causer de graves problèmes de santé. L’augmentation de l’ozone à basse altitude est causée par la pollution. 1979

1997

Antarctique

Figure 7 Ces images-satellites montrent la progression du trou dans la couche d’ozone

au dessus de l’Antarctique entre 1979 et 1997. La zone la plus touchée est en violet.

300

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Vérifie ce que tu as retenu

des régions de la Terre où la vie 1. Quel nom donne-t-on à l’ensemble est possible ? trois grandes parties. 2. La surface de la Terre se divise en a) Nomme ces trois parties. on peut associer chacune de b) Indique à quel état de la matière ces parties. n peut observer dans chacune c) Nomme des organismes vivants qu’o de ces trois parties. indispensable à la vie. Donne au 3. Explique pourquoi l’atmosphère est moins deux raisons. gaz qui forment l’atmosphère ? 4. a) Quels sont les quatre principaux de ces quatre gaz pour les êtres b) Quelle est l’importance de chacun vivants ? jusqu’à la limite supérieure de 5. Imagine que tu montes en ballon l’atmosphère. osphère que tu traverses. a) Nomme les quatre couches de l’atm ture de l’air qui se produisent péra b) Indique les changements de tem à mesure que tu montes en altitude. la question précédente, tu observes 6. Au cours du voyage en ballon de quelle couche atmosphérique différents phénomènes. Indique dans cun des événements suivants. tu as le plus de chances d’observer cha essus des nuages. a) Tu observes un avion qui vole au-d e aurore polaire. b) Tu te trouves au beau milieu d’un se désagréger dans un éclair c) Tu frôles un météorite en train de de lumière. d) Tu reçois une averse de pluie. traverses la couche d’ozone. e) Tes instruments indiquent que tu l’amincissement de la couche 7. a) Quelle est la cause principale de d’ozone ? inution de la couche d’ozone ? b) Pourquoi s’inquiète-t-on de la dim basse altitude ? c) Pourquoi l’ozone augmente-t-il à

SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

301

L’hydrosphère : la distribution de l’eau sur la Terre L’hydrosphère est formée de toutes les étendues d’eau qui recouvrent la surface de la Terre. Les océans, les fleuves, les rivières, les lacs et tous les autres cours d’eau en font partie. Elle couvre environ 75 % de la surface terrestre (voir les figures 8 et 9). L’eau est d’une importance capitale pour les vivants. C’est simple : sans eau, il n’y aurait pas de vie.

1 3

11 22 33 44 55 66 77

Amérique du Nord Amérique du Sud Europe Afrique Asie Océanie Antarctique

5

4

6

2

7

Figure 8 L’eau recouvre près

de 75 % de la surface du globe terrestre.

Les océans et les mers (eau salée) [97,2 %] Les glaciers (2,15 %) L’eau souterraine (0,63 %) Les rivières, les lacs, les étangs, etc. (eau douce disponible) [0,02 %]

Figure 9 La distribution de l’eau sur la Terre

L’eau liquide présente sur la Terre est douce ou salée. L’eau des mers et des océans est salée en raison de la grande quantité de sels minéraux qui y sont dissous. Ces sels minéraux viennent des roches. Chaque fois qu’il pleut, une certaine quantité des minéraux qui forment les roches sont dissous. Ces minéraux s’écoulent ensuite dans les océans, où ils s’accumulent. La quantité de sels dissous dans les mers varie selon les régions du monde (voir le tableau 3, à la page suivante).

302

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Tableau 3 Pourcentage de sels dissous dans quelques étendues d’eau

Étendue d’eau

Emplacement

Salinité

Mer Morte

Lac d’eau salée au Moyen-Orient

27 %

Grand Lac Salé

Près de la ville de Salt Lake City, dans l’Utah, aux États-Unis

De 5 % à 27 %

Mer Rouge

Golfe de l’océan Indien, entre l’Afrique et l’Asie

4,1 %

Mer d’Arabie

Entre le Pakistan et l’Inde. On l’appelle aussi « mer d’Oman ».

3,7 %

Océan Pacifique

Entre l’Amérique et l’Asie

3,7 %

Océan Atlantique

Entre l’Amérique et l’Europe

3,2 %

Mer Baltique

Au nord de l’Europe

1 % ou moins

L’eau (96,5 %)

Le chlore (55 %) Le sodium (30,6 %) Le soufre (7,7 %) Le magnésium (3,7 %) Le calcium (1,2 %) Le potassium (1,1 %) Les autres sels (0,7 %)

Les sels (3,5 %)

Certains organismes ne peuvent pas vivre dans l’eau salée : ils sont incapables d’absorber la grande quantité de sels minéraux qu’elle contient (voir la figure 10). Ces organismes, dont nous faisons partie, ont donc besoin d’eau douce pour survivre. Toutefois, l’eau douce ne couvre que 3 % de la surface terrestre. De plus, la plus grande partie de l’eau douce de la Terre est gelée. En effet, les calottes glacières et les glaciers emprisonnent les trois quarts des réserves mondiales d’eau douce. Autrement dit, les êtres humains et les autres organismes vivants qui ne peuvent pas vivre dans l’eau salée disposent de moins de 1 % de l’eau de la planète. Et cette eau est de plus en plus polluée !

Figure 10 Les sels minéraux

présents dans une eau de mer contenant 3,5 % de sel

Glacier Une accumulation de neige transformée en glace qui descend lentement dans une vallée.

SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

303

L’eau douce : sa répartition et son utilisation L’eau douce est une ressource naturelle qui est répartie de façon très inégale dans le monde. Dans de nombreuses régions au climat très sec, l’eau manque en permanence. Les gens doivent se contenter de très petites quantités d’eau. Dans d’autres endroits, au contraire, il y a de l’eau en abondance. Cependant, bien des gens gaspillent cette ressource (voir la figure 11).

L’utilisation des engrais et des pesticides peut contaminer l’eau. Ce type de pollution touche les eaux souterraines. Cela menace la vie des humains et des autres espèces vivantes. Cependant, l’être humain n’est pas toujours responsable de tels dégâts. La pollution de l’eau souterraine peut être d’origine naturelle. Au Bangladesh, par exemple, l’eau de très nombreux puits est contaminée par l’arsenic présent naturellement dans les sédiments. Dans ce pays, 85 millions de personnes sur un total de 125 millions risquent de s’empoisonner avec l’arsenic.

Le tableau 4 montre que quatre pays possèdent à eux seuls près de la moitié des réserves d’eau douce de la planète. Pas étonnant qu’il soit difficile de procurer assez d’eau douce à chaque être humain de la Terre ! Et la difficulté augmente encore du fait que les humains ont besoin d’une eau qui est non seulement douce mais également potable.

Tableau 4 La répartition de l’eau douce

sur la Terre Pays Brésil

Volume d’eau douce 18 %

Canada

9%

Chine

9%

États-Unis

8%

Tous les autres pays

56 %

Figure 11 Pendant que certaines

personnes disposent d’eau en abondance, d’autres ont à peine assez d’eau pour subvenir à leurs besoins.

L’eau potable La qualité de l’eau douce est importante pour la santé. Si les gens boivent de l’eau polluée, ils peuvent contracter des maladies graves. Dans certains pays, l’eau est de si piètre qualité qu’on ne peut même pas s’en servir pour se laver. L’eau potable est une eau propre à la consommation, c’est-à-dire qu’elle est bonne à boire (voir la figure 12). Ce n’est pas la même chose que de l’eau pure. C’est plutôt un mélange de molécules d’eau et de quelques substances dissoutes. Les principaux sels minéraux dissous dans l’eau potable sont le calcium, le magnésium et le sodium.

304

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Pour être potable, une eau doit présenter les caractéristiques suivantes : • elle doit être parfaitement transparente (limpide) ; • elle ne doit pas contenir de matières en suspension ; • elle ne doit pas avoir de saveur ni d’odeur désagréables ; • elle ne doit contenir qu’une petite quantité de sels minéraux dissous ; • elle doit contenir de l’oxygène dissous ; • elle ne doit contenir aucun microorganisme pouvant causer des maladies. L’eau du robinet doit présenter toutes les caractéristiques énumérées ci-dessus. C’est pourquoi on ajoute généralement du chlore à l’eau pour détruire les bactéries. On met aussi parfois du fluor pour diminuer les risques de caries dentaires.

Figure 12 Boirais-tu un verre

de cette eau ? Pourquoi ?

Vérifie ce que tu as retenu

r est-elle salée ? 1. a) Pourquoi l’eau de me l’eau ? minéraux présents dans b) D’où viennent les sels salée ? gue l’eau douce de l’eau 2. a) Qu’est-ce qui distin l’eau potable ? et e uc do -il entre l’eau a-t y ce en fér dif e ell Qu b) pas utiliser es vivants ne peuvent-ils 3. Pourquoi plusieurs êtr e? es mondiales d’eau douc les trois quarts des réserv nète. Pourquoi % de la surface de la pla 75 de s prè vre ou rec au 4. L’e ’il ne faut pas e ressource précieuse qu un st c’e e qu -on dit rs alo gaspiller ? SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

305

La lithosphère La lithosphère est un ensemble rigide qui comprend la croûte terrestre et une partie du manteau supérieur. Elle englobe les montagnes, les plaines, les volcans, etc. L’épaisseur de la lithosphère varie de 70 km (sous les océans) à 150 km (sous les continents). La lithosphère est, elle aussi, essentielle à la vie. Elle permet aux végétaux de s’enraciner et elle leur fournit les minéraux dont ils ont besoin pour croître et se développer. Elle offre différents habitats aux animaux. La lithosphère est aussi très utile à l’être humain. Elle renferme diverses ressources naturelles comme le pétrole et le gaz naturel. Elle fournit les matières nécessaires à la fabrication de beaucoup d’objets dont dépend notre bien-être. La lithosphère évolue constamment sous l’influence de plusieurs facteurs tels le climat et l’action humaine.

Est-ce une roche ou un minéral ? Lorsque tu te promènes dans la nature, tu vois souvent des cailloux. Tu peux supposer qu’ils proviennent de la croûte terrestre et qu’ils se sont détachés du roc. Mais est-ce que ce sont des roches ou des minéraux ? Une roche est un assemblage hétérogène de grains plus ou moins variés et plus ou moins gros. Chacun de ces grains est un minéral (voir la figure 13).

Figure 13 Les divers minéraux qui

composent une roche sont comme les différents matériaux qui composent une maison.

Un minéral est une substance pure, naturelle et inorganique (non vivante). Il s’est formé à l’intérieur ou à la surface de la croûte terrestre. En général, il y a plusieurs sortes de minéraux dans une roche. Par exemple, le granite est une roche formée de quatre minéraux : le feldspath, le quartz, le mica et la hornblende (voir la figure 14).

Le quartz

Le mica

Le feldspath

La hornblende Figure 14 Le granite est une roche

Le granite

306

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

constituée de divers minéraux. Les grains brillants qu’on y voit sont du feldspath. Les cristaux transparents sont du quartz. Les flocons gris-vert sont du mica, et les taches foncées sont de la hornblende.

Comment les roches se forment-elles ? Il existe trois grandes catégories de roches, classées selon leur origine (voir la figure 15). • Les roches ignées résultent du refroidissement et de la solidification du magma. • Les roches sédimentaires proviennent de fragments de roche appelés sédiments. En effet, les roches sont soumises à l’action de l’eau, du vent et des glaciers, autrement dit de l’érosion. Elles sont fragmentées, transportées, puis déposées. Avec le temps, les fragments se compactent et se cimentent pour devenir des roches sédimentaires. Elles contiennent parfois des fossiles. • Les roches métamorphiques sont des roches qui ont subi une transformation. Cette transformation a eu lieu dans les profondeurs de la croûte terrestre, sous l’effet de la chaleur et de la pression.

La météorisation et l’érosion

La météorisation et l’érosion

La roche sédimentaire

Les sédiments

La roche ignée

Le niveau du sol

Le mot « ign é » provient du latin igneus, qui signifie feu. Le « métamorp mot hiqu mots grecs m e » vient des eta (change ment) et morphê (f orme). Le m ot « métamorp hose » a la m ême origine.

La Le refroidissement

La cha

leu

La compacité et la cimentation

cris

r et

talli sati

on

la p

res

La météorisation et l’érosion

sion

La chaleur et la pression

La fusion Le magma

La roche métamorphique

Figure 15 Le cycle de formation des roches

SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

307

Les roches ignées Magma De la roche liquide dans la croûte terrestre. Lorsqu’elle atteint la surface, on l’appelle de la lave.

Les roches ignées (ou magmatiques) se forment à partir de roches partiellement en fusion, c’est-à-dire du magma. Lorsque le magma refroidit, il se solidifie puis donne naissance aux roches ignées. On trouve trois types de roches ignées : • Les roches ignées intrusives (ou plutoniques) proviennent du refroidissement très lent du magma à l’intérieur de la croûte terrestre. Ces roches sont formées de très gros cristaux facilement visibles à l’œil nu. Par exemple : la diorite et le gabbro [voir la figure 16 a)] ; • Les roches ignées extrusives (ou volcaniques) se forment lorsqu’un volcan crache de la lave et que celle-ci refroidit au contact de l’air ou de l’eau. Les cristaux n’ont alors pas le temps de se développer. C’est pourquoi ces roches sont faites de cristaux microscopiques. Par exemple : l’obsidienne, la rhyolite, l’andésite et le basalte [voir la figure 16 b)] ; • Les roches porphyriques ont subi deux phases de refroidissement. Elles présentent donc des cristaux de grosseur variable. La première phase de refroidissement est lente et se fait en profondeur dans la croûte terrestre. Elle permet la formation de gros cristaux. La seconde phase de refroidissement est plus rapide. Elle indique que la roche est remontée vers la surface, poussée par le magma. Les gros cristaux de la première phase sont alors figés dans une masse de cristaux plus petits. Par exemple : le granite [voir la figure 16 c)].

a) Une roche ignée intrusive : le gabbro Figure 16 Quelques roches ignées

308

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

b) Une roche ignée extrusive : le basalte

c) Une roche porphyrique : le granite

Les roches sédimentaires Sais-tu d’où viennent le sable et les galets que l’on voit sur les plages ? Ils se sont détachés de roches plus grosses, parfois situées à des kilomètres de distance. Cela s’est probablement produit il y a plusieurs centaines d’années.

Galet Une roche usée et polie par le frottement de l’eau et que les vagues déposent sur le rivage.

Divers facteurs agissent sur la croûte terrestre. Le gel, l’action des glaciers ou celle des vagues arrachent des morceaux de roches à cette croûte. Ces fragments de roches (ou sédiments) sont ensuite transportés et polis par l’eau, le vent ou les glissements de terrain. Ils se déposent finalement en couches successives au fond des mers et des lacs. Avec le temps, ces sédiments se compactent et se cimentent pour devenir des roches sédimentaires (voir la figure 17).

a) Le calcaire

b) Le grès

c) Le conglomérat Figure 17 Quelques roches

On trouve parfois des fossiles dans les roches sédimentaires. Les fossiles sont des traces laissées par des formes primitives de vie marine ou terrestre (voir la figure 18). Au fil des ans, les parties molles de ces organismes primitifs se décomposent. Elles sont remplacées par des minéraux, ce qui permet à la roche de conserver leur forme. Les parties dures de l’animal ou de la plante (comme la coquille, les os ou les dents) demeurent parfois intactes.

sédimentaires Fossile Une empreinte ou un reste d’animal ou de plante préservés dans la croûte terrestre.

Figure 18

La présence de fossiles est une preuve de l’origine sédimentaire d’une roche. SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

309

Les roches métamorphiques Parfois, des roches ignées, sédimentaires ou même des roches métamorphiques déjà formées subissent des changements de structure. Dans les profondeurs de la croûte terrestre, elles se transforment sous l’action de la pression ou de la chaleur. Elles se plissent et se déforment comme si elles étaient faites de pâte à modeler. Pendant cette transformation, les minéraux se réarrangent. Ils se disposent en bandes ou en feuillets et présentent des textures variées. Les roches qui en résultent sont dites métamorphiques (voir la figure 19). Par exemple, la métamorphose du schiste argileux donne l’ardoise, celle du grès donne le quartzite, celle du calcaire donne le marbre, celle du granite donne le gneiss (voir la figure 20).

a) L’ardoise

b) Le quartzite

c) Le marbre

Figure 19 Quelques roches métamorphiques

La chaleur et la pression

Le granite

La chaleur et la pression

Le gneiss

Figure 20 La transformation du granite en gneiss est un processus lent provoqué par

la chaleur et la pression.

310

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Le tableau 5 résume le processus de formation des trois types de roches. Tableau 5 Les types de roches, leur formation et leur composition

Roches ignées

Roches sédimentaires

Roches métamorphiques

Comment se forment-elles ?

Par le refroidissement et la solidification du magma.

Par l’érosion et le transport de fragments qui, par la suite, se déposent, se compactent et se cimentent.

À partir de roches déjà formées qui se modifient sous l’action de la pression et de la chaleur.

De quoi sont-elles faites ?

De minéraux tels que le feldspath, le quartz, etc.

De grains de minéraux, de débris inorganiques et de fossiles

De matériaux variés

Comment leurs composantes sont-elles réparties ?

Les grains sont souvent placés en désordre.

Elles forment une suite de couches, correspondant aux couches de sédiments accumulés.

– En bandes claires et foncées (par ex. : gneiss) – En feuillets rigides (par ex. : micaschiste, ardoise)

Les types de sols Il ne faut pas confondre la terre et le sol. La terre désigne toute la surface du globe qui n’est pas recouverte d’eau. Le sol est la couche superficielle de matière qui permet, entre autres, la croissance des végétaux. En fait, le sol naît du mélange de certaines composantes de la lithosphère, de l’hydrosphère et de l’atmosphère. Le sol est un élément vital, car il subvient aux besoins des végétaux. Sans sa présence, la vie telle qu’on la connaît sur la Terre serait impossible. Le sol est également d’une importance capitale pour la survie de l’être humain. Sans sol, il ne peut y avoir ni récoltes ni élevages.

La formation du sol La formation du sol est très ancienne. En fait, le sol s’est constitué à partir d’un roc intact appelée roche-mère. Deux processus ont permis sa formation : l’altération de la roche-mère et l’apport de matière organique par les êtres vivants. L’altération correspond à l’effritement de la roche en raison de l’érosion. Celleci est causée, entre autres, par l’infiltration de l’eau dans les fissures de la roche-mère. Chaque fois que la température descend sous zéro, cette eau gèle. Puisque le volume de la glace est plus grand que le volume de la même masse d’eau liquide, la glace exerce une pression sur les parois de la fissure, ce qui finit par briser la roche. Les acides contenus dans l’eau contribuent également à la désagrégation de la roche-mère.

Roche-mère Une épaisse couche de roche située sous le sol. Acide Une substance qui a un pH inférieur à 7. Le vinaigre et le citron sont des substances acides qui ont un goût aigre. Humus Une matière organique partiellement décomposée. Elle peut être d’origine animale ou végétale.

L’apport de matière organique résulte de l’accumulation de débris divers. Certains débris proviennent des végétaux : ce sont des feuilles, des fruits, des morceaux d’écorce, des racines mortes, etc. D’autres débris sont d’origine animale : des plumes, des poils, des excréments, des cadavres, etc. En se décomposant, ces débris forment l’humus. À cela s’ajoutent de nombreux microorganismes. SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

311

Le sol résulte donc en partie de la transformation de la roche-mère en fragments de grosseurs variables. La présence d’une certaine quantité d’humus et de microorganismes est également nécessaire à sa formation (voir la figure 21).

de la matière organique en décomposition

la dégradation de la roche-mère Figure 21 La formation

du sol

la roche-mère

Le profil du sol Lessivage Un processus au cours duquel une substance est dissoute puis entraînée par l’eau.

Plus on creuse profondément dans le sol, plus les éléments qu’on y trouve sont gros. Habituellement, on remarque la présence de couches de composition et de structure différentes. Ce sont les horizons du sol. Le profil du sol est généralement formé de trois horizons : • L’horizon A (ou litière) se trouve en surface. C’est là que les débris de matières végétales et animales se transforment en humus. L’épaisseur de l’horizon A et la vitesse de décomposition de la matière organique influent sur la quantité d’humus. Cet horizon subit des modifications importantes causées par l’infiltration d’eau. Ainsi, l’horizon A est pauvre en minéraux parce que la pluie les entraîne vers l’horizon B. C’est ce qu’on appelle le lessivage ; • L’horizon B est l’endroit où les minéraux lessivés dans la couche de surface s’accumulent. On y trouve donc peu de matière organique mais beaucoup de minéraux. La roche de cette couche est moins fragmentée que celle de l’horizon A ; • L’horizon C (ou sous-sol) constitue la matière première des couches supérieures. C’est là que se trouvent la roche-mère, en partie dégradée, et les différents minéraux qui la composent.

312

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

La texture et la structure du sol La texture du sol dépend de la taille des particules qui le composent. La grosseur des particules varie du gravier jusqu’aux parties microscopiques de l’argile. Le sol est généralement un mélange de trois types de particules : le sable, le limon et l’argile. Les sols les plus fertiles sont les limons argilosableux, qui sont composés d’argile et de sable. On les appelle aussi terre franche. Ils contiennent assez de particules fines pour retenir l’eau et pour que les minéraux y adhèrent. Ces sols sont faits d’environ : – un tiers de sable (particules de plus de 50 micromètres) ;

Limon Fines particules du sol entraînées par les eaux et déposées au fond et sur les rives des fleuves, des lacs et des rivières. Micromètre (μm) Une unité de mesure du système international (SI) équivalente à un millionième (10-6) de mètre.

– un tiers de limon (particules de 2 micromètres à 50 micromètres) ;

– un tiers d’argile (particules de moins de 2 micromètres).

La structure du sol indique l’arrangement des éléments. Ceux-ci peuvent être disposés de façon lâche ou serrés les uns contre les autres. La porosité du sol désigne le pourcentage d’espace libre dans un volume donné de sol. La porosité est directement reliée à la structure d’un sol. Elle détermine la facilité avec laquelle le sol permet à l’eau et à l’air de circuler. Cette caractéristique physique rend le sol plus ou moins favorable au développement de la faune et de la flore. Certains sols possèdent des pores (ou espaces) très gros. Ils permettent ainsi une bonne circulation des gaz et de l’eau. D’autres sols possèdent des pores plus fins qui, comme des éponges, retiennent une partie de l’eau. SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

313

Les habitants du sol Le sol abrite une quantité et une variété incroyable d’organismes vivants (voir la figure 22). Ces organismes vivants déterminent les propriétés du sol où ils se trouvent. Par exemple, les vers de terre aèrent le sol en le creusant. De plus, ils sécrètent une substance visqueuse (le mucus) qui maintient les particules de sol ensemble. Les bactéries transforment l’azote atmosphérique, ce qui permet aux plantes de l’assimiler facilement. Les racines des plantes extraient l’eau et les minéraux dissous dans le sol. De même, elles maintiennent le sol en place, diminuant ainsi les effets de l’érosion. un champignon de sol un cérambycidé

une fourmi charpentière un staphilyn

un mille-pattes

une limace un escargot

un nématode un cent-pattes

Figure 22 Le sol abrite toute

une communauté d’organismes : des bactéries, des champignons, des invertébrés (des insectes, des vers, etc.), des graines et des racines de toutes sortes.

un pseudoscorpion un insecte

une nymphe de cigale

un ver de terre

une mite

un collembole des protozoaires de sol une larve de taupin

Le relief : l’évolution du paysage Malgré sa stabilité relativement apparente, la Terre est un monde en perpétuel mouvement. Elle est animée par de puissantes forces. Ces forces proviennent des énormes chaleurs et des grandes pressions qui règnent sous sa surface. Ces phénomènes engendrent des plissements, des soulèvements et des fractures de la croûte terrestre. Ils donnent à la lithosphère ses reliefs variés : les montagnes, les vallées, les plaines, etc. Le relief de la Terre change sans cesse à cause des forces souterraines. De leur côté, les vents, l’eau et les glaciers combinent leur action pour modifier eux aussi le paysage. L’érosion agit sur les roches et les reliefs terrestres. Elle arrondit les sommets des montagnes. Elle creuse ou remplit les vallées et transporte des débris sur de longues distances. L’être humain contribue également à transformer le relief. Il construit des routes, creuse des mines et bâtit des villes et des villages. Nous expliquerons ces phénomènes plus en détail au cours de la section suivante.

314

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Un paysage du Parc national de Torres del Paine, au Chili

Vérifie ce que tu as retenu*

indispensable à la vie. Donne au 1. Explique pourquoi la lithosphère est moins deux raisons. roche et un minéral ? 2. Quelle est la différence entre une ignées ? 3. a) Comment se forment les roches sédimentaires ? es roch les b) Comment se forment amorphiques ? c) Comment se forment les roches mét sont-ils des roches ignées, 4. D’après toi, les échantillons suivants ? sédimentaires ou métamorphiques disposés en couches. a) Une roche dont les minéraux sont aux facilement visibles à l’œil nu. b) Une roche formée de très gros crist niques. c) Une roche contenant des débris orga seurs variables. Les gros gros d) Une roche formée de cristaux de de cristaux plus petits. se mas cristaux semblent figés dans une ils la terre du sol ? 5. Comment les géologues distinguentment le cycle gel-dégel accélère 6. À l’aide d’un schéma, explique com l’effritement de la roche. nommées « horizon A », « horizon B » 7. Le sol est formé de trois couches, correspond à chacune des et « horizon C ». Indique quel horizon descriptions suivantes. re ». a) Cet horizon est aussi appelé « litiè e-mère. roch la ve trou on b) Dans cet horizon, éraux dissous, puis déposés. min de n atio mul c) On y trouve une accu icules qui le composent. Classe les 8. La texture du sol dépend des part ssant de la grosseur de leurs types de sols suivants selon l’ordre croi particules. a) Le sable b) Le gravier c) Le limon d) L’argile s de modifier le relief terrestre. 9. Nomme deux grandes forces capable concepts t de vérifier les connaissances sur les * Les questions 2, 3, 4 et 7 permetten B. uel Man seront abordés dans les modules du

qui

SECTION 1

Les caractéristiques générales de la Terre

315

SECTION

2

Les phénomènes géologiques La Terre en mouvement

Les volcans

Les séismes

p. 317

p. 326

p. 329

Des continents à la dérive La tectonique des plaques

p. 320

La structure d’un volcan

p. 326

Les éruptions volcaniques

p. 327

L’orogenèse

La convection

p. 321

Où vont les plaques ?

p. 322

Les causes des tremblements de terre p. 330 Des zones très exposées

1 Les caractéristiques générales de la Terre

p. 317

p. 331

p. 332

SECTION

La Terre et l’espace

2 Les phénomènes géologiques

La météorisation biologique p. 334 Les catégories d’érosion

SECTION

L’érosion

p. 334

p. 333

3 Les phénomènes astronomiques

La météorisation chimique p. 334

SECTION

Une montagne qui prend de l’âge p. 335 Le cycle de l’eau

Les vents

Les pluies acides p. 337 p. 336

p. 338

Les cellules de convection

p. 338

La force de Coriolis

p. 339

Les caractéristiques du vent p. 340 Le smog et l’inversion de température p. 342 Les manifestations naturelles de l’énergie p. 344

316

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

La météorisation mécanique p. 334

Les sources d’énergie sont-elles inépuisables ? p. 346

La convection au quotidien

p. 339

La brise de mer

p. 341

La brise de terre p. 341

SURVOL

D’où viennent les montagnes ? Comment se forment les immenses rochers et les falaises abruptes ? Quelle force réveille les volcans et fait trembler le sol sous nos pieds ? Sous la mince couche de la croûte terrestre, la Terre cache de puissantes forces internes. Ces forces soulèvent, plissent et fracturent la croûte terrestre. Cette croûte se transforme continuellement. La Terre possède sa propre source d’énergie : son noyau interne. La chaleur du noyau est à l’origine de nombreux phénomènes tels la formation des montagnes, les tremblements de terre, les volcans et les tsunamis. Mais il existe une autre source d’énergie dont dispose la planète entière : le Soleil. Celui-ci réchauffe l’air, l’eau et le sol durant le jour, et cette chaleur se dissipe durant la nuit. Ces fluctuations d’énergie sont à l’origine de nombreux autres phénomènes : l’érosion, le cycle de l’eau, les vents et les courants marins. Ces phénomènes contribuent eux aussi à modifier le paysage terrestre.

Alfred Wegener est né en 1880 à Berlin, en Allemagne. En 1910, il a élaboré la théorie de la dérive des continents. Il a suggéré l’idée audacieuse qu’il y avait autrefois un super continent : la Pangée. Ce continent se serait fragmenté il y a environ 200 millions d’années pour donner les continents actuels. Toutefois, ce n’est que durant les années 1960 que la communauté scientifique a accepté cette idée.

SC I E N T I F I Q U E

De l’énergie sous nos pieds et de l’énergie venue d’en haut

H I STO I R E

La Terre en mouvement À l’échelle humaine, les transformations de la croûte terrestre sont extrêmement lentes. C’est pourquoi elles sont longtemps passées inaperçues. Cependant, à l’échelle géologique, la Terre est une planète très active.

Des continents à la dérive À première vue, le sol sur lequel tu marches semble tout à fait immobile. On a d’ailleurs longtemps cru que les continents, les montagnes et les océans n’avaient pas changé depuis la naissance de la planète. Cependant, au début du 20 e siècle, Alfred Lothar Wegener, un météorologue et physicien allemand, a étudié certains indices surprenants. Ceux-ci l’ont amené à suggérer que les continents se déplaçaient. Wegener a observé avec attention plusieurs cartes géographiques. Quelque chose l’intriguait : l’Amérique du Sud et l’Afrique de l’Ouest semblent s’emboîter presque parfaitement l’une dans l’autre (voir la figure 23). En fait, tous les continents semblent pouvoir s’assembler comme les morceaux d’un casse-tête. Cela voulait-il dire qu’ils avaient déjà été réunis ?

Figure 23 L’Afrique et l’Amérique du Sud semblent pouvoir s’emboîter l’une dans l’autre.

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

317

Wegener s’est également intéressé à la composition rocheuse de plusieurs chaînes de montagnes. Il a étudié entre autres les Appalaches, les Calédonides et les Mauritanides (voir la figure 24). Les Appalaches sont situées dans le sud du Québec et le nord-est des États-Unis. Les Calédonides se trouvent dans les îles britanniques et en Scandinavie. On trouve les Mauritanides dans le nord-ouest de l’Afrique. Wegener a constaté que ces trois chaînes montagneuses ont le même âge et la même composition rocheuse. Auraient-elles toutes trois déjà fait partie de la même chaîne de montagnes ?

GROENLAND

AMÉRIQUE DU NORD Les Calédonides

ue

EUROPE

Les Appalaches

Oc

tl a éan A

n ti

q

AFRIQUE

Les Mauritanides

Figure 24 Les Appalaches, les Mauritanides et les Calédonides ont le même âge et la même composition rocheuse. Sur cette carte, les continents ont été rapprochés pour illustrer comment ces formations rocheuses auraient pu faire partie de la même chaîne de montagnes à l’époque de la Pangée.

318

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Wegener a aussi examiné des fossiles. Ceux-ci lui ont fourni un autre indice. Le Mesosaurus est un petit reptile qui vivait dans l’eau douce il y a 260 millions d’années. On a trouvé des fossiles de Mesosaurus dans le sud de l’Afrique et au Brésil. Or ces deux régions sont aujourd’hui séparées par 3 000 km d’océan. Pourtant, le Mesosaurus n’a pas pu nager d’un continent à l’autre puisqu’il est incapable de vivre dans l’eau salée. De son côté, le Lystrosaurus est un petit reptile terrestre qui vivait il y a 240 millions d’années. Il semble avoir migré de l’Amérique du Sud vers l’Afrique. Mais il était incapable de nager. Comment a-t-il pu faire la traversée ? (Voir la figure 25, à la page suivante.)

Océan Arctique

Amérique du Nord

Europe

Océan Atlantique Afrique

Océan Pacifique Équateur

Asie

Océan Pacifique Océan Indien

Amérique du Sud

Océanie

Mesosaurus Lystrosaurus Océan Austral 1

Antarctique

3 000 km

Figure 25 On a trouvé des fossiles de Mesosaurus et de Lystrosaurus des deux côtés

de l’océan Atlantique.

Wegener a réfléchi à tous les indices qu’il avait amassés. Il a avancé l’idée que les continents formaient autrefois un seul immense continent, la Pangée. Ce continent aurait existé il y a environ 220 millions d’années. Il baignait dans un océan unique, la Panthalassa (voir la figure 26). Puis, ce supercontinent se serait fragmenté. Il se serait divisé en gros morceaux qui auraient dérivé jusqu’à leurs emplacements actuels. Ces morceaux auraient formé les continents et les océans que nous connaissons. Wegener a appelé ce phénomène la dérive des continents. Malheureusement, Wegener n’a pas réussi à démontrer quelles forces causaient le mouvement des continents. À l’époque, la communauté scientifique a donc refusé d’adopter ses idées.

Europe Amérique du Nord

Pangée Mot d’origine grecque signifiant « toutes les terres ». Nom donné par Wegener à un immense continent formé de toutes les terres émergées. Panthalassa Mot d’origine grecque signifiant « toutes les mers ». Nom donné par Wegener à l’océan unique qui entourait la Pangée.

Asie

Inde

Panthalassa Afrique Amérique du Sud Australie Antarctique

Figure 26 Le supercontinent de Wegener,

la Pangée, et son océan unique, la Panthalassa. SECTION 2

Les phénomènes géologiques

319

La tectonique des plaques Dans les années 1960, on a inventé le sonar. Cet appareil a permis de cartographier les fonds marins pour la première fois. Les géologues ont ainsi fait plusieurs découvertes importantes, dont les plateaux continentaux et les dorsales océaniques. Les plateaux continentaux sont le prolongement sous-marin des continents. Leurs contours s’emboîtent les uns dans les autres encore mieux que ceux des continents. Quant aux dorsales océaniques, ce sont de très longues chaînes de montagnes sous-marines. La dorsale médio-atlantique, par exemple, semble séparer l’océan Atlantique en deux parties égales (voir la figure 27).

Asie Amérique du Nord

Europe Le plateau continental Afrique

Amérique du Sud

Océanie La dorsale médio-atlantique

Antarctique Figure 27 Une carte du relief sous-marin

À la même époque, les scientifiques ont aussi découvert l’existence de l’asthénosphère, c’est-à-dire la partie supérieure du manteau terrestre (voir la page 294). Cette découverte a révélé que les continents flottent sur une couche de roches partiellement fondues. Il est donc possible d’imaginer qu’ils sont en mouvement.

John Tuzo Wilson

320

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

John Tuzo Wilson (1908-1992) était un géophysicien canadien. En 1965, il modifia la théorie de la dérive des continents à la lumière de ces nouvelles découvertes. Il suggéra que la croûte terrestre est divisée en grandes plaques rigides. Ces plaques comprennent à la fois les continents et les reliefs sous-marins. De plus, ces plaques bougent. Ainsi, les dorsales océaniques constituent en fait une frontière entre deux plaques qui s’éloignent l’une de l’autre. Tout le long de la fissure créée par cet éloignement (zone de divergence), le magma remonte

jusqu’à la surface et se solidifie rapidement. C’est pourquoi les dorsales sont des chaînes de montagnes très jeunes dont les roches sont d’origine volcanique. Wilson a donné le nom de tectonique des plaques à sa théorie (voir la figure 28, ci-dessous, et la figure 31, à la page suivante).

La plaque eurasienne

La plaque eurasienne

La plaque nord-américaine La plaque des Philippines

La plaque indo-australienne

La plaque de Juan de Fuca

La plaque pacifique

La plaque africaine

La plaque des cocos

La plaque de Nazca

La plaque antarctique

La plaque sud-américaine

La plaque « Scotia »

Figure 28 Selon la théorie de la tectonique des plaques, la croûte terrestre est divisée en

sept grandes plaques et quelques plaques secondaires. Tu peux les voir sur la figure de même que la direction de leurs déplacements. Les continents sont des parties émergées de six de ces plaques.

Divergence Convergence Glissement Déplacement d’une plaque

La convection : la force motrice des plaques Les scientifiques expliquent le mouvement des plaques à l’aide de la convection. Il y aurait des courants de convection dans le magma, sous la croûte terrestre. Le magma serait entraîné par ces courants. En fait, le magma se comporterait comme un repas qui mijote sur une cuisinière (voir la figure 29). Il reçoit de la chaleur provenant du noyau terrestre. La roche la plus chaude remonte, passant du manteau inférieur au manteau supérieur. Elle se déplace ensuite de façon horizontale, poussée par l’arrivée de nouvelle roche plus chaude. Pendant ce déplacement horizontal, la roche liquide entraîne la plaque qui se trouve au-dessus d’elle. C’est ainsi que bougent les énormes plaques qui se trouvent sous la croûte terrestre (voir la figure 30, à la page suivante).

Courant de convection Un mouvement qui se produit dans un liquide ou un gaz lorsqu’il existe une différence de température à l’intérieur de cette substance.

Figure 29 On

peut observer des mouvements de convection dans un liquide qui chauffe sur une cuisinière. SECTION 2

Les phénomènes géologiques

321

La lithosphère

Figure 30 Un courant de convection constitue un cycle complet. Pendant ce cycle, le magma se réchauffe, monte, se refroidit, puis redescend. Ce mouvement pousse la plaque qui se trouve au-dessus du magma.

L’asténosphère

Où vont les plaques ? Les plaques sont donc en mouvement, animées par les courants de convection du magma. Les plaques se déplacent de 1 à 20 centimètres par année. Par exemple, l’Amérique du Nord et l’Europe s’éloignent l’une de l’autre au rythme de deux centimètres par année. Cela peut te paraître lent, mais pense que ce mouvement se poursuit pendant des millions d’années. Les plaques peuvent donc finir par se déplacer de plusieurs milliers de kilomètres. Lentement mais sûrement, les plaques se rapprochent, s’éloignent ou glissent l’une contre l’autre (voir la figure 31). Ces mouvements font subir d’énormes pressions à la croûte terrestre. Quand la pression devient trop forte, la croûte se plisse, se fracture ou se soulève. Autrement dit, des montagnes se forment, des tremblements de terre se produisent ou des volcans entrent en éruption. La plupart de ces phénomènes géologiques se produisent à la limite des plaques.

a) Deux plaques s’éloignent l’une de l’autre : c’est une zone de divergence (ou rift).

b) Deux plaques se rapprochent l’une de l’autre : c’est une zone de convergence (ou zone de subduction).

c) Deux plaques glissent l’une contre l’autre : c’est une zone de glissement (ou faille transformante).

Figure 31 Les trois types de mouvements des plaques l’une par rapport à l’autre

322

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Lorsque deux plaques s’éloignent l’une de l’autre, une faille apparaît dans la croûte. Le magma peut s’infiltrer dans cette faille et former de la nouvelle croûte (voir la figure 32). C’est ce qui se produit le long des dorsales sous-marines.

Faille Une fissure dans la croûte terrestre.

La lithosphère

Figure 32 L’éloignement

des deux plaques crée une faille dans laquelle le magma peut s’infiltrer.

L’asténosphère

Mais la Terre est ronde et entièrement recouverte de croûte. Autrement dit, s’il se forme de la nouvelle croûte quelque part, il doit nécessairement en disparaître ailleurs. Cette disparition se produit lorsque deux plaques entrent en collision. Prenons l’exemple de la plaque sud-américaine. Elle est poussée vers l’océan Pacifique parce que la dorsale médio-atlantique s’agrandit. Dans l’océan Pacifique se trouve la plaque de Nazca. Celle-ci est poussée vers le continent américain par la dorsale du Pacifique Est (voir la figure 33). Résultat ? La plaque de Nazca, plus mince, glisse lentement sous la plaque sud-américaine. À mesure qu’elle s’enfonce dans le manteau, la plaque de Nazca fond et se transforme en magma. Une partie de la croûte terrestre disparaît ainsi en étant recyclée dans le manteau.

Les Andes

Amérique du Sud Océan Pacifique

Plaque sud-américaine Plaque de Nazca

Figure 33 La plaque

de Nazca s’enfonce lentement sous la plaque sud-américaine. SECTION 2

Les phénomènes géologiques

323

Fosse Une cavité assez large et très profonde.

Lorsqu’une plaque s’enfonce sous une autre plaque, il se forme une fosse océanique. La plus profonde est la fosse des Mariannes, dans l’océan Pacifique. Elle est tellement profonde qu’elle pourrait contenir le mont Everest en entier (voir la figure 34).

La hauteur du mont Everest

11 000 m

La profondeur de la fosse des Mariannes

8 850 m

Figure 34 La fosse océanique

des Mariannes s’enfonce à plus de 11 km sous l’eau. Si la base de l’Everest se trouvait dans cette fosse, cette montagne serait submergée par 2 150 mètres d’eau.

Parfois, deux plaques qui entrent en collision sont toutes deux trop épaisses pour que l’une s’enfonce sous l’autre. C’est le cas des collisions entre deux plaques continentales. La croûte terrestre se plisse alors et des montagnes surgissent du sol. La chaîne de montagnes de l’Himalaya résulte de la collision entre la plaque indo-australienne et la plaque eurasienne (voir la figure 28, à la page 321). L’Himalaya est actuellement en formation, car les forces à l’origine de cette collision agissent encore (voir la figure 35).

Figure 35 L’Himalaya est une chaîne de montagnes en formation. Le mont Everest, qui fait 8 850 m, est considéré comme le plus haut sommet de la Terre.

Les scientifiques prévoient que, dans 30 millions d’années, Los Angeles se retrouvera à la même latitude que San Francisco. On prévoit aussi que la Méditerranée se fermera progressivement. On pense également que la Turquie sera poussée vers l’ouest par l’Arabie qui, elle, se soudera à l’Europe centrale. De plus, l’Australie entrera peut-être en collision avec les îles de la Sonde (voir la figure 36, à la page suivante).

324

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

3 1

5

4 6

2

1 2 7

3 4

Figure 36 Selon les scientifiques, les continents pourraient ressembler à ceci dans

5

30 millions d’années.

6 7

Amérique du Nord Amérique du Sud Europe Afrique Asie Océanie Antarctique

Vérifie ce que tu as retenu

e les continents se déplaçaient. Expliqu 1. Alfred Wegener a émis l’idée que e cett à ver arri permis d’en comment les éléments suivants lui ont conclusion. graphiques. a) L’examen de différentes cartes géo tion rocheuse de certaines posi com la de et b) L’observation de l’âge chaînes de montagnes. c) L’étude de certains fossiles. ique n’a-t-elle pas accepté les idées 2. Pourquoi la communauté scientif de Wegener ? ? 3. a) Qu’est-ce qu’un supercontinent ener. Weg de ent b) Décris le supercontin ographier les fonds sous-marins. 4. L’invention du sonar a permis de cart u cours des années 1960 au sujet a) Nomme deux découvertes faites a du relief sous-marin. ait-il la formation des dorsales b) Comment John Tuzo Wilson expliqu océaniques ? ère. 5. a) Explique ce qu’est l’asthénosph osphère a-t-elle aidé Wilson à faire hén l’ast de b) En quoi la découverte des plaques ? accepter sa théorie de la tectonique continents de la tectonique des 6. Qu’est-ce qui distingue la dérive des plaques ? nomène fait bouger les plaques 7. a) Selon les scientifiques, quel phé tectoniques? lacent-elles ? b) À quelle vitesse les plaques se dép vements des plaques ? 8. a) Quels sont les trois types de mou la formation de nouvelle croûte b) Quel type de mouvement permet terrestre ? Décris ce processus. la disparition d’une partie de la c) Quel type de mouvement entraîne croûte terrestre ? Décris ce processus. SECTION 2

Les phénomènes géologiques

325

Les volcans : la colère de Vulcain Éruption L’écoulement en surface de matières volcaniques (lave, cendres, gaz carbonique, etc.) provenant des profondeurs. Volcan éteint Un volcan est éteint s’il a cessé d’être actif et que les scientifiques pensent qu’il ne se réveillera jamais.

Le mot « volcan » vient de ie Vulcain. Dans la mytholog u die romaine, Vulcain est le du feu et du travail des métaux. On dit aussi que s. c’est le dieu des forgeron té Son nom signifie « volon impérieuse et ardente ».

Les volcans sont à la fois fascinants et effrayants. C’est probablement une des manifestations les plus spectaculaires du dynamisme interne de la Terre. Quand un volcan entre en éruption, la chaleur dégagée est intense. Le soleil disparaît temporairement, masqué par des nuages de cendres suffocantes. Les coulées de lave menacent les populations avoisinantes (voir la figure 37). Heureusement, la majorité des volcans de la Terre sont éteints ou en période de dormance. Cependant, il arrive parfois que la croûte terrestre se brise. Il se forme alors des ouvertures qui laissent échapper de la lave, de la fumée et des cendres. Un volcan se réveille et entre en activité. Partout dans le monde, des équipes de scientifiques tentent de prévoir les éruptions volcaniques. Leur but est de prévenir à temps les populations vivant à proximité.

La structure d’un volcan Il existe divers types de volcans, mais la plupart d’entre eux ont des caractéristiques communes. La figure 38 présente les parties principales d’un volcan typique. L’activité volcanique dépend souvent de la géographie du volcan et de ses environs, et du type de lave qui est expulsé. Des éruptions peuvent se déclencher à partir du cratère ou d’une fissure qui se trouve ailleurs. L’éruption ne se fait donc pas toujours au sommet du cône volcanique. Elle peut se produire sur les flancs du volcan ou même à une certaine distance du cône.

La coulée de lave

Les projections volcaniques

Le cratère Le cône volcanique principal

La cheminée principale

La chambre magmatique (réservoir)

Figure 37 L’éruption du mont Augustine, en Alaska, en 1986

326

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Figure 38 La structure d’un volcan

Le cône volcanique secondaire

Les cheminées secondaires

Les éruptions volcaniques Il existe un lien entre les volcans et les plaques tectoniques. En effet, les collisions entre les plaques impliquent d’énormes quantités d’énergie. La croûte terrestre est souvent secouée par ces événements. Cela peut entraîner la formation de « montagnes de feu » aux endroits où la croûte présente des faiblesses. Prenons l’exemple d’une plaque océanique qui s’enfonce sous une plaque continentale (voir la figure 39). À mesure que la plaque océanique pénètre dans le manteau, elle fond et se transforme en magma. Ce magma cherche à remonter vers la surface. Il se fraie un passage à travers les failles de la croûte. Parfois, de la lave refroidie à la suite d’une éruption ancienne joue le rôle d’un bouchon. Elle bloque le cratère du volcan. Alors, les roches fondues et les gaz provenant de l’intérieur de la Terre s’accumulent dans la chambre magmatique. La pression augmente. Quand la pression devient trop forte, elle fait sauter le bouchon. À ce moment, toute l’énergie remonte en surface avec force. Cela produit de violentes explosions, accompagnées de projections de lave, de roches, de cendres et de gaz carbonique.

Lave Le magma qui jaillit d’un volcan en éruption. La lave apparaît sous forme de coulées de matières en fusion.

Une chaîne de volcans

La plaque continentale La plaque océanique Le magma

La croûte en fusion

Figure 39 Les endroits où la plaque océanique s’enfonce sous la plaque continentale sont

propices à la formation de volcans.

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

327

D’autres volcans se forment aux endroits où deux plaques tectoniques s’éloignent l’une de l’autre. Ils ne sont pas aussi violents que les précédents. En effet, la lave et les gaz sortent du cratère sans rencontrer de résistance. Ils s’écoulent ensuite lentement (voir la figure 32, à la page 323).

Geyser Un jet d’eau et de vapeur chauffées dans le sol et qui jaillit d’une fissure.

Les volcans ne sont pas uniquement destructeurs. Ils contribuent aussi à la transformation du relief et à la fertilisation des sols. De plus, on peut maintenant produire de l’électricité en utilisant l’énergie du magma. En Islande, le magma réchauffe les nappes d’eau souterraine. Cette eau chaude remonte à la surface sous forme de geysers (voir la figure 40). On utilise cette eau pour le chauffage et d’autres besoins quotidiens. L’Islande est en fait une partie émergée de la dorsale médio-atlantique.

Dans certaines îles volcaniques, comme à Tahiti, on trouve des plages de sable noir. Quand la lave rencontre la mer, elle se refroidit brusquement. Cette baisse de température soudaine entraîne la formation de minuscules fragments de lave. Ces fragments sont en fait du basalte, une roche ignée de couleur foncée.

Figure 40

Un geyser d’Islande

Vérifie ce que tu as retenu

ue océanique et une plaque 1. Comment la collision entre une plaq e à un volcan ? continentale peut-elle donner naissanc s’éloignent peuvent donner 2. Explique comment deux plaques qui naissance à un volcan. de la lave ? 3. Qu’est-ce qui distingue le magma

328

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Les séismes : quand la Terre tremble Tremblement de terre, secousse tellurique ou séisme. Ces termes décrivent tous le même phénomène : la croûte terrestre se met à bouger. Ce mouvement est souvent causé par un contact entre deux plaques tectoniques. Au moment du contact, le frottement entre les plaques produit des ondes de choc plus ou moins intenses. Ces ondes de choc, qu’on appelle aussi ondes sismiques, peuvent anéantir des villes entières en quelques secondes (voir la figure 41).

Figure 41 Un tremblement de terre peut causer d’énormes dégâts en quelques secondes

seulement. Après le séisme de 1995, des résidentes et des résidents de Dinar, en Turquie, constatent l’ampleur de la catastrophe.

Ondes sismiques Des ondes qui se propagent dans le sol, dans toutes les directions à partir du point d’origine d’un séisme.

Au Québec, ce n’est pas le contact entre les plaques qui cause la plupart des tremblements de terre. Ces derniers sont généralement provoqués par des fractures, dont plusieurs résultent de l’impact des météorites. Depuis la fonte des glaces, il y a environ 10 000 ans, à la fin de la dernière période glaciaire, le continent se soulève graduellement. Chaque soulèvement produit des secousses telluriques dans les zones les plus faibles, c’est-à-dire celles qui sont le plus fortement fracturées. La région de Charlevoix est particulièrement sujette à ce type de tremblement de terre.

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

329

Les causes des tremblements de terre Sismologues Les scientifiques qui étudient les séismes et la propagation des ondes dans la croûte terrestre.

Les mouvements des plaques tectoniques peuvent déclencher des tremblements de terre. Les sismologues ont classé ces mouvements en trois catégories. D’abord, deux plaques tectoniques peuvent entrer en collision. Ensuite, les plaques peuvent s’éloigner l’une de l’autre. Finalement, elles peuvent glisser l’une contre l’autre (voir le tableau 6). Tableau 6 Les plaques tectoniques et les tremblements de terre

Mouvements des plaques tectoniques

Le 26 décembre 2004, un séisme sous-marin d’une magnitude de 9,0 à l’échelle de Richter s’est déchaîné. Il a engendré un tsunami de 10 mètres de haut. Ce tsunami a frappé principalement l’Indonésie, le Sri Lanka, l’Inde et la Thaïlande. Le bilan des pertes humaines est catastrophique : plus de 230 000 victimes. Il s’agit d’un des cinq tremblements de terre les plus puissants jamais enregistrés. On pense que l’origine de ce séisme se trouve aux frontières de la plaque indo-australienne et de la plaque pacifique. La plaque supérieure se serait déplacée de 20 mètres vers le haut, soit la hauteur d’un immeuble de six étages. C’est ce déplacement qui a permis au tsunami de développer une telle énergie.

Illustration

Caractéristiques des tremblements de terre déclenchés par ce mouvement

Deux plaques tectoniques entrent en collision.

– La pression peut faire plisser la croûte terrestre (formation de montagnes). – Une des plaques peut s’enfoncer sous l’autre (formation de fosses océaniques). – Zone de séismes importants.

Deux plaques tectoniques s’éloignent l’une de l’autre.

– Le magma s’échappe par la faille entre les plaques. – Zone de séismes plutôt superficiels, causant peu de dégâts.

Deux plaques tectoniques glissent l’une contre l’autre.

– Les plaques se déplacent le long d’une faille. – Zone de séismes graves dus au frottement des plaques.

Les trois quarts de la surface terrestre sont recouverts d’eau. La plupart des tremblements de terre se produisent donc sous l’eau. Lorsque cela arrive, il se forme parfois d’énormes vagues qu’on appelle des raz-de-marée. On nomme aussi ces vagues des tsunamis, un mot japonais qui signifie « vague côtière ». Ces vagues se propagent très rapidement. Lorsqu’elles atteignent le plateau continental, elles deviennent de plus en plus hautes. Et lorsqu’elles s’abattent sur la côte, elles peuvent avoir jusqu’à 30 mètres de haut.

330

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Des zones très exposées Certaines régions du globe sont plus exposées que d’autres aux tremblements de terre. Ces régions sont situées le long des plaques tectoniques, dans les zones de grande activité volcanique. Ces zones sont la ceinture de feu du Pacifique, la dorsale médio-atlantique, le contour méditerranéen et la ligne de fracture africaine. La ceinture de feu est une série de volcans qui encerclent l’océan Pacifique. Ces volcans se trouvent à proximité des fosses océaniques (voir les figures 42 et 43).

Au cours des années 1960, plusieurs pays se sont munis de séismographes. L’utilisation de ces appareils a permis de situer avec précision les frontières des plaques tectoniques. C’est là que se produisent la plupart des tremblements de terre.

Figure 42 Cette carte montre les volcans de la ceinture de feu du Pacifique.

u Vérifie ce que tu as reten

ques et entre la tectonique des pla 1. Quel lien peux-tu faire ? les tremblements de terre u tremblement de terre a lie un d an 2. Que se passe-t-il qu sous l’eau ? volcans placement des principaux 3. Une carte montrant l’em t an à une autre carte indiqu ressemblerait beaucoup es les plus importants. l’emplacement des séism zones que ces deux cartes a) Nomme au moins trois auraient en commun. ent des u le lien entre l’emplacem b) Comment expliques-t re ? de t des tremblements ter volcans et l’emplacemen de ts en éristiques des tremblem c) Quelles sont les caract ts en em trois types de mouv terre déclenchés par les ? des plaques tectoniques

Figure 43 Certaines villes sont situées

tout près d’une faille. Elles sont donc plus exposées aux tremblements de terre. San Francisco, Los Angeles et San Diego sont construites le long de la faille de San Andreas, en Californie. SECTION 2

Les phénomènes géologiques

331

L’orogenèse : la formation des montagnes On sait aujourd’hui que la majorité des régions montagneuses les plus « jeunes » se trouvent dans des zones de collision entre les plaques tectoniques. C’est d’ailleurs en connaissant mieux le comportement des plaques qu’on a pu comprendre le processus de formation des montagnes. Ce processus se nomme orogenèse. Quand deux plaques continentales entrent en collision, la croûte terrestre se déforme (voir la figure 44). Elle se plisse et s’élève. Elle donne ainsi naissance à des chaînes de montagnes, comme l’Himalaya ou les Alpes. Une montagne est un relief présentant des pentes raides et une altitude d’au moins 600 mètres. Le plus haut sommet de la Terre atteint 8 850 mètres. Il s’agit du mont Everest, qui se trouve dans l’Himalaya. Les montagnes sont des cibles faciles pour le vent, l’eau, la glace et plusieurs autres facteurs d’érosion. Ces facteurs agissent continuellement sur les montagnes et les transforment à leur tour.

Figure 44 Au cours d’une collision

DO

RS

A

LE

D

E

L’ AT L

AN

TIQUE NORD

entre deux plaques continentales, la croûte terrestre se plisse, donnant naissance à une chaîne de montagnes.

Le mont Royal, le mont Saint-Bruno et le mont Saint-Hilaire font partie des collines Montérégiennes. Les collines Montérégiennes ne sont pas des volcans. Elles se sont formées à la suite d’une intrusion de magma dans la partie supérieure de la croûte terrestre. L’érosion a progressivement fait disparaître le sol qui se trouvait autour et au-dessus de ce magma solidifié.

Vérifie ce que tu as retenu

d’une montagne ? 1. Qu’est-ce qui distingue une colline e d’un volcan ? 2. Qu’est-ce qui distingue une montagn onique des plaques et la formation 3. Quel lien peux-tu faire entre la tect des montagnes ?

332

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

L’érosion Lorsque tu te promènes dans la nature, tu peux avoir l’impression que les paysages que tu vois ne changent jamais. Mais si tu pouvais faire une promenade tous les 5 000 ans, tu remarquerais d’énormes changements. Le déplacement des plaques tectoniques est à l’origine de plusieurs de ces modifications. Il existe cependant une autre force qui transforme le relief terrestre : l’érosion. Les roches, malgré leur dureté, ne sont pas éternelles. Sous l’effet du vent, de l’eau et du gel, elles s’usent et se dégradent. L’érosion afflaiblit et désagrège les roches. Les fragments de roches peuvent demeurer sur place ou être transportés par les glaciers, le vent et les cours d’eau. Ils se déposent ensuite sous forme de sédiments. Le résultat de l’érosion est un aplanissement du relief. En effet, l’érosion tend toujours à diminuer la hauteur des montagnes et à combler les vallées. La figure 45 illustre les trois étapes de l’érosion : 1. La météorisation. Le ruissellement et le cycle gel-dégel fragmentent les roches en surface. 2. Le transport. Les fragments de roches sont emportés par le ruissellement de l’eau et le vent. L’érosion se poursuit par le pouvoir abrasif (qui use la matière) des fragments transportés par l’eau. 3. La sédimentation. Au terme de leurs déplacements, les fragments en suspension dans l’eau et ceux transportés par les glaciers ou par le vent s’accumulent et se compactent au fond de l’océan. Ils s’accumulent aussi dans les vallées et les plaines.

2. Le transport 1. La météorisation

3. La sédimentation

La météorisation se produit de différentes manières. Les principaux agents qui fragmentent les matériaux de surface sont l’eau, le vent et le cycle gel-dégel. L’eau peut agir sous forme liquide ou en tant que glace ou vapeur.

Figure 45 Les trois étapes

de l’érosion

L’érosion est un phénomène naturel, mais son action peut être ralentie par certains facteurs. Par exemple, les racines des végétaux retiennent le sol. Elles le protègent ainsi de la dégradation causée par l’eau de ruissellement et les vents. Il faut donc éviter d’abattre les arbres qui poussent à flanc de montagne, car ils retiennent le sol et empêchent les glissements de terrain. SECTION 2

Les phénomènes géologiques

333

Les catégories d’érosion Les roches qui composent la surface de la Terre subissent l’action de divers facteurs. La faune, la flore et le climat comptent parmi les facteurs d’érosion.

La météorisation biologique Au printemps et à l’automne, l’alternance du gel et du dégel produit des nids-de-poule sur les routes. Ce phénomène est une forme d’érosion. Ces trous dans l’asphalte causent des dommages aux véhicules qui ne peuvent pas les éviter : crevaisons, suspensions brisées, etc.

Ce type de météorisation se fait par l’entremise des organismes vivants tels les animaux et les végétaux. En se décomposant, les organismes vivants libèrent des substances acides qui s’attaquent aux roches. De leur côté, les racines des arbres s’infiltrent dans les fissures des roches et finissent par les briser (voir la figure 46).

Figure 46 Les racines des arbres peuvent

causer la météorisation biologique.

La météorisation mécanique Ce type de météorisation est causé par des variations de température et de pression, ou encore par le vent et l’eau (voir la figure 47). C’est un processus physique qui fragmente la roche mais qui ne modifie pas sa composition chimique.

Figure 47 Les chutes Niagara sont

situées à la frontière entre le Canada et les États-Unis. Chaque année, elles reculent de trois mètres parce que l’eau use la roche.

La météorisation chimique La pluie devient parfois acide en raison de polluants présents dans l’air. Quand cette pluie acide tombe, elle modifie chimiquement certains minéraux du sol (comme le calcaire), ce qui détruit graduellement les roches (voir la figure 48).

Figure 48 Les pluies acides

altèrent la surface des monuments publics.

334

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Une montagne qui prend de l’âge Contrairement à ce qu’on pourrait croire, les montagnes vieillissent. Bien sûr, c’est un vieillissement différent de celui de l’être humain. Mais les montagnes et les humains ont tout de même un point en commun : leur apparence dépend de leur âge. Une jeune montagne présente un sommet élevé et pointu. Une montagne ancienne possède une forme arrondie (voir la figure 49). Les chaînes de montagnes les plus jeunes sont les Alpes, l’Himalaya, les Rocheuses, le Caucase et les Andes. Ce sont des montagnes au relief très marqué, avec des pentes abruptes et des sommets pointus. La majorité d’entre elles continuent de grandir parce que le déplacement des plaques tectoniques qui leur a donné naissance n’est pas terminé. Les Laurentides, les Appalaches et la Cordillère australienne sont de vieilles chaînes de montagnes. Elles ont une forme plus arrondie et plus plane, car elles subissent les effets de l’érosion depuis très longtemps. En fait, les Laurentides ont déjà été aussi élevées que l’Himalaya, il y a de cela des centaines de millions d’années.

Figure 49 Les Laurentides, à gauche, sont formées de montagnes très vieilles :

leurs sommets sont arrondis et peu élevés. Les Rocheuses, à droite, sont beaucoup plus jeunes. Les sommets sont pointus et très élevés.

Vérifie ce que tu as retenu

estre s’il était complètement érodé ? 1. a) De quoi aurait l’air le relief terr soit complètement érodé ? b) Est-il possible qu’un jour le relief , puis décris-les. 2. Nomme les trois étapes de l’érosion de la météorisation ? 3. Quels sont les principaux facteurs ? Si oui, comment peut-on y arriver ? 4. Est-il possible de ralentir l’érosion alaya sont-elles de plus 5. a) Pourquoi les montagnes de l’Him en plus hautes ? de moins en moins hautes ? b) Pourquoi les Laurentides sont-elles SECTION 2

Les phénomènes géologiques

335

Le cycle de l’eau

Précipitations Le retour au sol de l’eau sous diverses formes : pluie, neige, grêle, grésil, verglas et giboulée.

Examine un globe terrestre. Tu constates facilement que la couleur bleue domine. En effet, 75 % de la surface de la Terre est recouverte d’eau. Chaque jour, une grande quantité de molécules d’eau s’évaporent sous l’action des rayons du soleil. Cependant, la quantité totale d’eau sur la Terre et dans l’atmosphère demeure constante. C’est parce que l’eau est constamment recyclée. Toute l’eau qui s’évapore finit par retomber sur le sol sous forme de précipitations à un certain moment. L’eau revient toujours à son point de départ grâce à des changements d’état successifs. C’est ce qu’on appelle le cycle de l’eau (voir la figure 50). L’eau suit un cycle : il n’y a donc pas de début ni de fin. L’eau voyage constamment entre les océans, l’atmosphère et la terre ferme. Cette circulation continuelle de l’eau se divise en quatre grandes étapes :

Les atomes qui forment les molécules d’eau existent depuis des milliards d’années. Tu as bu de l’eau aujourd’hui ? Imagine : cette eau contient peut-être les mêmes atomes que l’eau bue par un dinosaure voulant se rafraîchir il y a 100 millions d’années !

1. L’évaporation permet à l’eau liquide des océans et des autres étendues d’eau de se transformer en vapeur d’eau. L’eau liquide passe ainsi à l’état gazeux. Les organismes vivants, par la respiration et la transpiration, produisent aussi de la vapeur d’eau. On appelle également ce phénomène l’évapotranspiration. Toute cette vapeur d’eau se retrouve dans l’atmosphère. 2. Quand la vapeur d’eau traverse une zone plus froide, elle redevient liquide. C’est la condensation, c’est-à-dire la formation de nuages. Les nuages sont composés de groupes de gouttelettes d’eau. Ces gouttelettes se sont condensées sur des grains de poussière présents dans l’atmosphère. 3. Les minuscules gouttelettes d’eau qui forment les nuages grossissent peu à peu. Elles finissent par devenir trop lourdes pour se maintenir dans l’atmosphère. Elles retombent alors sur le sol sous forme de précipitations. 4. Ensuite, l’eau retourne dans les cours d’eau par ruissellement sur la surface terrestre. L’eau peut aussi s’écouler vers les cours d’eau de façon souterraine, par infiltration.

La condensation

Les précipitations

L’évapotranspiration L’évaporation

Figure 50 L’eau se transforme

continuellement. Elle passe de la surface de la Terre à l’atmosphère dans un cycle sans fin : le cycle de l’eau.

336

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

L’infiltration Le ruissellement

Les pluies acides Le cycle de l’eau permet de purifier l’eau de façon indirecte. En effet, la majeure partie de l’eau qui s’évapore provient des océans, qui sont salés. Pourtant, l’eau de pluie n’est pas salée : elle est douce. Le processus d’évaporation-condensation sépare donc l’eau pure des substances qui y sont dissoutes. Au naturel, l’eau de pluie est légèrement acide à cause du gaz carbonique (CO2) présent dans l’air. Cependant, cette acidité a fortement augmenté au cours du 20e siècle. Cela est dû aux nombreuses activités humaines qui ont perturbé le cycle naturel de l’eau. En effet, divers polluants provenant des industries peuvent s’introduire dans le cycle de l’eau Les gaz polluants à n’importe quelle étape. Ces polluants changent le pH de l’eau (voir L’univers matériel, à la page 190). Des molécules de dioxyde de soufre (SO2) et de divers oxydes d’azote (NOx) s’échappent des usines. Le dioxyde de soufre se mélange à la vapeur d’eau contenue dans l’air. Il se produit alors une réaction chimique qui donne de l’acide sulfurique (H2SO4). C’est pourquoi l’eau devient plus acide. Par la suite, elle retombe au sol sous forme de précipitations acides (voir la figure 51). Les pluies acides sont très nocives pour les écosystèmes. Elles détériorent aussi les matériaux de construction. L’apparence des bâtiments et des monuments s’en trouve souvent modifiée.

Les vents

Les précipitations acides

Figure 51 Une fois que les pluies acides

apparaissent, les gaz polluants font partie du cycle de l’eau.

Vérifie ce que tu as retenu*

d’eau. Commence ton récit au moment 1. Raconte le voyage d’une molécule par évaporation. Termine ton récit au où la molécule s’échappe de l’océan s l’océan. moment où la molécule retourne dan ? nts influent-elles sur le cycle de l’eau 2. Comment les activités des êtres viva t-il l’eau ? 3. Comment le cycle de l’eau purifieenir acide. 4. Explique comment la pluie peut dev l’acidification des précipitations ? 5. Quelles sont les conséquences de epts de vérifier les connaissances sur les conc * Les questions 1, 2 et 3 permettent B. abordés dans les modules du Manuel

qui seront

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

337

Les vents : à la discrétion d’Éole

Dans la mytholo gie grecque, Éole est le dieu des vents. De son nom découl e l’adjectif « éolien » et le no m « éolienne ».

L’air qui nous entoure est continuellement en mouvement. Pendant une chaude journée d’été, tu sais qu’il y a du vent à cause de la fraîcheur qu’il t’apporte. Parfois, en hiver, le vent te transperce à cause de la sensation de froid intense qu’il te fait ressentir. Les vents dominants ne sont pas répartis uniformément à la surface du globe. Deux facteurs expliquent leur répartition particulière : le réchauffement inégal de l’atmosphère (les cellules de convection) et la rotation de la Terre (la force de Coriolis) [voir la page suivante].

Les cellules de convection Vent dominant Le vent qui souffle le plus fréquemment dans une région donnée du globe.

L’air est réchauffé de manière inégale à la surface de la Terre. Cela détermine la circulation générale des masses d’air (voir la figure 52). Prenons par exemple la région de l’équateur. À cet endroit, les rayons du soleil frappent directement le sol. Celui-ci absorbe l’énergie solaire. Cette énergie se dégage ensuite du sol sous forme de chaleur. L’air ambiant se réchauffe, augmente de volume et devient plus léger. Il s’élève en altitude. Cela crée une zone de basse pression (ou dépression) au niveau du sol. De l’air plus frais et donc plus lourd a tendance à venir remplacer l’air dans la zone de basse pression. Ainsi, la masse d’air chaud et la masse d’air frais sont constamment en mouvement. On appelle le mouvement en boucle de ces masses d’air des cellules de convection. C’est une façon d’expliquer la circulation atmosphérique globale.

60° N

30° N

30° S

60° S

Figure 52 Il y a six cellules de

convection à la surface du globe.

338

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

La convection au quotidien La convection joue un rôle dans plusieurs phénomènes. Par exemple, les scientifiques croient que les courants de convection dans le magma contribuent aux mouvements des plaques tectoniques (voir la page 321). À plus petite échelle, on utilise la convection dans les systèmes de chauffage des maisons (voir la figure 53). On s’en sert aussi dans les fours et les cuisinières. C’est en partie à cause de la convection qu’on installe les systèmes de chauffage des maisons dans le sous-sol. L’air chaud s’élève et réchauffe le reste de la maison.

La force de Coriolis

Figure 53 Un courant de convection

Lorsqu’on étudie les vents dominants, on doit aussi considérer la rotation de la Terre. La Terre tourne sur elle-même comme une toupie de l’ouest vers l’est. Cette rotation fait dévier les masses d’air présentes dans l’atmosphère soit vers la droite (dans l’hémisphère Nord), soit vers la gauche (dans l’hémisphère Sud). On a nommé cet effet la force de Coriolis. Gaspard Coriolis était un mathématicien et un physicien français. En 1835, il a montré que les mouvements de l’air changent de direction à cause de la rotation de la Terre. Ce déplacement donne naissance aux vents suivants : • l’alizé, qui souffle de l’est vers l’ouest entre l’équateur et les tropiques ; • le vent d’ouest dominant, qui souffle de l’ouest vers l’est aux latitudes moyennes ; • le vent d’est polaire, qui est dévié vers l’ouest dans les régions polaires (voir la figure 54). Pôle Nord

formé par un système de chauffage résidentiel.

Vents d’est polaires 60° N

Vents d’ouest dominants 30° N

Calmes tropicaux

Alizés du nord-est équateur

Calmes équatoriaux

Alizés du sud-est

30° S

Vents d’ouest dominants 60° S Pôle Sud

Vents d’est polaires

Figure 54 La rotation de la Terre fait dévier les courants atmosphériques, ce qui engendre les vents dominants.

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

339

Les caractéristiques du vent Savais-tu qu’il existe des vents de toutes sortes qui soufflent aux quatre coins de la planète ? Certains sont doux, d’autres sont chauds ou froids. D’autres encore sont secs ou humides. Certains sont réputés pour transporter des poussières. On donne à tous ces vents des noms tels alizé, chinook, mistral, noroît, sirocco, zéphyr, etc.

Les marins ont longtemps estimé la vitesse du vent à l’aide de l’échelle de Beaufort. C’est un amiral anglais, sir Francis Beaufort, qui a mis au point cette échelle en 1806. Elle permet de mesurer la force du vent d’après l’état de la mer. Aujourd’hui, on a adapté l’échelle de Beaufort afin de l’utiliser sur la terre ferme. Cette échelle est graduée de 0 à 12.

De façon générale, le vent peut être caractérisé par deux éléments : la direction et la vitesse. On détermine la direction du vent à l’aide d’une girouette (voir la figure 55). La girouette pointe dans la direction d’où vient le vent (son origine). Quand elle pointe en direction du sud, cela indique que le vent vient du sud et qu’il se dirige vers le nord. Pour que la girouette fonctionne bien, sa partie arrière doit être plus large que sa partie avant. La girouette n’a pas toujours la forme d’une flèche. Elle est le plus souvent munie d’une rose des vents, qui indique les points cardinaux. Figure 55 Une girouette et sa rose des vents indiquent la direction du vent.

On mesure la vitesse du vent à l’aide d’un anémomètre (voir la figure 56). On l’exprime en kilomètres/heure. On peut aussi estimer la vitesse du vent en interprétant l’effet du vent sur certains éléments de l’environnement à l’aide de l’échelle de Beaufort. Figure 56 Un anémomètre indique

la vitesse du vent.

Il existe un instrument qui indique à la fois la force et la direction du vent. Il s’agit de la manche à air (voir la figure 57). On la trouve souvent en bordure des champs ou près des pistes d’atterrissage des aéroports.

Figure 57 Une manche à air mesure

à la fois la force et la direction du vent.

340

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

La brise de mer As-tu déjà remarqué qu’il y a presque toujours une douce brise qui souffle au bord de la mer ? Cette brise est créée par la différence de température entre l’air au-dessus de l’eau et l’air au-dessus de la terre. Par une belle journée ensoleillée, le sable se réchauffe plus rapidement que l’eau. L’air au-dessus du sable est donc plus chaud que l’air au-dessus de la mer. Cet air chaud s’élève alors en altitude. Il est remplacé par l’air frais qui était auparavant au-dessus de la mer. Cet air frais sera à son tour réchauffé. Ce mouvement des masses d’air produit la brise. Cette brise souffle de la mer vers la terre. Comme on nomme les vents d’après leur point d’origine, on l’appelle « brise de mer ».

Les marins se servent du principe des brises pour aller en mer avec leurs bateaux à voile. Les équipages partent souvent avant le lever du soleil. Ils profitent ainsi de la brise de terre qui les pousse vers le large. Plus tard dans la journée, la brise de mer les aidera à rentrer au port.

La brise de terre Le sol se refroidit également plus rapidement que l’eau quand le soleil disparaît. Ainsi, la nuit, l’air au-dessus du sable est plus frais que l’air au-dessus de la mer, ce qui produit un vent qui souffle de la terre vers la mer. C’est ce qu’on appelle la « brise de terre ». La figure 58 permet de comparer la brise de mer et la brise de terre.

La brise de mer est un vent qui souffle de la mer vers la terre durant le jour.

La brise de terre est un vent qui souffle de la terre vers la mer durant la nuit.

Figure 58 La brise de mer et la brise

de terre soufflent dans des directions opposées. SECTION 2

Les phénomènes géologiques

341

Le smog et l’inversion de température Le mot « smog » est formé à partir des mot s anglais smoke (fumée) et fog (brouillard).

Normalement, plus on s’élève dans la troposhère, plus la température se refroidit. Mais ce n’est plus le cas lorsqu’une masse d’air froid se trouve sous une masse d’air chaud. L’air froid, plus lourd, demeure près du sol. L’air chaud qui est au-dessus l’empêche de s’élever et de se disperser. Tout l’air devient donc stable : il ne bouge plus, ce qui est inhabituel. On est en présence du phénomène d’inversion de température à basse altitude (voir la figure 59). Dans les zones industrielles, ce phénomène peut être dangereux. En effet, certains polluants atmosphériques peuvent demeurer emprisonnés dans la masse d’air froid qui se trouve au-dessus du sol. Ces substances peuvent être nuisibles pour l’environnement et les êtres vivants (voir la figure 60, à la page suivante).

Figure 59 Le phénomène d’inversion de température

Quand il y a inversion de température, les polluants atmosphériques restent près du sol. Ils contaminent l’air que nous respirons. Parfois, ils s’associent à la vapeur d’eau. Ils forment alors un nuage de brouillard polluant qu’on appelle le smog. En général, la Terre se réchauffe pendant la journée. La masse d’air froid et ses polluants finissent par se dissiper. Mais si le phénomène d’inversion de température se maintient, le brouillard créé par les particules de poussières emprisonnées dans la masse d’air froid peut s’épaissir. Cela peut causer de graves problèmes de pollution à long terme.

342

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Figure 60 La ville de Montréal sous

un ciel clair (ci-dessus) et couverte de smog (à droite)

Vérifie ce que tu as retenu*

eurs qui expliquent la répartition des 1. Quels sont les deux principaux fact vents dominants sur notre planète ? vection atmosphérique. 2. Trace le schéma d’une cellule de con inant au Québec ? 3. Quelle est la direction du vent dom pte de la force de Coriolis. D’après toi, 4. Les pilotes d’avion doivent tenir com a-t-il un vol d’avion entre le Canada dans quelle direction le vent faciliter ) ou au retour (Paris-Montréal) ? et la France : au départ (Montréal-Paris Pourquoi ? rminer la direction du vent ? 5. a) Quel instrument permet de déte la vitesse du vent ? b) Quel instrument permet de mesurer c) À quoi sert une manche à air ? ent ent que l’eau. Elle se refroidit égalem 6. La terre se réchauffe plus rapidem plus vite que l’eau. ènes conduisent à l’apparition des a) Explique comment ces deux phénom s les régions côtières. brises de mer et des brises de terre dan es de mer et des brises bris des b) Comment les marins se servent-ils de terre pour la navigation à voile ? s nécessaires à la formation du smog. 7. Décris les conditions météorologique * Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

les connaissances sur les concepts qui

seront abordés

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

343

Les manifestations naturelles de l’énergie L’énergie se manifeste de façon naturelle dans notre environnement. Mais l’être humain peut aussi transformer de l’énergie de façon artificielle. L’énergie est différente de la matière parce qu’elle ne possède pas de masse et qu’elle n’occupe aucun volume. On l’étudie à travers ses effets sur la matière. L’énergie peut prendre différentes formes. On distingue entre autres : • l’énergie cinétique ; • l’énergie chimique ; • l’énergie potentielle ; • l’énergie nucléaire ou atomique ; • l’énergie thermique ; • l’énergie rayonnante. Pour améliorer son confort, l’être humain a tenté de reproduire ces formes d’énergie naturelles. Le tableau 7 décrit chacune de ces formes d’énergie. Il donne aussi des exemples de manifestations naturelles ou artificielles de chaque forme d’énergie.

La « Balancing Rock », à Long Island, près de Tiverton, en Nouvelle-Écosse, est un spectaculaire exemple d’énergie potentielle emmagasinée dans un rocher

344

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Tableau 7 Les formes d’énergie et leurs manifestations naturelles ou artificielles

Forme d’énergie

Description

Exemples

Énergie potentielle

L’énergie emmagasinée dans un objet en raison de sa position au-dessus de la surface de la Terre.

Énergie cinétique (ou de mouvement)

L’énergie d’un objet en mouvement.

Manifestation naturelle – Aussi longtemps qu’une roche au sommet d’une montagne ne bouge pas, elle possède de l’énergie potentielle. – Lorsque le vent la pousse et qu’elle descend la pente, la roche libère de l’énergie cinétique. – Plus la pente est haute, plus la quantité d’énergie cinétique libérée est grande. Manifestation artificielle – Les ascenseurs – L’énergie accumulée dans un ressort qu’on a comprimé

Énergie thermique (ou chaleur)

L’énergie générée par le mouvement (l’agitation) des particules qui composent la matière (voir L’univers matériel, page 181). – Plus l’agitation des particules est intense, plus l’énergie thermique est grande. – Plus l’agitation des particules est faible, plus l’objet est froid.

Manifestation naturelle – Les geysers et les sources d’eau chaude naturelles

L’énergie emmagasinée dans la matière. – Cette énergie est libérée quand des produits réagissent ensemble. Alors, des liens entre les atomes se brisent et il se forme de nouvelles substances.

Manifestation naturelle Au cours de la respiration cellulaire, les cellules des organismes vivants transforment les sucres et utilisent l’énergie ainsi libérée.

L’énergie très puissante libérée quand des atomes se désintègrent ou fusionnent. – Cette énergie est emmagasinée dans le noyau des atomes.

Manifestation naturelle De l’énergie nucléaire est produite dans le centre du Soleil par la fusion des noyaux d’hydrogène. Les autres étoiles produisent de l’énergie nucléaire de façon semblable.

Énergie chimique

Énergie nucléaire (ou énergie atomique)

Manifestation artificielle Dans les pays nordiques, on produit de la chaleur en hiver grâce aux systèmes de chauffage.

Manifestations artificielles – Les feux d’artifice – Les sacs gonflables des voitures

Manifestations artificielles – Les innovations dans le domaine de la médecine nucléaire – La bombe atomique Énergie rayonnante

L’énergie transmise par des ondes électromagnétiques (voir la page 354). – Elle peut être absorbée et réfléchie par des objets. – Une partie de cette énergie nous permet de voir les objets (c’est la lumière visible).

Manifestations naturelles – La lumière du soleil – Des animaux aussi petits que des lucioles fabriquent de la lumière. Manifestations artificielles – L’électricité et les ampoules électriques – Les fours à micro-ondes – Les téléphones portables

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

345

Les sources d’énergie sont-elles inépuisables ?

Soleil, vent 2,3 %

Les sources d’énergie sont des matières premières ou des phénomènes naturels. On classe les sources d’énergie selon qu’elles sont renouvelables ou non renouvelables. Les sources d’énergie non renouvelables, tels le pétrole ou le charbon, ne se régénèrent pas une fois utilisées. Les sources d’énergie renouvelables, tels le soleil ou le vent, ne peuvent pas s’épuiser. Il y en aura tant que le soleil sera là.

Atome 4,5 % Eau 5,8 %

Dans leur gestion des ressources énergétiques, les êtres humains sont aux prises avec un problème majeur. Les réserves d’énergie non renouvelables diminuent tandis que leur consommation augmente. Certains scientifiques prévoient qu’en 2010 la demande de pétrole pourra dépasser la Pétrole capacité des industries pétrolières de fournir ce combustible. En une 31,8 % centaine d’années, nous aurons réussi à épuiser le pétrole que la nature a mis 100 millions d’années à produire. Il faut donc encourager le développement et l’utilisation des énergies renouvelables. Charbon Les tableaux 8 et 9 présentent les différentes sources d’énergie 26,1 % renouvelables et non renouvelables.

Biomasse 10,2 % Gaz naturel 19,3 %

La consommation d’énergie selon les sources

Tableau 8 Les sources d’énergies non renouvelables

Source d’énergie et description Combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel)

Forme d’énergie

Avantages

Énergie thermique Installations simples

– Cette énergie est plutôt polluante (la pollution varie selon le combustible utilisé). – Elle rend les précipitations acides. – Elle libère des gaz à effet de serre et contribue ainsi au réchauffement de la planète. – Elle utilise des ressources qui mettent des millions d’années à se former.

Énergie nucléaire

– Génère des déchets qui restent radioactifs pendant des milliers d’années. – Permet de concevoir des armes très destructrices.

– Les réserves sont difficiles à atteindre. – Les réserves sont réparties inégalement à la surface de la Terre. Uranium (entre autres) – L’uranium se trouve dans un grand nombre de roches mais en petites quantités. – L’exploitation est délicate et coûte très cher.

346

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Désavantages

– Production d’une grande quantité d’énergie. – Cette énergie ne pollue pas l’atmosphère. – Cette énergie a des applications variées.

Tableau 9 Les sources d’énergies renouvelables

Source d’énergie et description Eau

Forme d’énergie

Avantages

Énergie hydraulique

– – – –

Énergie éolienne

– Cette énergie a peu d’effets sur l’environnement. – On peut démonter les éoliennes, et le paysage retrouvera son allure initiale. – On peut installer des éoliennes aussi bien en mer que sur la terre.

– Il y a peu de régions où les vents sont assez forts et réguliers. – Cette source d’énergie est irrégulière, car le vent ne souffle pas toujours. – Les éoliennes sont exposées aux intempéries et peuvent tomber en panne. – On doit disposer de sources d’énergie d’appoint. – Les hauts mâts des éoliennes défigurent le paysage. – Les éoliennes peuvent causer des malaises aux personnes qui les regardent fixement.

Énergie géothermique

– Cette énergie ne contribue pas à la production de gaz à effet de serre. – Faibles coûts de fonctionnement – Cette énergie donne de l’air chaud l’hiver et de l’air frais l’été (pompe à chaleur).

– On peut utiliser cette énergie seulement dans certains endroits. – Coût élevé des installations – Cette énergie ne se transporte pas facilement.

– Mouvement des marées

Énergie marémotrice

– Énergie toujours disponible – Cette énergie permet la conservation des ressources. – Faibles coûts de fonctionnement

– La construction des installations exige qu’on inonde de grands espaces (pertes d’habitats). – Les installations ne fonctionnent pas toute la journée.

Soleil

Énergie solaire

– Cette énergie permet d’économiser les formes d’énergie non renouvelables. – Énergie non polluante – Faibles coûts de fonctionnement – De petites installations peuvent alimenter une piscine, un bateau, etc.

– Cette source d’énergie est irrégulière, car il ne fait pas toujours soleil. – On doit avoir des sources d’énergie d’appoint. – Faible rendement énergétique – Coûts de production élevés

Énergie thermique

– Énergie renouvelable à l’infini – Cette énergie produit peu de gaz à effet de serre. – Valorisation des résidus forestiers, agricoles et urbains

La combustion du bois pourrait avoir plus d’effets négatifs sur l’environnement qu’on le prévoyait.

– Pression engendrée par une chute d’eau

Vent – Force du vent

Croûte terrestre – Extraction de la chaleur interne du sol – Geysers et sources d’eau chaude Marée

– Énergie rayonnante du soleil – Lumière artificielle

Biomasse (bois, fumier, déchets agricoles, biogaz) – Valorisation des déchets

Énergie peu polluante Faibles coûts de fonctionnement Source d’énergie très fiable Les installations ont une longue durée de vie.

Désavantages – Installations de grande taille – Coût élevé des installations – Les installations exigent qu’on inonde de grands espaces (pertes d’habitats). – La construction des installations nuit à la biodiversité et aux populations locales.

Vérifie ce que tu as retenu

est une source d’énergie 1. Indique si chacun des objets suivants ique, nucléaire ou rayonnante. potentielle, cinétique, thermique, chim l radio a) Des piles pour alimenter un apparei b) Une bombe atomique c) Une pomme dans un pommier d) Une pomme qui tombe par terre. e) Une pomme que l’on mange. pieds f) Un radiateur pour se réchauffer les s fossiles sont des sources 2. Pourquoi dit-on que les combustible d’énergie non renouvelables ? ires fournissent une énergie 3. Les éoliennes et les panneaux sola répandus ? peu si renouvelable. Pourquoi sont-ils

La biomasse constitue probablement la ressource énergétique la plus ancienne. On peut en tirer des combustibles tels le bois, le fumier, les déchets agricoles et les biogaz. Elle demeure la principale source d’énergie pour plus de la moitié des gens sur Terre.

SECTION 2

Les phénomènes géologiques

347

SECTION

3

Les phénomènes astronomiques La lumière

p. 349

La loi de la gravitation universelle p. 355

Les propriétés de la lumière

p. 350

La Terre et l’espace

2 Les phénomènes géologiques

SECTION

3 Les phénomènes astronomiques

SECTION

La Terre

p. 363

La lumière blanche et ses secrets p. 352

p. 356

SECTION

La naissance du système solaire p. 356

p. 352

Le spectre électromagnétique p. 354

Le Soleil

1 Les caractéristiques générales de la Terre

Une question de couleur

La valse des planètes

p. 357

Les satellites naturels

p. 361

Les comètes

p. 361

La rotation terrestre

p. 363

La révolution terrestre

p. 364

Les aurores polaires

p. 367

Les planètes telluriques

p. 358

Les planètes géantes

p. 359

Pluton, la différente

p. 360

Pourquoi fait-il chaud à l’équateur et froid aux pôles ? p. 366 Les chutes de météorites et d’astéroïdes p. 369

Les météorites

Les phases de la Lune La Lune

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Les effets des chutes de météorites et d’astéroïdes p. 369 Les étoiles filantes

p. 370

Les éclipses solaires

p. 374

Les éclipses lunaires

p. 375

p. 373

p. 372 Les éclipses

348

p. 368

p. 374

SURVOL

Quand le ciel nous joue des tours As-tu l’impression que le soleil traverse le ciel durant le jour ? Penses-tu que, pendant la nuit, les étoiles se déplacent ? Tes sens peuvent te faire croire que la Terre est immobile et que c’est le ciel qui tourne. Pourtant, l’être humain vit sur une planète, la Terre, qui poursuit son chemin dans l’Univers tel un immense vaisseau spatial.

La lumière Au centre de notre système solaire, il y a une grosse boule de gaz : le Soleil. Cette étoile émet une grande quantité d’énergie sous forme de rayonnements de toutes sortes. Une des formes de ce rayonnement te permet de voir les objets qui t’entourent : c’est la lumière solaire. La lumière solaire est essentielle à la vie sur la Terre. Elle est absorbée par les plantes. Elle leur permet de fabriquer de la nourriture au cours de la photosynthèse (voir L’univers vivant, à la page 288). L’alternance du jour et de la nuit détermine les périodes de sommeil des humains et des animaux. Les variations de la durée du jour règlent plusieurs phénomènes, dont la migration et la reproduction de certains animaux. La plus grande source de lumière naturelle est le Soleil. Cependant, la Terre absorbe environ la moitié de la lumière solaire qu’elle reçoit. Le reste est dispersé dans l’espace ou réfléchi par la surface terrestre (voir la figure 61).

Rayonnement absorbé par :

Le rayonnement solaire qui entre dans l’atmosphère terrestre (100 %)

La lumière voyage à la vitesse de 300 000 km/s. C’est la plus grande vitesse connue. En fait, c’est la vitesse maximale qu’un objet peut atteindre selon la théorie de la relativité d’Einstein. Pourquoi est-il impossible d’aller plus vite que la lumière ? Parce qu’à mesure qu’on se rapproche de cette vitesse, des phénomènes étranges se produisent. Par exemple, la masse augmente et le temps ralentit. Il est donc de plus en plus difficile d’accélérer.

Rayonnement réfléchi par : l’air (6 %)

l’air (16 %)

les nuages (20 %) les nuages (4 %)

le sol (4 %)

le sol (50 %) Figure 61 Parmi tous les rayons solaires qui atteignent l’atmosphère, seulement la moitié se rend au sol et y est absorbée.

SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

349

Les propriétés de la lumière La lumière est une forme d’énergie. Elle peut être d’origine naturelle ou artificielle. Le Soleil est la principale source de lumière naturelle. L’être humain est capable de fabriquer des sources de lumière artificielle, par exemple les ampoules électriques. La plupart des objets qui nous entourent ne sont pas des sources de lumière. Ils ont cependant la capacité de réfléchir ou d’absorber la lumière qu’ils reçoivent. Un objet qui absorbe la lumière emmagasine de l’énergie. Il peut ensuite émettre cette énergie sous une autre forme. L’énergie lumineuse peut ainsi se transformer en énergie thermique (la chaleur), en énergie mécanique (le mouvement), en énergie électrique ou en énergie chimique (voir le tableau 7, à la page 345, et L’univers technologique, à la page 402). La quantité d’énergie qui peut être absorbée par un objet dépend de l’intensité de la lumière et de la nature de l’objet. Plus l’intensité de la lumière est grande, plus la surface absorbera d’énergie. Par exemple, par un bel après-midi d’été, en plein soleil, les balcons de métal de certains immeubles peuvent devenir très chauds au toucher. Par contre, dès que des nuages atténuent la lumière du soleil, ils refroidissent. Au cinéma, lorsqu’une personne de grande taille vient s’asseoir devant toi, il y a une partie de l’écran qui est cachée. C’est parce que la lumière voyage en ligne droite à partir de sa source (voir la figure 62). Quand elle rencontre un obstacle, il peut se passer trois choses. La lumière peut être arrêtée par l’obstacle. Elle peut aussi le traverser presque complètement ou le traverser dans une faible mesure.

Figure 62 Les objets et les personnes projettent une ombre parce que la lumière voyage

en ligne droite. Elle ne peut pas contourner les obstacles qu’elle rencontre.

350

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Voici ce qui se produit dans chacun de ces trois cas : • L’obstacle est opaque, c’est-à-dire qu’on ne peut pas voir à travers (par exemple une personne, du bois, de la brique). Dans ce cas, la lumière ne passe pas du tout : elle est bloquée par l’obstacle. Derrière cet obstacle, une ombre se forme. • L’obstacle est transparent, c’est-à-dire qu’on peut voir à travers (par exemple du verre, de l’air, de l’eau). Dans ce cas, la lumière traverse l’obstacle presque complètement. • L’obstacle est translucide, c’est-à-dire que la lumière passe à travers mais qu’on ne voit pas de l’autre côté (par exemple du papier ciré, un tissu mince). Dans ce cas, une partie seulement de la lumière traverse l’obstacle. L’autre partie est bloquée (voir la figure 63). Opaque

p Trans

arent

Trans lu

cide

Figure 63 La lumière voyage

en ligne droite.

Dans le tableau 10, tu peux voir ce qui arrive à la lumière quand elle frappe différentes surfaces. Tableau 10 Le comportement de la lumière lorsqu’elle frappe différentes surfaces

Type de surface Opaques Rugueuses et sombres, par exemple un mur noir

Absorption

Réflexion

Ces surfaces absorbent la plus grande partie de la lumière. Elles émettent la lumière absorbée sous une autre forme d’énergie, par exemple la chaleur.

Ces surfaces réfléchissent une petite partie de la lumière dans de multiples directions (dispersion de la lumière).

Ces surfaces absorbent une petite partie de la lumière.

Ces surfaces réfléchissent la plus grande partie de la lumière.

Transparentes

La lumière traverse presque complètement ces surfaces.

Ces surfaces réfléchissent une petite partie de la lumière.

Translucides

La lumière traverse ces surfaces en partie. Une certaine quantité est absorbée.

Ces surfaces réfléchissent la lumière en partie.

Lisses ou claires, par exemple un mur blanc ou un miroir

SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

351

Une question de couleur Qu’arrive-t-il à la lumière lorsqu’elle frappe un obstacle opaque ? Tous les objets opaques réfléchissent une partie de la lumière qui les frappe. Ils absorbent le reste. Les objets de couleur foncée réfléchissent peu la lumière. Ils en absorbent la plus grande partie. Généralement, ils émettent ensuite l’énergie absorbée sous forme de chaleur. On appelle ce phénomène l’effet de corps noir. Cela explique pourquoi, en été, tu as plus chaud si tu portes des vêtements foncés. Tu peux aussi constater que l’asphalte devient très chaud en plein soleil. D’autre part, c’est aussi à cause de ce phénomène que les objets foncés sont difficiles à voir la nuit. Les objets de couleur pâle réfléchissent la majeure partie de la lumière qui les frappe. Ils absorbent peu de lumière et en transforment donc peu en chaleur (voir la figure 64).

Figure 64 Les couleurs foncées ont

tendance à absorber la lumière. Les couleurs pâles vont plutôt réfléchir la lumière. La photo montre un lémur de Madagascar.

La lumière blanche et ses secrets La lumière solaire est blanche. Il existe aussi de la lumière blanche artificielle. Plusieurs personnes croient que la lumière blanche ne possède aucune couleur et qu’il faut lui ajouter quelque chose pour la colorer. Qu’en penses-tu ? Crois-tu qu’en faisant passer un faisceau de lumière blanche à travers un filtre rouge, tu lui donnes la couleur rouge ? Eh bien non, c’est faux ! En 1666, Isaac Newton a démontré que la lumière blanche était en fait un mélange de différentes couleurs. Newton a fait passer un faisceau de lumière blanche à travers un prisme triangulaire en verre. Il a alors remarqué que la lumière blanche se séparait en plusieurs faisceaux colorés de l’autre côté du prisme (voir la figure 65, à la page suivante). Il en a déduit que la couleur de la lumière blanche résultait du mélange de toutes les autres couleurs (voir la figure 67, à la page suivante).

352

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Un prisme triangulaire

La lumière blanche

Figure 65 Newton a utilisé un prisme triangulaire pour séparer la lumière blanche en

différentes couleurs. Il a ainsi démontré que c’est l’addition de toutes ces couleurs qui produit la lumière blanche.

Reprenons l’exemple du filtre rouge. En réalité, ce filtre n’ajoute pas la couleur rouge à la lumière blanche. Il bloque plutôt toutes les autres couleurs et ne laisse passer que le rouge. On peut donc dire qu’au lieu d’ajouter du rouge à la lumière blanche, le filtre enlève plutôt toutes les autres couleurs. La série de couleurs contenue dans la lumière blanche s’appelle le spectre visible des couleurs. Dans le spectre visible, les couleurs passent du rouge à l’orange, au jaune, au vert, au bleu, à l’indigo, puis au violet. Comme tu peux le constater, ce sont les couleurs de l’arc-en-ciel (voir la figure 66).

Figure 66 L’arc-en-ciel est un bon

exemple du spectre visible des couleurs du soleil.

Le rouge

Le jaune

Le magenta Le blanc

Le vert

Le cyan

Le bleu

Figure 67 Plus on ajoute

de couleurs, plus la lumière est claire. Lorsque toutes les couleurs sont présentes, la lumière est blanche. SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

353

Le spectre électromagnétique La lumière blanche n’est pas le seul rayonnement émis par le Soleil. Ce n’est qu’à la fin du 19e siècle que les scientifiques ont découvert ce phénomène. Ils Tableau 11 Le rayonnement émis par le Soleil ont appelé l’ensemble du rayonnement énergétique du Soleil le spectre électromagnétique (voir la figure 68). Parmi Forme d’énergie Caractéristiques ce spectre, l’œil de l’être humain ne Ondes radio Un rayonnement électromagnétique de très grande longueur d’onde. Ces ondes perçoit que la partie appelée lumière sont aussi produites par des nuages de gaz et des objets célestes relativement froids. visible. Mais certains insectes peuvent Micro-ondes Un rayonnement de grande longueur d’onde. voir les rayons ultraviolets et certains serRayons infrarouges Un rayonnement électromagnétique d’une longueur d’onde tout juste supérieure à pents perçoivent les rayons infrarouges. celle de la lumière visible. L’être humain perçoit ce rayonnement comme de la chaleur. Le tableau 11 présente l’ensemble des Lumière visible La partie du spectre que l’être humain peut voir. différents rayonnements émis par le Soleil. Rayons ultraviolets Un rayonnement électromagnétique d’une longueur d’onde tout juste inférieure à celle de la lumière visible. Les rayons ultraviolets (UV) peuvent causer le cancer de la peau. Rayons X

Un rayonnement de courte longueur d’onde. Ces rayons sont produits par les gaz chauds des nuages et des étoiles, de même qu’autour des trous noirs.

Rayons gamma

Un rayonnement de très courte longueur d’onde. Ces rayons sont aussi émis par les objets célestes les plus énergétiques de l’Univers.

Les ondes radio

Les micro-ondes

Les rayons infrarouges

La Les lumière rayons visible ultraviolets

Les rayons X

Les rayons gamma

Figure 68 Le spectre électromagnétique

Vérifie ce que tu as retenu

? ire est indispensable à la vie sur Terre 1. Pourquoi dit-on que la lumière sola t rme que s’il fait froid en hiver, c’es 2. Deux personnes discutent. L’une affi faibles en hiver qu’en été. L’autre parce que les rayons du soleil sont plus rayons solaires sont réfléchis par la prétend que c’est plutôt parce que les Quel est ton avis sur cette question ? neige au lieu d’être absorbés par le sol. tion de la lumière et la réflexion de 3. Quelle est la différence entre l’absorp la lumière ? ta réponse à l’aide d’un schéma. 4. Qu’est-ce qu’une ombre ? Explique ontrer que la couleur de la lumière 5. Comment t’y prendrais-tu pour dém plusieurs couleurs ? blanche est en réalité un mélange de agnétique ? 6. a) Qu’est-ce que le spectre électrom ? b) Qu’est-ce qu’une lumière invisible sible. invi ière lum de ples exem x c) Donne deu

354

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

La loi de la gravitation universelle Si tu tiens un objet dans ta main et que tu le laisse tomber, il tombe vers le sol. Isaac Newton a réussi à expliquer pourquoi il en est ainsi (voir la figure 69). En 1687, Newton a découvert comment une force invisible attire les objets vers le centre de la Terre. Il a élaboré la loi de la gravitation universelle. Selon cette loi, tous les objets de l’Univers s’attirent mutuellement. La grandeur de cette attraction dépend de la masse de ces objets et de la distance qui les sépare. Tous les objets qui ont une masse, si petite soit-elle, sont donc soumis à la gravité. Sur la Terre, la gravité correspond au poids d’un objet. Le poids est la force d’attraction que la Terre exerce sur un objet. Attention ! Il ne faut pas confondre le poids et la masse. Le poids est une force qui agit sur un corps. Quant à la masse, c’est la quantité de matière contenue dans un corps (voir L’univers matériel, à la page 182). La gravité se manifeste de différentes façons. C’est elle qui maintient la Terre en orbite autour du Soleil et c’est elle qui nous maintient au sol. C’est aussi elle qui regroupe les étoiles qui forment les galaxies. La gravité à la surface d’une planète (ou de ses satellites naturels, telle la Lune) dépend de la masse de cette planète et de son rayon. Par exemple, à la surface de la Lune, la gravité est six fois plus faible que sur la Terre. Cela explique que les astronautes peuvent bondir comme des kangourous lorsqu’ils marchent sur la Lune. En fait, leur poids y est six fois moins grand que sur la Terre, même si leur masse n’a pas changé.

Figure 69 Newton n’a probablement

jamais reçu de pomme sur la tête. Mais c’est tout de même en s’interrogeant sur des phénomènes comme la chute d’une pomme et le mouvement de la Lune qu’il a découvert la loi de la gravitation universelle.

La Terre est attirée vers la Lune, tout comme la Lune est attirée vers la Terre.

Vérifie ce que tu as retenu . Lesquels ? 1. La gravité dépend de deux facteurs ou faux ? Explique ta réponse. 2. La Terre est attirée par la Lune. Vrai SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

355

La naissance du système solaire

Astéroïde Un petit objet céleste. Son diamètre ne mesure pas plus de quelques centaines de kilomètres.

L’UNIVERS DANS LE TEMPS

t Il y a 12 à 14 milliards d’années Le big-bang

t 0,000 001 seconde après le big-bang

Il y a environ cinq milliards d’années, notre système solaire n’existait pas encore. À sa place, il y avait un immense nuage de poussière et de gaz (voir la figure 70). Ce nuage aurait commencé à s’aplatir et à tourner sur lui-même à la suite de l’explosion d’une grosse étoile à proximité. Une partie des débris provenant de cette explosion se seraient agglutinés en une masse centrale. Cette masse a par la suite accumulé suffisamment de chaleur pour devenir une étoile. Notre Soleil venait de naître. D’autres débris se sont regroupés ensuite pour former les planètes de notre système solaire actuel. En même temps, d’autres débris ont constitué les satellites naturels des planètes, les comètes et les astéroïdes.

Figure 70 Avant sa naissance,

il y a environ cinq milliards d’années, notre système solaire était un immense nuage de poussière et de gaz.

Formation des particules élémentaires

t Trois minutes après le big-bang Formation des noyaux atomiques

t 300 000 ans après le big-bang Formation des atomes

t Un milliard d’années après le big-bang Formation des galaxies

t Il y a cinq milliards d’années Formation du système solaire

Le Soleil Le Soleil est l’étoile la plus proche de la Terre. C’est une énorme boule de gaz constituée principalement d’hydrogène (H) et d’hélium (He). Sa température est extrêmement élevée : 5 770 °C en surface et 15 millions de °C au centre. Sa masse énorme est 333 000 fois plus grande que celle de la Terre. Sa gravité en surface est 28 fois plus importante que celle de la Terre. Malgré tout, le Soleil est une étoile ordinaire, c’est-à-dire très semblable aux autres étoiles de notre galaxie (voir la figure 71).

Galaxie Un regroupement d’étoiles et de différents astres. Le Soleil fait partie d’une galaxie appelée Voie lactée.

Figure 71 Le Soleil est

une étoile.

356

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Le Soleil se comporte comme un immense réacteur nucléaire. Son centre dégage une très grande quantité d’énergie et la température y atteint 15 millions de degrés Celsius. On estime que le Soleil a dépensé jusqu’à maintenant environ la moitié de ses réserves d’énergie. Autrement dit, dans environ cinq milliards d’années, les réserves d’hydrogène du Soleil commenceront à manquer. Le diamètre du Soleil augmentera alors jusqu’à englober la Terre. La température de notre planète atteindra plus de 2 000 °C et toute forme de vie disparaîtra. Puis, peu à peu, le Soleil se refroidira et s’éteindra.

Réacteur nucléaire Un système dans lequel se produisent des réactions de fusion nucléaire. La fusion des atomes d’hydrogène est la principale source d’énergie du Soleil.

La valse des planètes Notre système solaire est principalement formé par le Soleil et les neuf planètes qui gravitent autour de lui. Les satellites naturels, les comètes et les astéroïdes font également partie du système solaire. C’est à cause de la gravité que les neuf planètes suivent des trajectoires en forme d’ellipse (cercle légèrement aplati) autour du Soleil. Ces trajectoires s’appellent des orbites. La ceinture d’astéroïdes qui se trouve entre Mars et Jupiter permet de séparer le système solaire en deux parties (voir la figure 72). La première partie est située entre le Soleil et la ceinture d’astéroïdes. Elle comprend les planètes denses et solides : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. On les appelle les planètes telluriques. La seconde partie est située entre la ceinture d’astéroïdes et la limite extérieure du système solaire. Elle comporte les planètes géantes et gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. La lointaine Pluton échappe à cette classification, car elle possède des caractéristiques très différentes.

Voici un truc pour te souvenir de l’ordre des planètes à partir du Soleil. Retiens la phrase suivante : « Mon vieux, tu m’as jeté sur une nouvelle planète. » La première lettre de chaque mot correspond à celle des noms des planètes, soit : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton. Le « a » du verbe « as » indique même l’emplacement de la ceinture d’astéroïdes.

L’orbite de Vénus

L’orbite de Pluton

La ceinture d’astéroïdes L’orbite de Neptune L’orbite de la Terre

L’orbite de Mercure L’orbite d’Uranus

L’orbite de Saturne L’orbite de Jupiter

L’orbite de Mars

Figure 72 Les orbites des neuf planètes du système solaire et la ceinture d’astéroïdes,

entre Mars et Jupiter SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

357

Les planètes telluriques Les quatre planètes les plus proches du Soleil sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Ce sont les planètes telluriques. Elles se ressemblent parce qu’elles sont petites, denses et composées principalement de roches (voir le tableau 12).

du Le mot « tellurique » vient re ». ter « latin tellus, qui signifie tes Comme la Terre, les planè telluriques sont formées de roches et non de gaz, une caractéristique des planètes géantes.

Tableau 12 Les quatre planètes telluriques

Planète Mercure

Sedna

Vénus

de 1 300 à 1 700 km de diamètre

2 300 km

La Lune

3 470 km

La Terre

La Terre et l’espace

C’est la plus grosse des planètes telluriques. La Terre est entourée d’une mince couche de gaz parsemée de nuages blancs. Elle est solide, mais 75 % de sa surface est recouverte d’eau. C’est la seule planète qui possède de l’eau liquide en surface. C’est aussi la seule planète connue qui présente des formes de vie. Selon une théorie, il semble que la Terre aurait continué à être bombardée par des météorites après sa formation. Une importante collision lui aurait fait perdre une énorme masse de débris. Ceux-ci se seraient regroupés pour former l’unique satellite naturel de la Terre : la Lune.

H I STO I R E

L’ENCYCLO

Elle possède une épaisse atmosphère composée de gaz carbonique, ce qui la soumet à un énorme effet de serre. La chaleur peut atteindre 477 °C.

12 750 km

Le 14 novembre 2003, au mont Palomar (en Californie, aux États-Unis), Michael E. Brown et son équipe observent le ciel. Ils remarquent un petit point faiblement lumineux, se déplaçant très lentement dans la constellation de la Baleine. Seraitce la dixième planète de notre système solaire ? Cet objet lumineux ne semble guère différent de Pluton. C’est un corps sphérique, rouge, en orbite autour du Soleil. Il possède peut-être même un satellite. Ses découvreurs l’ont nommé Sedna, en hommage à une déesse inuite qui vit dans les profondeurs glacées de l’océan. En effet, la température de Sedna n’excède probablement pas –240 °C. Sedna est-elle une planète ou un astéroïde ? Le débat ne fait que commencer !

358

C’est la seule planète qui ne possède pas d’atmosphère. Elle est trop petite et trop chaude pour retenir une atmosphère. Cela explique probablement qu’elle soit criblée de cratères produits par les météorites. En effet, ces derniers ne peuvent pas être détruits par le frottement de l’atmosphère avant d’atteindre sa surface.

La Terre

SC I E N T I F I Q U E

Pluton

Caractéristiques

Mars

On la surnomme la planète rouge à cause de la rouille qui la recouvre. Sa température est basse (–63 °C en moyenne) et son atmosphère est composée à 95 % de gaz carbonique. On croit qu’il y a déjà eu sur Mars une importante activité volcanique et qu’il y a déjà eu de l’eau à sa surface. Elle a peut-être déjà connu des conditions favorables à la vie (les dernières explorations n’ont pas permis de le confirmer).

Les planètes géantes Les planètes géantes sont très différentes des planètes telluriques. Les géantes gazeuses sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Comme le Soleil, leur atmosphère est principalement composée de dihydrogène et d’hélium. Chose surprenante, ces planètes ne possèdent pas de surface solide. Comme elles n’ont pas de sol, aucun vaisseau spatial ne pourrait s’y poser (voir le tableau 13).

Jupiter

t Antiquité On pensait qu’il existait sept « planètes » : Mercure, Vénus, le Soleil, la Lune, Mars, Saturne et Jupiter.

t 200 avant Jésus-Christ

Tableau 13 Les quatre planètes géantes

Planète

LA DÉCOUVERTE DU SYSTÈME SOLAIRE DANS LE TEMPS

Caractéristiques C’est la plus grosse planète du système solaire. Son diamètre est presque 11 fois plus grand que celui de la Terre. Elle est composée principalement de dihydrogène. Sa surface comporte des bandes gazeuses colorées qui se modifient sans cesse.

Les Grecs découvrent que la Terre est ronde.

t 16e siècle Nicolas Copernic affirme que les planètes tournent autour du Soleil.

t 1781 Découverte d’Uranus

t 1846 Découverte de Neptune

t 1930 Découverte de Pluton Saturne

Uranus

Neptune

Elle est entourée d’immenses anneaux faits de roches et de glace. Comme Saturne est moins dense que l’eau, elle flotterait si on pouvait la plonger dans un immense océan. Elle est aussi très colorée.

La couleur bleu-vert de cette planète résulte de la composition gazeuse de son atmosphère. Celle-ci est faite de dihydrogène, d’hélium et de méthane. Uranus possède également de fins anneaux à base de carbone. Cette planète est invisible à l’œil nu. C’est la première à avoir été découverte à l’aide d’un télescope.

t 1961 Le russe Iouri Gagarine est le premier humain à aller dans l’espace.

t 1969 L’américain Neil Armstrong est le premier humain à poser le pied sur la Lune.

On dit souvent que c’est la jumelle d’Uranus. Elle possède cependant une atmosphère plus riche en méthane, ce qui lui donne l’apparence d’une grosse sphère bleue. C’est l’Allemand Johann Galle qui a découvert Neptune, en 1846.

SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

359

Soleil

Jupiter Saturne Mercure Vénus

Uranus

Terre

Neptune Pluton

Mars

Ce schéma montre la taille des neuf planètes du système solaire par rapport au Soleil. Les distances entre les planètes ne sont pas à l’échelle. Les anneaux des planètes géantes ne sont pas représentés.

Pluton, la différente Pluton est la planète la plus éloignée du système solaire et la dernière qu’on a découverte (voir la figure 73). C’est un cas à part. Étant donné son éloignement, on connaît très peu de choses sur cette planète. On sait qu’elle est différente des autres planètes. On suppose qu’elle est constituée d’un mélange de roches, de glace et de gaz solidifiés. Elle est plus petite que la Lune et elle est très froide (–223 °C). Certains astronomes croient que Pluton est un gros astéroïde et non une planète.

Figure 73 La lointaine planète Pluton, photographiée par le téléscope spatial américain Hubble

360

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Le tableau 14 présente quelques caractéristiques des neuf planètes du système solaire. Tableau 14 Les planètes du système solaire

Planète

Distance du Soleil (en millions de km)

Diamètre de l’équateur (en km)

57,9

4 878

Vénus

108,2

12 102

224,7 jours

Terre

149,6

12 756

365,3 jours

Mars

227,9

6 794

687 jours

Jupiter

778,4

142 984

Mercure

Durée de la révolution (autour du Soleil) 88 jours

Durée de la rotation (sur elle-même)

Température moyenne en surface (en °C)

Nombre de satellites*

59 jours

127

0

243 jours

462

0

23,9 heures

15

1

24,6 heures

– 63

2

11,86 années

9,9 heures

–148

63

29,46 années

10,6 heures

–178

46

Saturne

1 427

120 536

Uranus

2 871

51 118

84 années

17 heures

– 216

27

Neptune

4 498

49 532

165 années

16 heures

– 214

13

Pluton

5 900

2 300

248 années

6,4 jours

– 223

1

* Nombre de satellites connus au 1er septembre 2005

Les satellites naturels : les escortes des planètes Un satellite naturel (aussi appelé lune) est un astre qui tourne autour d’une planète. Mercure et Vénus sont les seules planètes qui n’en possèdent pas. Jupiter est la planète qui possède le plus de satellites. Jupiter a les plus gros satellites, dont Ganymède, qui est plus gros que la planète Mercure. Pluton n’est que deux fois plus grosse que son satellite, Charron. C’est pourquoi on considère parfois le couple Pluton-Charron comme une planète double.

Les comètes Une comète est une boule de neige, de glace, de roches et de poussières (voir la figure 74, à la page suivante). La plupart des comètes semblent résider dans une zone située au-delà de l’orbite de Pluton. Chaque comète suit sa propre orbite autour du Soleil. Cependant, certaines comètes ont une orbite en forme d’ovale très allongé qui les amène périodiquement très près du Soleil. Lorsqu’une telle comète est près du Soleil, la neige qu’elle contient se sublime (passe directement de l’état solide à l’état gazeux) et les gaz se dispersent autour du noyau. De plus, cela libère de la poussière qui s’échappe du noyau de la comète. Ce sont ces phénomènes qui provoquent la formation de la queue de la comète. Cette queue est poussée par le vent solaire. Elle s’étire donc toujours dans la direction opposée au Soleil, peu importe où la comète se trouve.

Les noms des jours de la semaine viennent des sept « planètes » connues depuis l’Antiquité. En effet, le mot lundi a la même origine que le mot Lune, mardi correspond à Mars, mercredi à Mercure, jeudi à Jupiter, vendredi à Vénus et samedi à Saturne. Quand au mot dimanche, il signifie depuis l’ère chrétienne le « jour du seigneur ». Mais il a gardé son ancien sens en anglais. En effet, « Sunday » correspond bien sûr au Soleil.

Vent solaire Un courant de particules émises par le Soleil. Il est surtout composé de protons et d’électrons.

SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

361

Les étoiles sont fascinantes, car on peut les considérer comme des machines à remonter le temps.

Queue (env. 10 000 000 km)

Noyau

Supposons qu’une étoile située à deux millions d’années-lumière de la Terre explose maintenant. Nous ne le saurons que dans deux millions d’années parce que sa lumière met tout ce temps à nous parvenir. Cela revient à dire que nous voyons présentement cette étoile telle qu’elle était il y a deux millions d’années. Ainsi, plus on regarde loin dans l’espace, plus on regarde loin dans le passé.

Tête (env. 100 000 km)

Figure 74 Le schéma

d’une comète

Une comète produit une nouvelle queue chaque fois qu’elle passe près du Soleil. Comme les comètes perdent un peu de leur masse à chaque passage, elles ne durent pas éternellement. Après environ 1 000 passages, soit environ 100 000 ans, il ne reste plus de glace à évaporer. La comète n’est plus qu’une grosse roche. Quand les comètes passent près du Soleil, elles laissent derrière elles une grande quantité de débris. La Terre passe parfois dans une zone contenant des débris laissés par une comète. Au contact de l’atmosphère terrestre, ces débris brûlent et se désagrègent. On voit alors dans le ciel des étoiles filantes. Lorsqu’il y en a beaucoup, on parle de pluie d’étoiles filantes (voir la page 370).

En 1986, on a réussi pour la première fois à observer le noyau d’une comète. La sonde spatiale Giotto a survolé la comète de Halley alors qu’elle traversait le système solaire. La sonde a recueilli beaucoup de données sur le noyau. On a ainsi appris que la température du noyau était de 100 °C et qu’il mesurait 16 km de longueur. On a aussi découvert que la tête de la comète avait un diamètre de 400 000 km.

SC I E N T I F I Q U E

Vérifie ce que tu as retenu

H I STO I R E

362

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

solaire ? 1. a) Quel est l’âge estimé du système Terre ? b) Le Soleil a-t-il le même âge que la ssière et de gaz aurait donné c) Explique comment un nuage de pou naissance au système solaire. cipal constituant du Soleil ? 2. Quel élément chimique est le prin es. 3. Nomme les quatre planètes telluriqu . ntes géa ètes 4. a) Nomme les quatre plan t des géantes gazeuses ? son ètes plan b) Pourquoi dit-on que ces classe à part ? 5. Pourquoi Pluton est-elle dans une : à chacune des descriptions suivantes 6. Nomme la planète qui correspond e. a) C’est la plus grosse planète telluriqu t un astéroïde et non une planète. c’es que sent b) Certains astronomes pen ger dans un immense océan. c) Elle flotterait si on pouvait la plon . d) Le jour y est plus long que l’année re. phè mos d’at e) Cette planète n’a pas llites naturels. f) C’est elle qui possède le plus de sate ème solaire. g) C’est la plus grosse planète du syst ètes ? 7. Comment se forme la queue des com oiles filantes ? 8. Quelle est l’origine des pluies d’ét

La Terre On a longtemps cru que la Terre était immobile et que c’était le Soleil qui tournait autour d’elle. On sait maintenant que c’est la Terre qui tourne autour du Soleil. On sait aussi que le Soleil est le centre du système solaire. Le mouvement de la Terre autour du Soleil s’appelle la révolution terrestre. Ce mouvement est à l’origine de nombreux phénomènes tels que les changements de saisons. Mais la Terre tourne également sur elle-même. C’est ce qu’on appelle la rotation terrestre. La rotation est à l’origine de l’alternance du jour et de la nuit.

La rotation terrestre : la ronde des jours et des nuits Tu as sûrement déjà remarqué qu’au cours de la journée le soleil semble traverser le ciel. Le matin, le soleil apparaît vers l’est. À midi, il se trouve en direction du sud. Le soir, il se couche vers l’ouest. Cette illusion est à l’origine de la théorie selon laquelle la Terre aurait été le centre de l’Univers. En réalité, c’est la rotation de la Terre sur elle-même qui explique pourquoi le soleil se lève, monte dans le ciel, puis descend à l’horizon (voir la figure 75).

Pôle

Pôle

Horizon La ligne circulaire imaginaire où le ciel et la terre (ou la mer) semblent se joindre.

nor

d

sud Figure 75 L’alternance du jour et de

la nuit est produite par la rotation de la Terre sur elle-même. SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

363

Latitude Une façon d’indiquer la distance entre un point de la surface terrestre et l’équateur. On mesure la latitude en degrés (°). Les latitudes sont des lignes imaginaires qui divisent la Terre parallèlement à l’équateur.

La Terre tourne sur elle-même autour d’un axe incliné. Cet axe imaginaire passe par les deux pôles. Cette rotation s’effectue d’ouest en est sur une période de 24 heures (plus précisément 23 heures 56 minutes 4 secondes). La rotation se fait à une vitesse d’environ 1 700 km/h à l’équateur. Étant donné la forme sphérique de la Terre, la vitesse de rotation varie selon la latitude. Ce mouvement de rotation entraîne l’alternance du jour et de la nuit. Comme la Terre est ronde et opaque, le Soleil ne peut en éclairer qu’un seul côté à la fois. Les deux hémisphères du globe ne se présentent pas au Soleil en même temps (voir la figure 76). Lorsque l’Amérique est plongée dans l’obscurité, il fait jour en Australie et vice-versa.

Figure 76 De l’espace,

on peut observer les phases de la Terre.

La révolution terrestre : le cycle des saisons Comme toutes les planètes du système solaire, la Terre tourne autour du Soleil. Cette trajectoire s’appelle une orbite. Malgré sa très grande vitesse (environ 29,78 km/s), il faut à la Terre 365 1/4 jours pour faire le tour du Soleil. Cette période se nomme une révolution ou une année solaire. L’année solaire est un peu plus longue que l’année civile (celle qu’indique le calendrier). Qu’arrive-t-il à ces quelques heures et minutes accumulées chaque année ? Voici comment on résout ce problème : tous les quatre ans, on ajoute une journée au calendrier, soit le 29 février. Ce qui donne une année bissextile de 366 jours. À cause de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre, notre planète passe par quatre positions différentes durant l’année (voir la figure 77, à la page suivante). C’est ce qui divise l’année en quatre saisons. Sur une partie de l’orbite, un hémisphère est légèrement incliné vers le Soleil. Six mois plus tard, c’est l’autre hémisphère qui se trouve incliné vers notre étoile.

364

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

A Le solstice d’hiver (le 22 décembre) C’est la plus longue nuit de l’année dans l’hémisphère Nord. Dès le lendemain, la durée du jour commence à rallonger.

B L’équinoxe du printemps (le 21 mars) La durée du jour est égale à la durée de la nuit.

N

S N

S

Le Soleil

N

L’équateur céleste S

N

D L’équinoxe d’automne (le 23 septembre) La durée du jour est égale à la durée de la nuit.

S

C Le solstice d’été (le 21 juin) C’est la nuit la plus courte de l’année dans l’hémisphère Nord. Dès le lendemain, la durée du jour commence à raccourcir.

Figure 77 L’alternance des saisons est causée par la révolution de la Terre autour du Soleil

et par l’inclinaison de l’axe de rotation terrestre.

Lorsque l’hémisphère Nord reçoit les rayons du soleil de façon perpendiculaire, c’est l’été dans cet hémisphère. L’été débute le 21 juin. C’est le jour le plus long de l’année dans l’hémisphère Nord. C’est aussi la nuit la plus courte. On appelle ce jour le solstice d’été. À ce moment, le soleil décrit sa courbe très haut dans le ciel. Six mois plus tard, la Terre présente son hémisphère Sud aux rayons du soleil. L’hémisphère Nord ne reçoit plus les rayons du soleil de façon perpendiculaire mais de façon oblique : c’est l’hiver. Cette saison débute au solstice d’hiver, soit le 22 décembre. C’est le jour le plus court et la nuit la plus longue de l’année dans l’hémisphère Nord. Lorsque la Terre se trouve entre les deux solstices, c’est le printemps ou l’automne. Pendant ces saisons, le jour et la nuit ont à peu près la même durée partout sur la planète. Les équinoxes se produisent le 21 mars et le 23 septembre. Ils marquent respectivement le début du printemps et de l’automne dans l’hémisphère Nord.

Le mot « so lstice » vien t de latins sol (s oleil) et sta s mots t (s qui signifie nt « le soleil ’arrêter), s’a Le mot « éq uinoxe » vie rrête ». nt des mots latins aequ us (égal) et nox (nuit), qui indique nt que « le jour est éga à la nuit ». l

SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

365

Pourquoi fait-il chaud à l’équateur et froid aux pôles ? La lumière du soleil se transforme plus efficacement en chaleur lorsque ses rayons frappent la surface de la Terre de façon perpendiculaire. Les rayons forment alors un angle droit avec la surface de la Terre. C’est le cas dans les régions équatoriales. Dans les régions polaires, les rayons du soleil frappent la Terre de façon oblique. La lumière se transforme donc moins efficacement en chaleur (voir la figure 78).

Figure 78 Dans les deux cas, la même quantité de rayons solaires frappe le sol. Lorsque

les rayons sont obliques, ils couvrent une plus grande surface. La chaleur absorbée est donc moins concentrée.

SC I E N T I F I Q U E

Le physicien français Léon Foucault a imaginé une expérience pour démontrer que la Terre tourne sur elle-même. Il a utilisé pour cela le pendule qui porte son nom. Un pendule est constitué d’une bille suspendue au bout d’un fil. Lorsqu’on donne une poussée à cette bille, elle exécute un mouvement de va-et-vient régulier. Si tu utilisais un pendule dans une voiture, tu constaterais qu’il oscille toujours de la même façon : il se moque des virages. En 1851, à Paris, Foucault a installé un immense pendule de 67 mètres de longueur sous le dôme du Panthéon. À chacun de ses mouvements, le pendule laissait une marque sur un tas de sable. Or les traces n’étaient jamais au même endroit. Elles se déplaçaient chaque fois de trois à quatre millimètres. Puisqu’un pendule bouge toujours dans le même axe, cela signifie que c’est la Terre qui tourne !

H I STO I R E

366

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

C’est en janvier que la Terre passe le plus près du Soleil. En juillet, elle en est le plus loin. Pourtant, c’est en juillet qu’il fait le plus chaud dans l’hémisphère Nord. Comment cela s’explique-t-il ? Tu as vu que l’axe de rotation de la Terre est incliné par rapport au plan de son orbite autour du Soleil. L’été, l’hémisphère Nord est incliné vers le Soleil. L’hémisphère Nord reçoit donc les rayons du soleil plus directement que l’hémisphère Sud. C’est pourquoi il fait plus chaud au Québec en été, bien que la Terre soit plus proche du Soleil en hiver.

Les aurores polaires Autrefois, les gens croyaient que les aurores polaires annonçaient des malheurs et des catastrophes. Aujourd’hui, on sait que ce phénomène est causé par le vent solaire. Lorsque les particules du vent solaire arrivent près de la Terre, elles sont déviées vers les pôles. C’est pourquoi on observe les aurores surtout dans les régions polaires. Il existe deux types d’aurores polaires : les aurores boréales apparaissent dans l’hémisphère Nord (voir la figure 79), tandis que les aurores australes se produisent dans l’hémisphère Sud. L’arrivée des particules du vent solaire provoque l’excitation des particules de l’atmosphère terrestre. C’est ce qui déclenche les spectaculaires jeux de lumière des aurores polaires. Ce phénomène peut prendre des formes variées. On l’observe principalement sous la forme d’une lueur verte qui brille au-dessus de l’horizon. Parfois, l’intensité de la lueur augmente pour former un grand arc lumineux et des raies qui semblent clignoter. Il arrive aussi que ces rayons lumineux forment une couronne de lumière.

Figure 79 Une aurore boréale dans le ciel

étoilé de l’observatoire populaire du mont Mégantic SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

367

Les météorites

On a découvert le plus gros météorite connu en 1920, en Namibie (un pays de l’Afrique du Sud-Ouest). On l’a nommé Hoba-West. C’est un météorite ferreux de 60 tonnes. On l’a laissé tel quel et on le considère aujourd’hui comme un monument national de la Namibie.

On appelle météorites les débris solides provenant du système solaire. Ces débris entrent violemment en contact avec l’atmosphère ou la surface des astres qui se trouvent sur leur passage. Chaque année, la Terre reçoit plus de 3 000 météorites venant de l’espace. Certaines de ces roches sont trop grosses pour brûler entièrement au contact de l’atmosphère. La plupart d’entre elles tombent dans les océans et on ne les récupère jamais. Cependant, il arrive qu’elles touchent la terre ferme. En traversant l’atmosphère terrestre, les météorites subissent une à une les transformations suivantes : 1. ils sont chauffés en surface ; 2. ils fondent partiellement en surface (à cause de la friction avec l’air) ; 3. ils deviennent lumineux (plus ils sont gros, plus ils deviennent brillants) ; 4. ils se solidifient quand leur vitesse diminue. Les débris qui entrent dans l’atmosphère terrestre peuvent avoir des tailles très différentes. Leur grosseur peut varier du grain de poussière au bloc de roche de plus d’une tonne. Quand un débris pénètre dans l’atmosphère, ce qui lui arrive dépend de sa vitesse, de sa taille et des matériaux qui le composent : • Les débris les plus petits brûlent dès leur entrée dans les hautes couches de l’atmosphère. Ils se désintègrent et forment les étoiles filantes. • Les débris les plus gros et les plus rapides atteignent la surface de la Terre. Ils laissent parfois des traces au sol. Pour atteindre la surface de la Terre, les météorites doivent traverser toutes les couches de l’atmosphère. Il est donc rare que cela se produise (voir la figure 80).

Figure 80 La plupart des météorites se désagrègent au contact de l’atmosphère. Seuls

quelques-uns sont suffisamment gros pour atteindre le sol et y creuser un cratère.

368

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Les chutes de météorites et d’astéroïdes Dans le système solaire, on observe des impacts de météorites et d’astéroïdes sur la surface de toutes les planètes telluriques. Il y en a aussi sur tous les satellites naturels de ces planètes, y compris la Lune. La Terre n’est pas épargnée. La force de chaque collision dépend de la taille des météorites et des astéroïdes. Elle crée des ondes de choc autour du point d’impact, ce qui laisse parfois un cratère (voir la figure 81). Cependant, le mouvement des plaques tectoniques et l’érosion ont effacé la plupart des cratères terrestres.

Les effets des chutes de météorites et d’astéroïdes Dans les premiers âges de la Terre, les chutes de météorites et d’astéroïdes ont pu laisser des molécules organiques sur le sol. Ces molécules sont peut-être à l’origine des premières traces de vie. Les météorites n’ont laissé que de légers dégâts, alors que les astéroïdes, de taille beaucoup plus grande, ont tout aussi bien pu détruire les formes de vie déjà existantes ou en modifier l’évolution. Il y a environ 65 millions d’années, un astéroïde aurait heurté la Terre. On croit que cet événement a un lien avec l’extinction massive d’espèces vivantes qui a eu lieu à la même époque. Parmi ces espèces se trouvent les dinosaures (voir la figure 82). Cet impact a eu lieu dans le Yucatan, au Mexique. Un astéroïde de grande taille (environ 10 km de largeur) aurait heurté la côte. Aussitôt, des montagnes de lave ont dû jaillir du cratère. En outre, des tonnes de poussière ont dû former un immense nuage noir dans toute l’atmosphère terrestre. La lumière du jour a probablement disparu pendant des mois ou même des années. Une pluie acide aurait détrempé le sol, entraînant la disparition de nombreuses espèces vivantes.

Figure 81 Le cratère de Manicouagan,

dans le nord du Québec, est un des plus grands du monde. Il fait environ 100 km de diamètre. On croit que l’astéroïde qui en est la cause avait au moins 5 km de diamètre. Cet impact est également associé à l’histoire de l’hydroélectricité au Québec, car ce cratère constitue le réservoir du barrage Daniel-Johnson (voir la carte, à la page 53).

On pense que les dinosaures n’ont pas survécu à ce désastre, de même que la majorité des espèces vivantes. La disparition des dinosaures a cependant permis à d’autres espèces animales, comme les mammifères, de se développer. Les mammifères ont occupé les habitats laissés vacants par les dinosaures.

Figure 82 L’impact qui aurait causé

la disparition des dinosaures se serait produit au large du Yucatan, une péninsule du Mexique. SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

369

Certains avions qui volent à plus de 20 000 mètres d’altitude transportent des contenants remplis d’un gel spécial. Ce gel permet d’emprisonner les particules de poussière provenant de l’espace. On récupère ensuite cette poussière et on l’étudie en laboratoire. On peut ainsi mieux comprendre les mystères de l’Univers.

Figure 83 Une pluie d’étoiles filantes

Les étoiles filantes Par une nuit sans nuages, tu peux parfois observer des traits de lumière brillante dans le ciel (voir la figure 83). On les nomme étoiles filantes. Malgré leur nom, ce ne sont pas des étoiles mais des météorites ou des débris. Ceux-ci laissent des traces brillantes mais de courte durée dans le ciel. Ces traces sont produites par des débris qui font briller l’air lorsqu’ils entrent à grande vitesse dans l’atmosphère terrestre. Ces débris proviennent des comètes. En effet, quand elles passent près du Soleil, les comètes laissent derrière elles une traînée de poussière et de débris rocheux. Cette poussière et ces débris se transforment en pluie de météorites quand la Terre croise l’orbite des comètes. La Terre rencontre chaque année plusieurs nuages de débris. Il est possible d’observer ces pluies d’étoiles filantes à des périodes bien précises de l’année. Ces pluies portent le nom de la constellation d’où elles semblent provenir (voir le tableau 15, à la page suivante). Par exemple, si le ciel est dégagé, les perséides sont facilement visibles autour du 12 août. À cette occasion, il n’est pas rare de voir jusqu’à 100 étoiles filantes à l’heure.

370

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Tableau 15 Les principales pluies d’étoiles filantes au cours d’une année

Nom

Période

Quadrantides

Du 1er au 6 janvier

40

Bouvier

Lyrides

Du 19 au 24 avril

15

Lyre

Aquarides

Du 1er au 8 mai

20

Verseau

Perséides

Du 25 juillet au 18 août

50

Persée

Orionides

Du 16 au 27 octobre

25

Orion

Léonides

Du 15 au 20 novembre

15

Lion

Géminides

Du 7 au 15 décembre

50

Gémeaux

Nombre moyen d’étoiles filantes à l’heure

Constellation

Vérifie ce que tu as retenu

révolution terrestre ? la rotation terrestre et la tre en ce en fér dif la est e ur représenter 1. Quell te servant d’une lampe po en tes van sui s ion est qu 2. Réponds aux ur représenter la Terre. le Soleil et d’un ballon po du jour et de la nuit. a) Explique l’alternance le ciel. t apparent du Soleil dans b) Explique le mouvemen des saisons. ce cela c) Explique l’alternance son axe, quelle conséquen sur ée lin inc s pa t tai n’é d) Si la Terre aurait-il ? e comment des rayons résenter le Soleil. Expliqu rep ur po pe lam e un e e le sol que des rayons 3. Utilis t de réchauffer davantag en ett rm pe res lai icu nd perpe obliques. t solaire ? 4. a) Qu’est-ce que le ven es polaires ? le vent solaire et les auror b) Quel est le lien entre rite et étoile filante. : comète, astéroïde, météo ts van sui s me ter les e qu 5. Expli tères, comme st-elle pas couverte de cra n’e re Ter la de e fac sur uent ce 6. Pourquoi la ins deux raisons qui expliq mo au e nn Do ? ne Lu la la surface de phénomène. des êtres humains. » ures a permis l’apparition osa din s de ion rit pa dis 7. « La irmation ? Que penses-tu de cette aff SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

371

La Lune La Lune est située à environ 384 400 km de la Terre (voir la figure 84). Du point de vue astronomique, c’est très près. Depuis toujours, la Lune fascine l’être humain. Elle a fait l’objet de nombreux mythes et de mille et une légendes. Autrefois, certains peuples établissaient leur calendrier en fonction de la Lune. Encore aujourd’hui, plusieurs sociétés accordent une grande importance aux cycles lunaires.

Figure 84 La Lune nous

présente toujours la même face

La Lune n’émet pas de lumière. Elle semble lumineuse parce qu’elle réfléchit les rayons du soleil. Le jour, la Lune est souvent difficile à voir, parce que le soleil brille avec trop d’intensité. Lorsqu’on la regarde nuit après nuit, elle semble en perpétuelle transformation à cause de ses phases (voir la figure 85). Mais une chose ne change pas : la Lune nous montre toujours la même face. En effet, la Lune prend exactement le même temps pour tourner sur elle-même que pour faire le tour de la Terre. On appelle l’autre côté, celui qu’on ne voit jamais de la Terre, la face cachée de la Lune.

Dernier quartier

Nouvelle lune

372

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Pleine lune

Les phases de la Lune Quand on l’observe de la Terre, nuit après nuit, la Lune change d’aspect. Elle est parfois totalement ronde. À d’autres moments, on n’en voit qu’un petit croissant. C’est ce qu’on appelle les phases lunaires. Ces variations résultent d’un jeu d’ombre et de lumière orchestré par les différentes positions du Soleil, de la Terre et de la Lune. Tu ne peux pas voir la Lune lorsqu’elle est située entre la Terre et le Soleil. C’est la période de la nouvelle lune. En fait, la Lune est toujours là, mais sa partie éclairée est tournée vers le Soleil. La partie de la lune tournée vers la Terre n’est pas éclairée et est donc invisible. (voir la figure 87, à la page 374). Après deux ou trois jours, la Lune apparaît sous la forme d’un mince croissant lumineux. Ce croissant grossit et, au bout d’une semaine, la Lune présente la moitié de sa face éclairée. C’est le premier quartier de la Lune. Lorsque la Lune a parcouru la moitié de son périple autour de la Terre, elle est à l’opposé du Soleil par rapport à la Terre. Sa face est complètement ronde et la partie éclairée est visible toute la nuit. C’est la pleine lune. Par la suite, on observe le dernier quartier de la Lune. Puis celle-ci disparaît progressivement, devenant à nouveau une nouvelle lune. Il s’écoule environ 29,5 jours entre deux nouvelles lunes. C’est la lunaison ou le mois lunaire. En résumé, la Lune croît pendant deux semaines, passant de la nouvelle lune à la pleine lune. Elle décroît ensuite pendant les deux semaines qui suivent.

Voici un truc pour reconnaître les phases de la Lune.

Lorsque la Lune est au premier croissant, elle ressemble à la partie courbe de la lettre p.

Lorsqu’elle est au dernier croissant, elle ressemble à la partie courbe de la lettre d.

Premier quartier

Nouvelle lune

Figure 85

Les phases de la Lune. Cette figure doit se lire de droite à gauche.

SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

373

Les éclipses Lorsque tu regardes le Soleil et la Lune dans le ciel, tu as peut-être l’impression qu’ils ont la même taille. En réalité, la Lune est environ 400 fois plus petite que le Soleil. Mais comme elle est aussi 400 fois plus près de la Terre, les deux astres semblent avoir la même dimension. Il arrive quelquefois que la Terre, la Lune et le Soleil soient parfaitement alignés dans l’espace. On observe alors un phénomène impressionnant : une éclipse. Il y a des éclipses solaires et des éclipses lunaires. Galilée fut le premier à observer le ciel à l’aide d’une lunette astronomique. C’était en 1609. Mais les humains ont observé le ciel bien avant, à l’œil nu. En ces temps-là, personne ne connaissait les dangers que représentait le fait d’observer directement le Soleil sans utiliser de filtres.

Les éclipses solaires se produisent lorsque la Lune vient se placer exactement entre la Terre et le Soleil. La Lune recouvre alors le disque solaire : il fait nuit en plein jour. Les éclipses solaires peuvent être totales, partielles ou annulaires.

SC I E N T I F I Q U E

Tu dois savoir qu’il ne faut jamais regarder directement une éclipse solaire, qu’elle soit partielle ou totale. Il faut l’observer à travers un filtre, surtout si tu utilises un télescope ou une lunette d’approche. Quand il y a une éclipse, la luminosité est plus faible. On pourrait facilement regarder le Soleil sans cligner des yeux. Toutefois, les rayons ultraviolets peuvent quand même brûler la rétine de l’œil ou causer des lésions permanentes à la cornée.

Les éclipses solaires

H I STO I R E

Une éclipse totale se produit lorsque la Lune couvre une surface un peu plus grande que le disque solaire. On observe à ce moment un disque noir qui a un contour lumineux : la couronne solaire. L’ombre projetée par la Lune couvre une petite surface de la Terre appelée zone d’ombre. Seules les personnes qui habitent cette petite région peuvent assister à une éclipse totale. Les personnes qui vivent dans les régions situées dans la zone de pénombre assistent à une éclipse partielle (voir la figure 87). Les éclipses du Soleil durent au maximum sept minutes, et on peut en observer quelques-unes chaque année. Une éclipse annulaire a lieu quand la Lune est trop loin de la Terre pour cacher entièrement le Soleil. Un mince anneau de lumière solaire demeure alors visible (voir la figure 86).

Figure 86 Une éclipse annulaire de soleil

La pénombre L’ombre

Le Soleil Une planète

Figure 87 La zone d’ombre est la région dans laquelle un objet cache complètement

une source lumineuse. La zone de pénombre est la région dans laquelle un objet cache partiellement une source lumineuse.

374

L’ENCYCLO

La Terre et l’espace

Les éclipses lunaires Les éclipses lunaires se produisent quand la Terre se trouve exactement entre le Soleil et la Lune (voir la figure 88). La Lune est alors masquée par l’ombre de la Terre. Autrement dit, elle se trouve dans sa zone d’ombre. Il est plus facile de voir une éclipse lunaire qu’une éclipse solaire. En effet, toutes les personnes qui habitent l’hémisphère opposé au Soleil, c’est-à-dire du côté de la Terre où il fait nuit au moment de l’éclipse, peuvent voir une éclipse lunaire si le ciel est dégagé. Au cours d’une éclipse lunaire totale, toute la Lune se trouve dans la zone d’ombre de la Terre. Ce genre d’éclipse peut durer plus d’une heure. Au cours des éclipses lunaires partielles, seule une partie du disque lunaire se trouve dans l’ombre terrestre. Les éclipses lunaires durent en moyenne trois heures. Il y en a au moins deux par année.

Figure 88 Une éclipse lunaire

Vérifie ce que tu as retenu

n pour représenter résenter le Soleil, un ballo rep ur po pe lam e un e et explique les 1. Utilis résenter la Lune. Simule rep ur po lle ba e un et re la Ter phénomènes suivants. . a) Les phases de la Lune ne. Lu b) La face cachée de la c) Une éclipse solaire. d) Une éclipse lunaire. ipse de ir de temps à autre une écl vo -tu ais urr po , ne Lu la 2. Si tu habitais Terre ? re. gue l’ombre de la pénomb 3. Explique ce qui distin

SECTION 3

Les phénomènes astronomiques

375

L’univers technologique De la roue à la fusée Autrefois, les gens se promenaient à pied ou à cheval. Maintenant, il y a des voitures, des avions, des trains et bien d’autres moyens de transport. C’est la même chose dans les maisons. Nous avons remplacé les bougies par les ampoules. Les gens possèdent des grille-pain, des fours à micro-ondes, des lavevaisselle, etc. Plusieurs de ces inventions augmentent notre confort et nous facilitent la vie. Bien souvent, elles ont été pensées par des ingénieures et des ingénieurs. Le travail de ces personnes consiste à concevoir, à analyser et à améliorer des systèmes et des procédés. Tu peux toi aussi comprendre le fonctionnement des objets qui t’entourent. Tu peux même en créer de nouveaux ! « L’univers technologique » te permettra d’explorer le fonctionnement des objets techniques.

1 L’ingénierie

SECTION

L’univers technologique

2 Les systèmes technologiques

p. 378

SECTION

3 Les mouvements et les forces

p. 392

SECTION

376

p. 408

La démarche technologique

p. 380

Le cahier des charges

p. 382

Les schémas technologiques

p. 386

La gamme de fabrication

p. 389

La matière première, le matériau et le matériel

p. 390

Les systèmes

p. 393

Les fonctions mécaniques élémentaires

p. 396

Les transformations de l’énergie

p. 399

Les types de mouvements

p. 410

Les effets d’une force

p. 414

Les machines simples

p. 416

La transmission du mouvement

p. 423

La transformation du mouvement

p. 427

chnologique » : s en lisant « L’univers te rira uv co dé tu e qu ce Voici eras avec le travail de génierie », tu te familiaris L’in « 1, on cti se la ns tte personne • D’abord, da différents outils dont ce les as rer plo ex Tu ur. nie l’ingénieure et de l’ingé verbale et écrite est que la communication s rra ve Tu . jet pro un r dispose pour réalise découvriras que les t souvent en équipe. Tu fai se il va tra n so r ca , documents. très importante nombreux schémas et de rer pa pré nt ive do rs ieu ingénieures et les ingén étudieras ce qu’est es technologiques », tu tèm sys s Le « 2, on cti remplit • Ensuite, dans la se s que chaque système rra ve Tu . tes an os mp co nt ses hnologiques. un système et quelles so emples de systèmes tec ex ts en fér dif as rer plo ex une fonction précise. Tu », tu découvriras les uvements et les forces mo s Le « 3, on cti se la mes qui • Finalement, dans qu’il existe des mécanis ssi au s rra ve Tu e. gin et leur ori types de mouvements mouvements. ttre et de transformer les permettent de transme

377

SECTION

1

L’ingénierie La démarche technologique

p. 380

La conception

p. 380

La production

p. 380

La mise en marché

p. 381

Le contenu du cahier des charges p. 383

Le cahier des charges

p. 382

Les plans dans un cahier des charges

p. 383

1 L’ingénierie

SECTION

L’univers technologique

Le schéma de principe

SECTION

Les schémas technologiques p. 386

La gamme de fabrication

L’ENCYCLO

L’univers technologique

p. 386

Le schéma de construction p. 387 Les symboles normalisés

p. 388

La matière première

p. 390

Le matériau

p. 391

Le matériel

p. 391

p. 389

La matière première, le matériau et le matériel p. 390

378

p. 384

Le plan technique

p. 384

Le plan économique

p. 384

Le plan industriel

p. 384

Le plan humain

p. 384

Le plan environnemental p. 384

2 Les systèmes technologiques

SECTION

3 Les mouvements et les forces

Le plan physique

SURVOL

Le projet de l’entreprise Vélo plus Tout au long de cette section, nous essaierons de comprendre les étapes de la démarche de l’ingénieure et de l’ingénieur. Pour nous aider dans cette tâche, quoi de mieux qu’un exemple ? Le projet de l’entreprise Vélo plus nous permettra d’illustrer concrètement notre propos. Vélo plus est une entreprise qui vend des vélos. Pénélope dirige cette société. Elle a remarqué que la demande du public pour les vélos électriques est en croissance. Elle aimerait bien mettre au point un vélo muni d’un moteur électrique afin de répondre à la demande de sa clientèle. Malheureusement, Pénélope n’a pas de spécialiste des petits moteurs électriques au sein de son équipe. Elle décide donc de s’adresser à l’entreprise Électro moteur. Elle lui demandera de concevoir un moteur électrique adapté à un vélo (voir la figure 1).

I N F O - C A R R I È R E

Ingénieure ou ingénieur De nombreux secteurs d’activité ont recours à l’expertise d’une ingénieure ou d’un ingénieur. Et les projets d’ingénierie sont variés. Il peut s’agir de concevoir une usine ou un microprocesseur, de développer de nouvelles applications, d’élaborer de nouveaux procédés de fabrication, de moderniser des équipements, etc. Cette profession nécessite une formation universitaire. Plus d’une dizaine de programmes sont offerts au Québec. On peut entre autres étudier le génie mécanique, le génie électrique, le génie informatique et le génie civil.

Figure 1 Vélo plus et Électro moteur ont conclu une entente de partenariat.

Le travail des ingénieures et des ingénieurs est en grande partie un travail d’équipe. On réunit plusieurs personnes dans ce qu’on appelle une équipe de projet. Chaque personne participe selon ses compétences. Parfois, certaines personnes ou entreprises ne collaborent au projet qu’au cours d’une étape en particulier. Dans notre exemple, Pénélope, son équipe et les gens d’Électro moteur travailleront ensemble pour concevoir un vélo électrique. SECTION 1

L’ingénierie

379

La démarche technologique La démarche technologique comporte trois phases : la conception, la production et la mise en marché (voir la figure 2 à la page suivante). Chacune de ces phases est essentielle. Ensemble, elles permettent de s’assurer que l’objet produit répond à un besoin, qu’il est fabri qué selon des normes et qu’il est distribué aux personnes qui en ont besoin au bon moment.

La conception La conception comprend toutes les étapes qu’il faut franchir avant de fabri quer un objet. Tout projet dans le domaine de la techno logie commence par l’identification d’un besoin. Par exemple, le personnel d’un bureau est incommodé par le bruit du système de climatisation. La direction cherche un moyen d’atténuer ce bruit. Elle engage une ingénieure pour résoudre ce problème. Dans un premier temps, cette ingénieure doit bien comprendre le problème qu’on lui présente. Elle doit ensuite vérifier si ce problème a déjà été résolu par quelqu’un d’autre. Pour y arriver, elle examinera les produits déjà sur le marché. Si aucun ne convient, elle se demandera si elle peut les modifier ou les améliorer. Sinon, elle devra concevoir elle-même une nouvelle solution. Lorsque l’idée est trouvée, il faut la réaliser. Les étapes que notre ingénieure doit franchir sont maintenant : la rédaction d’un cahier des charges, la préparation d’un schéma de principe et d’un schéma de construction et, finalement, la fabrication d’un prototype. Ces étapes sont présentées en détail dans les pages qui suivent. Il faut ensuite mettre à l’essai le prototype, c’est-à-dire vérifier s’il répond aux exigences du cahier des charges. Il faut aussi vérifier et corriger au besoin les schémas de principe et de construction. Enfin, lorsque le prototype est satisfaisant, il faut penser à faire une demande de brevet.

La production Le moment est venu de passer à la fabrication. Les étapes à suivre sont : • la préparation d’un dossier de fabrication (comprenant une gamme de fabrication et une gamme de montage) ; • la fabrication (incluant la fabrication des pièces, l’assemblage, l’emballage et les différents contrôles de qualité, le respect des normes) ; • la rédaction et la publication du mode d’emploi (pour la clientèle) et des guides d’entretien (pour les entreprises qui feront le service après-vente). Les ingénieures et les ingénieurs participent surtout à la première de ces trois étapes. Nous l’expliquerons donc davantage dans les pages suivantes.

380

L’ENCYCLO

L’univers technologique

La mise en marché

CONCEPTION

La mise en marché permet de faire connaître l’objet que l’on vient de fabriquer aux personnes qui pourraient en avoir besoin. Elle permet aussi de le distribuer à celles qui sont prêtes à l’acheter. Il s’agit donc d’organiser la commercialisation du produit (fixer le prix de vente, faire la promotion, organiser la livraison, etc.).

Analyse du problème technologique Le problème a-t-il déjà été résolu ?

OUI

Présentation de la solution existante

NON

Rédaction d’un cahier des charges

Il faut également assurer l’entretien du produit tout au long de sa vie utile, c’est-à-dire former des personnes capables de le réparer, prévoir des points de service, produire des pièces de rechange, etc.

Schéma de principe Schéma de construction Fabrication d’un prototype

Finalement, il faut penser à la mise au rebut ou au recyclage du produit, lorsqu’il cessera d’être utilisé. Autrement dit, il faut s’assurer que le produit respectera les normes environnementales lorsqu’il sera jeté aux ordures, ou prévoir un mode de récupération s’il peut être recyclé. Les étapes de la mise en marché ne sont pas réalisées par les ingénieures et les ingénieurs. Cependant, ceux-ci doivent les connaître pour en tenir compte lorsqu’ils conçoivent un objet.

Identification d’un besoin

Essai du prototype: répond-il au cahier des charges ?

NON

OUI

Demande de brevet PRODUCTION

Gamme de fabrication Gamme de montage Fabrication Mode d’emploi et Guide d’entretien

MISE EN MARCHÉ

Figure 2 Le schéma

de la démarche technologique

Commercialisation du produit Entretien du produit Mise au rebut ou recyclage

Vérifie ce que tu as retenu

nd e trois phases. À quelle phase correspo 1. La démarche technologique comport chacune des actions suivantes ? es qui en ont besoin. a) Distribuer un produit aux personn ication d’un produit. b) Respecter des normes dans la fabr un besoin. c) S’assurer qu’un produit répond à ent connaître toutes les étapes de 2. Les ingénieures et les ingénieurs doiv ces personnes n’ont pas à participer la démarche technologique. Par contre, présentées dans la figure 2, lesquelles à toutes ces étapes. Parmi les étapes res et des ingénieurs ? exigent la participation des ingénieu SECTION 1

L’ingénierie

381

Le cahier des charges

Conception Une activité qui consiste à élaborer un projet dans le but de créer un produit. La ou les personnes qui se chargent de la conception ne sont pas nécessairement celles qui ont eu l’idée.

Chimiste et physicien anglais, Michael Faraday (1791-1867) a construit le premier moteur électrique en 1821. Quelques années plus tard, en 1831, il a construit le premier générateur de courant et le premier transformateur. Encore aujourd’hui, on utilise ces appareils pour produire de l’électricité et la distribuer.

Ce document écrit s’appelle le cahier des charges (voir la figure 3). Ce cahier sert à définir et à préciser les demandes de l’entreprise. Il décrit les caractéristiques du produit désiré. Le cahier des charges doit être produit au tout début d’un projet. Dans son cahier des charges, l’équipe de Pénélope devra exprimer ses besoins le plus clairement possible. Par exemple, elle pourrait exiger que le moteur ne pèse pas plus de 15 kg.

SC I E N T I F I Q U E

Fabrication L’ensemble des opérations aboutissant à la construction d’un objet imaginé par des conceptrices ou des concepteurs.

Revenons au projet de l’entreprise Vélo plus. Ce n’est pas Pénélope et son équipe qui vont fabriquer le moteur du futur vélo électrique. On confiera plutôt ce mandat à l’entreprise Électro moteur. Cette dernière concevra et fabriquera un moteur pour l’entreprise Vélo plus. L’équipe de Pénélope doit préciser les caractéristiques du moteur qui sera installé sur son futur vélo. Elle doit le faire dans un document écrit qui sera remis à Électro moteur. Dans notre exemple, c’est la même entreprise qui concevra et fabriquera le moteur électrique. Il arrive cependant que la conception et la fabrication soient assurées par deux entreprises différentes.

H I STO I R E

Figure 3 Un exemple de cahier des charges utilisé en ingénierie

382

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Le contenu du cahier des charges Quand on prépare un cahier des charges, on doit d’abord définir la fonction de l’objet. À quoi servira-t-il ? Ensuite, on doit décrire le mieux possible cet objet en répondant aux questions suivantes : • Quelles sont les contraintes de fabrication, d’utilisation et d’entretien ? • Quelles normes l’objet doit-il respecter ? • Quelles sont les caractéristiques de l’objet ? • Quels sont les coûts de fabrication ? • Quels sont les délais de fabrication de chacune des étapes ? • Quelle est la faisabilité du projet ?

Les plans dans un cahier des charges Les objets technologiques ont tous une durée de vie utile. Cette vie commence au moment où l’objet est fabriqué et se termine lorsque l’objet cesse d’être utilisé. On doit alors s’en débarrasser. Quand Vélo plus construit un vélo électrique, elle ne pense pas seulement aux exigences liées à la construction. Elle doit aussi considérer tout ce qui peut survenir pendant la durée de vie utile du vélo.

Normes Un ensemble de règles établies par des spécialistes. Elles sont regroupées dans un document produit par un organisme national ou international. En technologie, les normes visent à garantir que le produit fabriqué atteint un niveau acceptable de performance et de qualité. Faisabilité Une étude de faisabilité sert à déterminer si un projet est réalisable. Elle tient compte de l’échéancier, des connaissances techniques, de la situation politique et financière, etc.

Le cahier des charges doit tenir compte de tous les aspects de la situation. Il faut donc imaginer l’objet à concevoir de différents points de vue. Par exemple, il faut penser à la personne qui l’utilisera. Sur ce plan, un vélo électrique doit être confortable, facile à utiliser, agréable à conduire, etc. Vélo plus pourrait donc exiger que le moteur soit peu bruyant.

La figure 4 illustre les six plans à considérer lorsqu’on élabore un cahier des charges. Quatre plans concernent la fabrication et deux plans se rapportent à l’utilisation. Les éléments à prendre en compte dans chacun de ces plans sont décrits à la suite de la figure. Tu trouveras aussi un exemple de cahier des charges à la figure 5, page 385. FABRICATION

UTILISATION

Plan physique

Plan technique

Plan économique

Objet à concevoir (nature et fonction)

Plan humain

Né en 1452, Léonard de Vinci est bien connu pour ses nombreuses œuvres d’art. Mais il a également réalisé beaucoup de choses en tant que scientifique, ingénieur et inventeur. C’est ainsi qu’il a conçu de nombreuses machines. Par exemple, il a dessiné le prototype d’un scaphandre et de plusieurs engins volants. Même si ces machines ne fonctionnaient pas, elles se basaient sur des observations aérodynamiques justes et très avantgardistes pour l’époque.

SC I E N T I F I Q U E

Il faut aussi penser à la résistance de l’objet. Comme un vélo est destiné à un usage extérieur, il doit résister à la pluie. Sur ce plan, Vélo plus devra donc exiger que le moteur soit étanche.

H I STO I R E

Plan environnemental

Plan industriel Figure 4 Les six plans à considérer dans la rédaction d’un cahier des charges

SECTION 1

L’ingénierie

383

Le plan physique

Rouille Un composé brun-rouge qui résulte d’une réaction chimique entre l’oxygène de l’air et des matériaux contenant du fer. La rouille se produit dans un milieu humide.

Le plan physique concerne tous les éléments naturels (air, eau, sol) qui peuvent avoir un effet sur l’objet ou sur son utilisation. On doit préciser à la personne ou à l’entreprise qui conçoit l’objet les éléments naturels dont elle doit tenir compte. En effet, il faut s’assurer que le produit résistera à ces éléments. Par exemple, comme un vélo doit circuler à l’extérieur, il sera parfois exposé à la pluie. Il faut donc le construire avec un matériau qui résiste à la rouille. On peut aussi le recouvrir d’une peinture protectrice.

Le plan technique Le plan technique comprend les facteurs qui influent sur le fonctionnement de l’objet à concevoir. Par exemple, Vélo plus doit spécifier la vitesse maximale que le vélo atteindra. L’entreprise doit aussi indiquer pendant combien de temps le moteur pourra fonctionner avant qu’on recharge la batterie.

Le plan économique Tous les jours, des personnes ou des entreprises inventent de nouveaux produits. Les brevets permettent de protéger les droits des inventrices et des inventeurs. C’est ce qu’on appelle la propriété intellectuelle. Si un produit est breveté, la personne qui l’a conçu sera la seule à pouvoir l’utiliser pendant 20 ans. Au Canada, les brevets sont émis par l’Office de la propriété intellectuelle du Canada.

Le cahier des charges doit spécifier tous les coûts dont la conceptrice ou le concepteur devra tenir compte. Cela comprend les coûts de production, le prix de vente et tous les coûts d’entretien.

Le plan industriel La personne ou l’entreprise qui conçoit le produit doit tenir compte de l’endroit où on le fabriquera. Il faut en effet considérer l’atelier de fabrication, l’outillage, la main-d’œuvre et les délais de fabrication. Par exemple, la fabrication de certains produits requiert une main-d’œuvre qualifiée. Si une entreprise ne dispose pas de cette main-d’œuvre, elle ne pourra pas atteindre ses objectifs de fabrication.

Le plan humain Sur le plan humain, on tient compte des personnes qui utiliseront, entretiendront et répareront le produit. On doit donc concevoir et fabriquer un objet qui plaira et qui sera facile à entretenir. On se préoccupe aussi de l’aspect esthétique, de la sécurité et du confort.

Le plan environnemental La personne ou l’entreprise qui conçoit le produit doit penser à ses effets sur l’environnement. Par exemple, de nos jours, on essaie de produire des automobiles moins polluantes. On se préoccupe aussi du potentiel de recyclage du produit à la fin de sa vie utile.

384

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Cahier des charges Nature et fonction de l‘objet Construire un moteur électrique pour vélo qui permettra à une ou à un cycliste de se déplacer soit en pédalant, soit à l’aide du moteur.

Fabrication Sur le plan physique, le moteur doit être : – recouvert de matériaux résistants et adaptés au climat extérieur ; – étanche. Sur le plan technique, le moteur doit permettre au vélo : – de rouler pendant 30 km avant d’être rechargé ; – de rouler à une vitesse maximale de 35 km/h. Sur le plan économique, le coût de fabrication du moteur ne doit pas dépasser 100 $. Sur le plan industriel, le moteur devra : – pouvoir être réparé dans les ateliers d’Électro moteur ou de Vélo plus ; – fonctionner à l’aide d’une technologie bien connue par le personnel de ces deux ateliers.

Les plans é conomique et industriel n e sont pas considérés dans les ca hiers des charge s présentés dans ce manuel, parce qu’ils ne s’appliquen t pas vraim ent à un conte xte de fabri cation en classe.

Utilisation Sur le plan humain, le moteur doit être : – peu bruyant (maximum 50 décibels) ; – léger (maximum 15 kg) ; – facile à utiliser ; – facile à entretenir ; – sans danger. Sur le plan environnemental, le moteur ne doit comporter aucune substance nocive pour l’environnement.

Figure 5 Voici le cahier

des charges préparé par Vélo plus à l’intention d’Électro moteur.

Vérifie ce que tu as retenu ? 1. À quoi sert un cahier des charges « durée de vie utile ». 2. Explique ce que signifie l’expression aine aérospatial. Tu fais partie 3. Imagine que tu travailles dans le dom destiné à l’exploration de la planète d’une équipe qui conçoit un véhicule r chacun des six plans, donne Mars par une équipe d’astronautes. Pou r le cahier des charges pour un exemple de ce que pourrait conteni la fabrication de ce véhicule. SECTION 1

L’ingénierie

385

Les schémas technologiques

Prototype Un des premiers exemplaires d’un objet ou d’un système. Il peut servir de modèle pour effectuer des tests ou pour la fabrication en série.

On emploie les schémas technologiques pendant la phase de conception. Ces schémas permettent d’expliquer le fonctionnement et les éléments essentiels de l’objet qu’on veut construire. Il s’agit d’une façon rapide et simple de représenter un objet. Cette forme de représentation est surtout utilisée dans les étapes menant à la réalisation d’un prototype. Il existe plusieurs types de schémas techno logiques. Nous étudierons ici le schéma de principe et le schéma de construction.

Le schéma de principe Le schéma de principe décrit de façon simplifiée les éléments qui composent un objet ou un appareil, et il sert à en expliquer le fonctionnement. On le prépare au début de la phase de conception. Ce schéma précise uniquement les principes de fonctionnement et les objectifs de l’objet ou de l’appareil. La figure 6 présente une poignée de porte. La figure 7 te montre le schéma de principe de ce dispositif.

Symbole normalisé Un symbole reconnu par tous les gens qui travaillent en technologie.

Le schéma de principe doit indiquer : • la force utile développée par l’objet (on l’appelle aussi force d’action) ainsi que la direction dans laquelle on applique la force ; • les principales composantes ; • les mouvements en jeu, grâce à leurs symboles normalisés (voir la page 388).

Loquet de porte

1. Mouvement de rotation : tourner la poignée pour dégager le loquet

Vis de serrage

2. Mouvement alternatif : tirer ou pousser sur la poignée Figure 6 Une poignée de porte

386

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Figure 7 Le schéma de principe d’une poignée de porte

Le schéma de construction On s’inspire du schéma de principe pour dessiner le schéma de construction. Le schéma de construction montre la configuration exacte de l’objet (voir la figure 8). C’est à partir de ce schéma qu’on pourra fabriquer l’objet. Le schéma de construction comprend : • les pièces qui participent directement à la fonction de l’objet ; • les autres pièces ; • les liaisons entre les pièces (voir les pages 396 et 397), grâce à leurs symboles normalisés (voir la page 388).

Vue de face

Vue de côté H4

A

A

D3 D2 H1 D1

H2

D1 Diamètre de la poignée

6,6 cm

D2 Diamètre de la face de la poignée

5,5 cm

D3 Diamètre du pivot

1,1 cm

H1 Profondeur du cylindre

1,2 cm

H2 Distance du trou de vissage

2,0 cm

H3 Profondeur du réceptacle du pivot

2,5 cm

H4 Profondeur de la poignée R

Rayon de courbure de la poignée

A-A Axe central

5,1 cm

A

A R

H3

12,8 cm —

Vue en coupe

Figure 8 Le schéma de construction

d’une poignée de porte

Les installations hydroélectriques du nord du Québec font partie des plus grandes réalisations du génie québécois. Pour construire ces barrages et ces réservoirs gigantesques, on a développé des connaissances et des compétences particulières en ingénierie. Ce savoir-faire est maintenant reconnu mondialement. On a érigé le barrage Daniel-Johnson sur la rivière Manicouagan, sur la Côte-Nord. Le barrage La Grande-2 est situé sur la rivière La Grande, à la baie James. L’épopée de la construction de ces barrages est une page importante de l’histoire de notre province.

SECTION 1

L’ingénierie

387

Les symboles normalisés Tu peux voir dans la figure 9 quelques symboles normalisés couramment utilisés dans la préparation des schémas technologiques. Ces symboles permettent d’indiquer rapidement les mouvements et les liaisons. Ils illustrent aussi les mécanismes de transmission ou de transformation du mouvement à l’œuvre dans un objet ou un appareil. Nous aborderons les concepts représentés par ces symboles dans la section 3, « Les mouvements et les forces » (voir la page 408).

Les mouvements Le mouvement rectiligne (dans un seul sens)

Le mouvement alternatif (rectiligne dans les deux sens)

Les liaisons La pièce libre

Le mouvement circulaire (dans un seul sens)

Le mouvement circulaire avec symbole sur la pièce

Les filetages La liaison complète

La vis

Les engrenages La roue dentée (ou pignon)

Le mouvement oscillatoire (circulaire dans les deux sens)

L’écrou

Le système vis et écrou

Les courroies, les poulies, les chaînes et les roues dentées Le pignon conique

Le pignon et la crémaillère

La courroie et les poulies

La chaîne et les roues dentées

Figure 9 Quelques symboles normalisés

Vérifie ce que tu as retenu

de principe du schéma de 1. Explique ce qui distingue le schéma construction. rquoi utilise-t-on des symboles 2. Dans un schéma technologique, pou normalisés ?

388

L’ENCYCLO

L’univers technologique

La gamme de fabrication Revenons à l’exemple de Vélo plus. Cette entreprise a demandé à Électro moteur de fabriquer un moteur électrique pour vélo. Électro moteur a maintenant terminé les plans du moteur. Elle peut donc passer à la phase de production. Les personnes qui ont conçu le moteur doivent transmettre plusieurs renseignements importants aux spécialistes de la fabrication. Pour ce faire, elles leur remettront un document qui indique toutes les étapes de fabrication et d’assemblage des pièces du moteur. Ce document s’appelle une gamme de fabrication. C’est un peu comme une recette. La personne qui fabrique les pièces suit à la lettre les étapes décrites dans la gamme de fabrication (voir la figure 10). Quand on rédige une telle gamme, on doit toujours supposer que la personne qui s’en servira ignore tout du projet. Il est donc très important de décrire clairement chaque étape. La gamme de fabrication énumère tous les matériaux et les outils à utiliser. Elle indique aussi dans quel ordre il faut réaliser chaque opération et combien de temps cela prend. De plus, elle prévoit le nombre de travailleuses ou de travailleurs nécessaire pour chacune des étapes. Lorsque toutes les pièces sont prêtes, il faut les assembler. La gamme de montage décrit les étapes d’assemblage menant au produit final.

Figure 10 Un exemple de gamme de fabrication : la fabrication d’un ressort

Vérifie ce que tu as retenu

r fabrication, pourquoi faut-il suppose 1. Quand on prépare une gamme de re tout du projet ? que la personne qui s’en servira igno les pièces d’une bibliothèque. Tu as en 2. Imagine que tu doives assembler de toutes les pièces, la liste des outils main un feuillet qui t’indique la liste l plète d’assemblage. Que manque-t-i dont tu as besoin et la procédure com ? ion icat véritable gamme de fabr à ce feuillet pour qu’il s’agisse d’une SECTION 1

L’ingénierie

389

La matière première, le matériau et le matériel : trois termes à ne pas confondre Connais-tu la différence entre matière première, matériau et matériel ? À première vue, on pourrait penser que ces termes veulent tous dire la même chose. Pourtant, chacun a sa propre signification.

La matière première Une matière première est une substance d’origine naturelle qui subit une transformation. Par exemple, les arbres sont des matières premières. On les coupe pour fabriquer des planches ou du papier. Le fer est la matière première qui permet de produire l’acier. On emploie l’acier dans diverses applications comme la construction des poutres ou des rails. La bauxite est la matière première qui permet d’obtenir l’aluminium. On se sert des matières premières dans presque tous les domaines de l’industrie et tous les secteurs d’activité. Une fois transformées, les matières premières deviennent des matériaux (voir la figure 11).

L’automobile a bien changé depuis son apparition, il y a maintenant plus de 100 ans. Autrefois, l’acier était le matériau le plus utilisé dans la fabrication des autos. Aujourd’hui, on remplace de plus en plus souvent l’acier par l’aluminium afin d’alléger les véhicules. Cela permet d’améliorer la performance des automobiles, qui peuvent aller plus vite et consommer moins d’essence. Les voitures de haute performance, pour leur part, sont faites de matériaux composites. Par exemple, la carrosserie de la voiture de formule 1 que tu vois sur la photo est en fibres de carbone.

Du fer (matière première)

Des rails en acier (matériau)

Des arbres (matière première) Figure 11 Quelques matières

premières et les matériaux qu’on peut en tirer

390

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Des madriers de bois (matériau)

Le matériau On obtient un matériau en transformant une matière première. On peut ainsi l’utiliser pour fabriquer des appareils, des objets ou tout autre bien. Dans l’industrie, les matériaux sont des produits de base. La figure 12 te montre quelques grandes catégories de matériaux.

Les métaux (p. ex., l’aluminium)

La céramique

La pierre et le béton

Les matériaux composites (p. ex., la fibre de verre)

Les polymères (p. ex., le plastique)

Les textiles

Le verre Figure 12 Quelques grandes catégories

de matériaux

Le matériel Un matériel est un objet, un instrument, un outil ou une machine. On l’utilise pour extraire ou transformer des matières premières, ou pour fabriquer des produits. Un équipe ment peut donc faire partie du matériel (voir la figure 13).

Une paire de ciseaux

Figure 13 On considère

Une balance

Un brûleur

ces objets comme du matériel.

Vérifie ce que tu as retenu

ière première, matériau et matériel ? 1. Quelle est la différence entre mat , indique s’il s’agit d’une matière 2. Pour chacun des exemples suivants ériel. première, d’un matériau ou d’un mat c) Un niveau ier pap Du b) a) La laine d’un mouton f) Un crayon e) Une brique d) Du pétrole

SECTION 1

L’ingénierie

391

SECTION

2

Les systèmes technologiques Les systèmes

1 L’ingénierie

SECTION

L’univers technologique

2 Les systèmes technologiques

Les fonctions mécaniques élémentaires

p. 393

p. 396

SECTION

3 Les mouvements et les forces

SECTION

Les transformations de l’énergie p. 399

Les composantes d’un système p. 394 La fonction de liaison

p. 396

La fonction de guidage

p. 398

Le rôle de l’énergie

p. 399

Les formes d’énergie

p. 400

Les mécanismes de transformation de l’énergie p. 402

L’analyse des liaisons

p. 398

La locomotive à vapeur

p. 405

La production de l’hydroélectricité p. 406

La transformation de l’énergie est-elle efficace ? p. 406

SURVOL

Des objets techniques en interaction Nous avons vu dans la section précédente que les projets d’ingénierie peuvent être très variés. D’ailleurs, une meilleure connaissance des propriétés des matériaux ainsi que la mise au point de nouveaux matériaux élargissent sans cesse l’éventail des objets techniques que les ingénieures et les ingénieurs peuvent créer. Les objets techniques accomplissent une fonction. Cela exige une interaction entre chacune des composantes de l’objet et entre l’objet et son milieu. Lorsqu’un objet technique transforme la matière ou l’énergie, on parle de système technologique. Par exemple, un moteur électrique pour vélo transforme l’énergie électrique en énergie cinétique capable de faire avancer un vélo. Un système technologique est donc un ensemble composé des éléments suivants : des intrants (énergie ou matière de départ), un procédé de transformation et des extrants (énergie ou matière résultante). Un tel système est conçu pour accomplir une fonction précise. Très souvent, il existe également des mécanismes de contrôle qui vérifient si cette fonction est bien remplie.

392

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Les systèmes Une bicyclette est un système. Un système est composé de plusieurs soussystèmes. Chaque sous-système a sa fonction propre, et les différents soussystèmes sont en interaction. De plus, chaque sous-système comprend plusieurs pièces appelées composantes. La fonction principale d’une bicyclette est de supporter le poids d’une personne et de lui permettre de se déplacer. La figure 14 présente les différents sous-systèmes d’une bicyclette et leur fonction.

SYSTÈME :

La bicyclette

SOUS-SYSTÈME : FONCTION :

SOUS-SYSTÈME : FONCTION :

Éclairage Assurer l’éclairage avant et arrière à partir d’une source de courant autonome

SOUS-SYSTÈME :

Roue Amortir les chocs avec le sol et permettre le roulement de la bicyclette FONCTION :

Freinage Assurer le freinage de la bicyclette

SOUS-SYSTÈME :

Cadre Assurer la liaison des autres sous-systèmes et le maintien de la roue arrière

SOUS-SYSTÈME :

FONCTION :

FONCTION :

SOUS-SYSTÈME :

SOUS-SYSTÈME :

FONCTION :

FONCTION :

Transmission Assurer l’entraînement de la roue et le changement de vitesse

Selle Permettre au cycliste de s’asseoir

Direction Assurer le maintien de la roue avant et la direction de la bicyclette

Figure 14 Les sous-systèmes d’une bicyclette et leur fonction

SECTION 2

Les systèmes technologiques

393

Les composantes d’un système On utilise généralement des machines (ou systèmes technologiques) pour accomplir une tâche. Il faut normalement exercer une force pour mettre une machine en marche. Dans un système technologique, la force appliquée constitue l’un des intrants. Les intrants, c’est tout ce qui entre dans le système. Tout ce qui sort du système est un extrant. Les intrants peuvent être transformés ou non par le système. La tâche que la machine exécute constitue un procédé de transformation. Le résultat de ce procédé est un extrant.

Depuis l’apparition du travail à la chaîne, on a progressivement remplacé l’être humain par des robots. Ces machines effectuent les tâches monotones et répétitives. Elles sont contrôlées par des ordinateurs et sont plus rapides et plus précises que l’être humain. Cette évolution a transformé le marché du travail. Les usines cherchaient auparavant de la main-d’œuvre non qualifiée. Aujourd’hui, elles désirent du personnel capable d’entretenir et de programmer des robots de plus en plus complexes.

Prenons par exemple un éplucheur de pommes. Cet appareil est un système technologique. La figure 15 et le tableau 1 (à la page suivante) présentent ce système, ses intrants et ses extrants. La fonction de l’éplucheur est de peler des pommes. La pomme non pelée et la force nécessaire pour peler la pomme sont les deux intrants du système. La pomme pelée et les pelures sont les deux extrants du système.

Figure 15

Un système technologique : l’éplucheur de pommes

L’appareil applique une force sur la pomme. Mais la personne qui utilise l’éplucheur exerce également une force. En effet, c’est elle qui doit mettre la pomme en place. Elle doit également vérifier si la pomme est bien installée dans l’appareil avant de l’actionner. Cette étape de vérification fait aussi partie des intrants du système. Dans ce cas-ci, la vérification est faite par l’utilisatrice ou l’utilisateur. Il existe cependant des systèmes où la vérification et le contrôle sont programmés. Ils se font automatiquement. C’est le cas des lave-vaisselle et des machines à laver (voir la figure 16).

Figure 16 Sur le tableau de

commande du lave-vaisselle, un signal lumineux indique l’étape en cours. Ce signal est un extrant du système, car il donne de l’information à la personne qui utilise l’appareil.

394

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Tableau 1 Les intrants et les extrants de deux systèmes

Éplucheur de pommes Intrants

Extrants

Lave-vaisselle

Matières de départ

Pommes

Vaisselle sale Eau Détergent à vaisselle

Mécanismes de vérification et de contrôle

Ajustement manuel de la pomme

Sélection d’un cycle de lavage automatique

Source de l’énergie à fournir

Force musculaire

Électricité

Matières résultantes

Pommes pelées

Vaisselle propre

Information donnée à la personne qui utilise l’appareil Déchets et résidus Inconvénients

Signaux lumineux

Pelures de pommes

Eau usée Bruits de fonctionnement du système

Le tableau 1 donne les intrants et les extrants des deux systèmes illustrés aux figures 15 et 16. L’éplucheur de pommes est un exemple de système technologique ayant une fonction précise : éplucher des pommes. Comme tu l’as vu, il y a dans ce système des intrants et des extrants ainsi que des composantes. Dans un système, les mécanismes de transformation et de transmission du mouvement, de même que les machines simples, peuvent varier. Mais ils font toujours partie des composantes du système. Bref, tout ce qui a un rôle dans le fonctionnement de l’objet technique constitue une composante. S’il manque l’une des composantes, le système ne peut plus fonctionner correctement.

Vérifie ce que tu as retenu

giques autour de toi. Pense à une 1. Il existe plusieurs systèmes technolo suivantes : bouilloire et réponds aux questions technologique ? a) Quelle est la fonction de ce système b) Quels sont les intrants ? c) Quels sont les extrants ? pour faire fonctionner ce système ? d) Quel type d’énergie est nécessaire de vérification et de contrôle de e) Que peuvent être les mécanismes ce système ? ème technologique transforme de la 2. Dans chaque cas, indique si le syst matière ou de l’énergie. a) Un moteur de voiture b) Un mélangeur électrique c) Une lampe de table d) Un grille-pain SECTION 2

Les systèmes technologiques

395

Les fonctions mécaniques élémentaires Le concept de fonction est fondamental en technologie. La fonction est le rôle joué par un objet, un système, un sous-système ou une pièce. Un clou

Une vis

Il existe des fonctions mécaniques qu’on appelle fonctions mécaniques élémentaires. Ces fonctions sont à la base de la plupart des objets techniques. Les plus utilisées sont les fonctions de liaison et de guidage.

La fonction de liaison Une soudure

Un écrou

Figure 17 Quelques exemples d’organes

d’assemblage

Organe Un élément d’un système ayant une fonction précise.

La fonction de liaison est assurée par un organe d’assemblage qui relie deux pièces. La figure 17 te montre quelques organes d’assemblage. Il peut y avoir une liaison entre deux pièces seulement ou entre plusieurs pièces. La liaison est toujours : • directe ou indirecte ; • démontable ou indémontable ; • rigide ou élastique ; • complète ou partielle. Le tableau 2 décrit les huit types de liaisons possibles. Tableau 2 Les types de liaisons et leurs caractéristiques

Caractéristiques Liaison directe

Exemples

Cette liaison assemble des pièces sans utiliser d’intermédiaire. Les pièces assemblées doivent avoir des formes complémentaires.

Les blocs d’un jeu de construction s’emboîtent les uns dans les autres. Liaison indirecte

Cette liaison comporte un ou plusieurs organes d’assemblage. On ajoute de la matière, par exemple une autre pièce, afin de relier deux composantes.

Une poignée fixée à une porte à l’aide de vis Liaison démontable

On peut séparer à volonté les pièces liées sans détériorer l’organe ou les surfaces de liaison.

Un stylo et son capuchon

396

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Tableau 2 (suite)

Caractéristiques Liaison indémontable

Exemples

On ne peut pas séparer les pièces liées sans détériorer l’une d’elles ou l’organe d’assemblage.

Un bateau fabriqué avec des allumettes collées Liaison rigide

Cette liaison, par opposition à la liaison élastique, ne permet aucun changement de position des éléments assemblés.

Une table et ses quatre pieds Liaison élastique

L’organe de liaison s’aplatit ou s’étire pour permettre aux pièces de changer de position. Ces liaisons utilisent habituellement des ressorts ou des blocs de caoutchouc.

Une suspension reliée à un vélo Liaison complète

Cette liaison ne permet pas aux pièces de bouger l’une par rapport à l’autre. Contrairement au cas de la liaison partielle, si l’une des pièces bouge, elle entraînera l’autre dans le même mouvement.

Un manche fixé à la tête d’un marteau Liaison partielle

Dans cette liaison, l’une des pièces (la porte) peut bouger dans certaines directions sans que l’autre (le chambranle) ne se déplace.

Une porte fixée à son chambranle

SECTION 2

Les systèmes technologiques

397

L’analyse des liaisons Un assemblage possède toujours quatre caractéristiques parmi les huit qui décrivent la liaison. Le tableau 3 décrit les caractéristiques d’un crochet mural (voir la figure 18). Tableau 3 La liaison à l’aide d’un crochet mural

Directe ou indirecte ?

Le crochet doit être maintenu au mur par des vis. Il s’agit donc d’une liaison indirecte.

Démontable ou indémontable ?

On peut enlever les vis simplement avec un tournevis. Il s’agit donc d’une liaison démontable.

Rigide ou élastique ?

C’est une liaison rigide, car les vis ne permettent aucun mouvement du crochet par rapport au mur.

Complète ou partielle ?

La liaison est complète puisque ni le crochet ni le mur ne peuvent bouger.

Figure 18 Un crochet mural

La fonction de guidage Dans le guidage, une ou plusieurs pièces permettent à un élément de se déplacer d’une certaine façon. On trouve le guidage en rotation et le guidage en translation (voir le tableau 4). Tableau 4 Les deux types de guidages et leurs caractéristiques

Caractéristiques Guidage en rotation

Exemples

On permet seulement à une pièce un mouvement de rotation (circulaire ou oscillatoire). Ce genre de guidage utilise généralement des pièces de forme cylindrique.

Un support pour papier essuie-tout Guidage en translation

On permet seulement le mouvement en ligne droite (rectiligne ou alternatif). Ce genre de guidage utilise généralement des pièces en forme de prisme rectangulaire.

Un tiroir de bureau

398

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Vérifie ce que tu as retenu*

t la fonction est d’assembler 1. Nomme deux objets techniques don deux pièces. de la liaison produite dans 2. Décris les quatre caractéristiques chacun des cas suivants : son couvercle a) Un contenant de crème glacée et une punaise avec d illar bab un b) Une photo fixée sur m c) Un autocollant collé dans un albu la fonction est de guider t 3. Nomme deux objets techniques don une pièce. en rotation du guidage en 4. Qu’est-ce qui distingue le guidage chacun. translation ? Donne un exemple pour les connaissances sur les concepts qui * Ces questions permettent de vérifier B. abordés dans les modules du Manuel

seront

Les transformations de l’énergie Dans notre quotidien, nous utilisons de l’énergie sous plusieurs formes pour combler nos besoins. Par exemple, pour chauffer nos maisons, nous utilisons de l’énergie thermique tirée de l’électricité, du mazout, du gaz naturel, du bois, etc. Pour faire rouler nos voitures, nous employons l’énergie chimique fournie par l’essence, le diesel ou l’éthanol. Pour nous éclairer, nous utilisons l’énergie lumineuse d’une lampe, d’une chandelle ou d’une allumette. Il existe de nombreuses formes d’énergie. De plus, il est possible de passer d’une forme à l’autre, c’est-à-dire de transformer l’énergie, ou de la convertir.

Le rôle de l’énergie On emploie souvent le mot « énergie » dans le langage courant. Par exemple, tu peux dire qu’une personne déborde d’énergie, ou bien qu’elle n’a plus d’énergie. Par contre, ce mot a un sens particulier dans le domaine de la technologie. En technologie, on définit l’énergie comme la capacité d’un système à effectuer un travail, par exemple faire bouger des objets (pour la définition du travail, voir la page 421). Il y a des manifestations de l’énergie partout autour de toi. Les rayons du soleil, qui illuminent et chauffent la Terre, sont une forme d’énergie. L’électricité, qui fait fonctionner des appareils chez toi, est aussi une forme d’énergie.

SECTION 2

Les systèmes technologiques

399

Les formes d’énergie Voici 10 formes d’énergie différentes. L’énergie potentielle

Énergie mécanique Une énergie résultant de la somme de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique.

Pour transporter l’énorme quantité de pétrole nécessaire à la société moderne, il faut prendre les grands moyens. Les oléoducs sont de longs tuyaux. Ils transportent le pétrole à partir des gisements où il est extrait jusqu’aux raffineries. Parfois, le pétrole est transporté par oléoduc jusqu’à un port. On le charge ensuite dans un bateau qui l’emporte vers une raffinerie. Le pétrole raffiné est une source d’énergie chimique.

C’est l’énergie que possède un objet en raison de sa position au-dessus d’une surface. Une balle que tu tiens dans ta main a de l’énergie potentielle. Si tu la lâches, son énergie potentielle se transformera en énergie cinétique et elle se dirigera vers le sol. L’énergie potentielle est une forme particulière d’énergie mécanique.

L’énergie élastique C’est l’énergie que possède un objet lorsqu’on change sa forme en l’étirant ou en le comprimant. Un élastique étiré ou un ressort comprimé sont deux exemples d’objets qui emmagasinent de l’énergie élastique. Lorsqu’on cesse de leur appliquer une force, ces objets reprennent leur forme initiale. L’énergie élastique est une forme particulière d’énergie potentielle.

L’énergie cinétique C’est l’énergie des objets en mouvement. Une bicyclette et une voiture qui roulent possèdent de l’énergie cinétique. C’est la même chose pour la balle qu’on lance. L’énergie cinétique est une forme particulière d’énergie mécanique.

L’énergie lumineuse C’est une forme d’énergie qui te permet de voir les objets. En pénétrant dans tes yeux, elle déclenche la production de signaux particuliers. Ces signaux vont de tes yeux à ton cerveau. Ils te renseignent sur ce que tu vois. L’énergie lumineuse est une forme particulière d’énergie électromagnétique (voir La Terre et l’espace, à la page 354).

L’énergie électrique Cette forme d’énergie sert à faire fonctionner des appareils tels que les téléviseurs et les ordinateurs. On l’utilise aussi pour alimenter les systèmes d’éclairage et certains systèmes de chauffage.

400

L’ENCYCLO

L’univers technologique

L’énergie magnétique C’est la forme d’énergie emmagasinée dans les aimants. Lorsque tu rapproches deux aimants de mêmes pôles l’un de l’autre (deux pôles sud ou deux pôles nord), ils se repoussent. Si tu places l’un près de l’autre deux aimants de pôles différents, ils s’attirent.

L’énergie thermique Cette forme d’énergie est présente dans tous les objets. Lorsqu’un objet renferme beaucoup d’énergie thermique, il est chaud au toucher. S’il renferme très peu d’énergie thermique, il est froid au toucher (voir L’univers matériel, à la page 185).

L’énergie chimique C’est la forme d’énergie qui se dégage au cours d’une réaction chimique. L’énergie chimique contenue dans l’essence fait tourner le moteur des voitures. Ton organisme utilise l’énergie chimique contenue dans les aliments. Cela te permet entre autres de bouger.

Réaction chimique Une réaction qui se produit lorsque des liens entre des atomes se brisent et qu’il se forme de nouvelles molécules.

L’énergie nucléaire

L’énergie sonore C’est l’énergie produite lorsque la matière vibre. Cette énergie fait bouger les osselets (petits os) de tes oreilles. Ces mouvements sont transmis à des cellules nerveuses puis au cerveau. Ce dernier te renseigne sur ce que tu entends.

Les moulins à vent sont d’origine très ancienne. Ils servaient souvent à actionner une meule pour moudre les grains de céréales ou à pomper de l’eau. Les moulins à vent constituent en fait des éoliennes rudimentaires. On pense qu’ils ont été utilisés en Perse (dans l’Iran actuel) dès le 7e siècle après Jésus-Christ.

SC I E N T I F I Q U E

C’est la forme d’énergie que possèdent les noyaux des atomes. Il faut des techniques spéciales pour libérer l’énergie nucléaire contenue dans des substances radioactives comme l’uranium.

H I STO I R E

SECTION 2

Les systèmes technologiques

401

Les mécanismes de transformation de l’énergie En Gaspésie, la petite municipalité de Cap-Chat possède l’une des plus grandes éoliennes au monde. Cette éolienne est haute comme un édifice de 30 étages. Elle a été construite pour la recherche scientifique et elle ne fonctionne plus aujourd’hui. Toutefois, elle demeure un symbole de cette forme d’énergie renouvelable au Québec.

Il est impossible de créer ou de détruire de l’énergie. L’énergie peut seulement être transformée, c’est-à-dire passer d’une forme à une autre. On parle alors de transformation de l’énergie, ou de conversion (voir L’univers matériel, à la page 198). Il existe différentes façons de passer d’une forme d’énergie à une autre. On peut parfois transformer l’énergie de façon directe. Le tableau 5 présente ce type de transformation. Mais souvent, on ne peut pas passer directement à la forme d’énergie désirée. On doit utiliser des transformations intermédiaires. Nous verrons aux pages 405 et 406 deux exemples illustrant des transformations intermédiaires.

Tableau 5 Des transformations directes de l’énergie

Forme d’énergie au départ

Forme d’énergie obtenue

Description

Thermique

Cinétique

Le soleil réchauffe l’air. L’air chaud, plus léger, s’élève au-dessus de l’air froid. Ces courants d’air créent les vents.

Électromagnétique

Électrique

L’énergie électromagnétique du soleil est captée par des panneaux solaires et transformée en courant électrique.

Cinétique

Électrique

Les centrales marémotrices utilisent l’énergie cinétique des marées pour faire tourner des turbines et produire de l’électricité.

Les éoliennes sont de grands moulins à vent. L’énergie cinétique du vent fait tourner leurs pales et produit de l’électricité.

402

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Illustration

Tableau 5 (suite)

Forme d’énergie au départ

Forme d’énergie obtenue

Chimique

Cinétique

Description

Illustration

Tes muscles convertissent l’énergie chimique contenue dans la nourriture que tu manges en énergie musculaire (ou cinétique). Cela te permet de bouger.

Les moteurs utilisent l’énergie chimique contenue dans l’essence. Ils la transforment en énergie cinétique, ce qui fait rouler les voitures.

Électrique

Chimique

Lorsque de l’énergie électrique est produite, il est possible de l’emmagasiner dans des piles. Au cours de cette opération, l’énergie électrique est transformée en énergie chimique.

Cinétique

Un batteur ou un malaxeur utilise l’énergie électrique pour exécuter un mouvement circulaire, ce qui mélange les aliments.

Thermique

Les systèmes de chauffage électriques de nos maisons s’alimentent en énergie électrique. Ils transforment cette énergie en chaleur (ou énergie thermique) pour nous garder au chaud l’hiver.

Lumineuse

Les ampoules transforment l’énergie électrique en énergie lumineuse pour nous éclairer.

SECTION 2

Les systèmes technologiques

403

Le pire accident nucléaire de l’histoire civile a eu lieu à Tchernobyl, en Ukraine. C’était le 26 avril 1986. L’explosion de l’un des quatre réacteurs de la centrale a produit des retombées radioactives sur toute l’Europe. Cette catastrophe aurait causé la mort de plus de 60 000 personnes. Encore aujourd’hui, la population avoisinante subit les conséquences de cet accident.

SC I E N T I F I Q U E

Tableau 5 (suite)

H I STO I R E

404

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Forme d’énergie au départ

Forme d’énergie obtenue

Description

Électrique (suite)

Sonore

Un poste de radio ou un téléviseur transforme l’énergie électrique en énergie sonore.

Potentielle

Cinétique

Lorsque les wagons des montagnes russes commencent à descendre une pente, leur énergie potentielle se transforme en énergie cinétique.

Électrique

L’eau s’accumule dans les réservoirs situés en amont (avant) des barrages hydroélectriques. Lorsqu’elle est relâchée, son énergie potentielle peut être transformée en énergie cinétique. Les turbines transformeront cette dernière en électricité (voir la figure 20, page 406).

Élastique

Cinétique

Quand on relâche un élastique étiré, il retrouve sa forme dans un mouvement rapide.

Nucléaire

Thermique

Les centrales nucléaires utilisent l’énergie contenue dans le noyau des atomes pour chauffer de l’eau. On peut ensuite se servir de la vapeur obtenue pour produire de l’électricité.

Illustration

La locomotive à vapeur

La vapeur

La locomotive

La chaudière

L’eau liquide Le tuyau à vapeur

Le cylindre Le piston

Le foyer

La tige de piston La bielle

Figure 19 Les transformations de l’énergie dans la locomotive à vapeur

La manivelle La roue

La locomotive à vapeur est une machine à vapeur qu’on utilisait autrefois. Cette locomotive est un système qui réalise plusieurs transformations d’énergie intermédiaires (voir la figure 19). Tout commence avec le charbon, une source d’énergie chimique. La combustion du charbon transforme son énergie chimique en énergie thermique. Cette énergie thermique sert à chauffer de l’eau et à produire de la vapeur. La vapeur actionne des pistons qui, en générant de l’énergie cinétique, font tourner les roues. Les pistons actionnent aussi un alternateur qui produit de l’électricité pour le chauffage et l’éclairage. L’énergie électrique excédentaire est emmagasinée dans des piles sous forme d’énergie chimique. Cette énergie chimique est conservée afin d’être reconvertie plus tard en lumière et en chaleur. SECTION 2

Les systèmes technologiques

405

La production de l’hydroélectricité L’eau des rivières ou des fleuves peut être retenue par un barrage. Elle emmagasine à ce moment de l’énergie potentielle. Quand l’eau est libérée, elle gagne de l’énergie cinétique. Son mouvement entraîne des turbines qui produisent de l’électricité. Celle-ci est transportée vers les maisons et les usines (voir la figure 20). Le déversoir

Le barrage Énergie potentielle

Les lignes de transmission

Le réservoir d’eau

De plus en plus, on cherche à remplacer les combustibles fossiles tels que le pétrole, le gaz naturel et le charbon. On cherche à utiliser d’autres sources d’énergie et à promouvoir l’emploi d’énergies propres, c’est-à-dire non polluantes. On organise par exemple des compétitions pour encourager le développement de véhicules entièrement propulsés à l’énergie solaire. On est encore bien loin de concevoir ces voitures dans un but commercial. Mais elles parcourent quand même des milliers de kilomètres avec pour seule énergie les rayons du soleil.

Le canal d’amenée

Énergie électrique

L’alternateur La turbine

Énergie cinétique

Figure 20 Des transformations énergétiques ont lieu quand on produit de

l’hydroélectricité. La centrale hydroélectrique convertit l’énergie cinétique de l’eau en énergie électrique.

La transformation de l’énergie est-elle efficace ? Lorsque l’énergie passe d’une forme à l’autre, elle ne se transforme jamais entièrement. Pour déterminer l’efficacité ou le rendement d’un système énergétique, on calcule le pourcentage de l’énergie qui s’est réellement transformée dans la forme désirée. Si un système réussit à transformer la majeure partie de l’énergie, on dit qu’il est efficace ou qu’il a un bon rendement. Sinon, on dit qu’il est inefficace ou qu’il a un mauvais rendement. L’énergie qui n’a pas pris la forme voulue n’est pas disparue. Elle a simplement pris une autre forme. En réalité, on ne peut ni détruire ni créer de l’énergie. Dans beaucoup de cas, l’énergie s’est dissipée sous forme de chaleur. C’est le cas par exemple des ampoules électriques, qui deviennent chaudes lorsqu’on les allume.

406

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Tu as vu dans le tableau 5 (voir la page 402) que l’énergie électromagnétique du soleil peut se transformer en énergie électrique. La figure 21 présente le rendement énergétique d’un panneau solaire. Actuellement, les panneaux solaires ont une efficacité d’environ 14 %. Cela signifie que 14 % de tous les rayons lumineux qui frappent les panneaux sont absorbés et transformés en électricité. Une partie des autres rayons est transformée en chaleur. Une autre partie ne subit aucune transformation. Autrement dit, les rayons sont réfléchis et retournent vers l’atmosphère. C’est une des raisons qui expliquent pourquoi on emploie peu les panneaux solaires : il faut installer beaucoup de panneaux pour obtenir une petite quantité d’énergie électrique.

L’énergie émise sous forme de chaleur

L’énergie réfléchie

En 1879, Thomas Edison a inventé la première ampoule électrique efficace. Cette ampoule de verre contenait un filament de charbon sous vide. Edison faisait passer un courant électrique dans ce filament. Le charbon, ainsi chauffé à haute température, produisait de la lumière. Autrefois, les ampoules et le chauffage électrique n’existaient pas. Les gens brûlaient de l’huile provenant de graisses animales pour s’éclairer et ils brûlaient du bois pour se chauffer. Figure 21 Le rendement énergétique d’un panneau solaire

SC I E N T I F I Q U E

L’énergie absorbée

H I STO I R E

Vérifie ce que tu as retenu

s le domaine de la technologie ? 1. Que veut dire le mot « énergie » dan ergie différentes : l’énergie potentielle, 2. Nous avons présenté 10 formes d’én ue, magnétique, thermique, élastique, cinétique, lumineuse, électriq cune de ces formes d’énergie, donne chimique, nucléaire et sonore. Pour cha e qui l’utilise ou qui la transforme. un exemple de système technologiqu ossible de créer ou de détruire de 3. Que signifie l’expression : « Il est imp l’énergie » ? tion de transformer l’énergie chimique 4. Le moteur à combustion a pour fonc able de faire rouler une voiture. de l’essence en énergie cinétique cap un système de refroidissement ? Pourquoi un tel moteur possède-t-il

SECTION 2

Les systèmes technologiques

407

SECTION

3

Les mouvements et les forces Les types de mouvements

p. 410

Qu’est-ce qui déclenche le mouvement ? p. 411 Qu’est-ce qui ralentit le mouvement ? p. 411

Les effets d’une force

p. 414

Les types de forces

p. 414

Les cinq machines simples p. 417 1 L’ingénierie

SECTION

L’univers technologique

2 Les systèmes technologiques

SECTION

Les machines simples

p. 416

3 Les mouvements et les forces

SECTION

Comment les machines simples nous facilitent-elles la vie ? p. 421 Les systèmes mécaniques

p. 422

La chaîne et les roues dentées p. 424 La courroie et les poulies La transmission du mouvement p. 423

La transformation du mouvement p. 427

p. 424

Les engrenages p. 425 Les roues à friction

p. 426

La poulie

p. 426

La bielle et la manivelle

p. 428

La came et la tige guidée

p. 428

Le pignon et la crémaillère

p. 429

La vis et l’écrou p. 429

408

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Le levier

p. 417

Le plan incliné

p. 418

La poulie

p. 419

Le coin

p. 420

Les roues et les essieux

p. 420

SURVOL

Comme un mouvement de dominos Au cours de la section précédente, nous avons commencé notre analyse des systèmes technologiques en étudiant leurs composantes, leurs fonctions et leurs mécanismes de contrôle. Nous allons maintenant poursuivre cette étude en regardant de plus près les mouvements des systèmes mécaniques. Nous verrons que ces mouvements sont engendrés par des forces. En effet, une force peut mettre en mouvement une pièce ou modifier son mouvement. Cependant, une force mal dirigée ou trop intense peut aussi entraîner une déformation ou un bris. Il suffit généralement de mettre en mouvement une première pièce pour obtenir le résultat recherché. En effet, un système technologique est un ensemble de machines simples capable de transmettre un mouvement d’une pièce à l’autre, de façon à s’assurer que le système accomplisse bien sa fonction. Nous verrons qu’il existe des mécanismes capables de transmettre le mouvement, et aussi des mécanismes capables de le transformer.

L’exploration spatiale prend une nouvelle tournure. Jusqu’à maintenant, les vols dans l’espace ont surtout servi à l’avancement de la science. Mais aujourd’hui, d’ambitieux projets d’ingénierie rendent possible le tourisme spatial. Le 21 juin 2004, le Space Ship One a été le premier engin privé à grimper jusqu’à 100 km d’altitude. Imagine la force qu’il a fallu pour que cet engin se mette en mouvement et atteigne l’espace ! Les voyages spatiaux pour touristes fortunés ne sont peut-être pas si lointains !

SECTION 3

Les mouvements et les forces

409

Les types de mouvements Dans ta classe et dans la rue, il y a des personnes et des objets qui bougent et se déplacent. As-tu déjà essayé de compter le nombre de mouvements différents que tu peux observer dans une journée ? En fait, on peut ramener tous ces mouvements à seulement quatre types ! En effet, les scientifiques pensent que tous les mouvements sont des combinaisons des quatre mouvements simples suivants : 1. le mouvement rectiligne ; 2. le mouvement alternatif ; 3. le mouvement circulaire ; 4. le mouvement oscillatoire. La figure 22 décrit ces mouvements simples et donne un exemple pour chacun.

Une planche à roulettes est un exemple de mouvement rectiligne. Un mouvement rectiligne décrit une ligne droite.

Un mouvement alternatif est un mouvement rectiligne qui s’effectue régulièrement dans un sens puis dans l’autre. Un piston de trompette, par exemple, produit un mouvement alternatif.

Lorsque tu fais un tour dans la grande roue d’un parc d’attractions, dans un carrousel ou dans un autre manège du même genre, tu fais l’expérience d’un mouvement circulaire. Un mouvement circulaire décrit une courbe ou un cercle.

Une balançoire effectue un mouvement circulaire dans un sens puis dans l’autre. Elle décrit un mouvement oscillatoire, qui est un mouvement de va-et-vient autour d’un point central.

Figure 22 Les quatre types de mouvements simples

410

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Observe les êtres vivants ou les objets qui se déplacent. Tu te dis peut-être qu’ils n’effectuent pas seulement l’un des quatre types de mouvements simples. Cela est dû au fait que les mouvements peuvent se combiner. C’est le cas dans les systèmes mécaniques. Ceux-ci fonctionnent grâce aux différents mouvements de leurs parties. Ils comportent rarement un seul type de mouvement. Chaque mouvement a une fonction particulière.

Qu’est-ce qui déclenche le mouvement ? Pour se déplacer sur son vélo, le garçon de la figure 23 doit fournir un effort. Il faut qu’il pédale. Il exerce donc une force pour avancer. On peut dire qu’un mouvement ne peut se déclencher de lui-même. Il faut qu’une force le provoque. Quand tu lâches un objet au-dessus du sol, il tombe. Qu’est-ce qui provoque ce mouvement ? C’est un type de force appelé force gravitationnelle. Tu sais qu’on mesure les distances en mètres ou en kilomètres. Les forces, quant à elles, sont mesurées en newtons. On a adopté ce nom en l’honneur du savant et mathématicien Isaac Newton. Ce dernier a formulé la loi de la gravitation universelle (voir La Terre et l’espace, à la page 355). On peut mesurer une force à l’aide d’un appareil appelé dynamomètre (voir la Boîte à outils, à la page 461).

Force gravitationnelle La force qui attire les objets vers le centre de la Terre. Plus la masse d’un objet est grande, plus cet objet est attiré fortement. Frottement La force qui ralentit le mouvement de deux corps en contact.

Reprenons l’exemple du garçon qui conduit sa bicyclette. Supposons qu’il donne quelques coups de pédales et qu’il cesse par la suite de pédaler. Le vélo continuera d’avancer pendant un certain temps, puis il s’immobilisera. Pourquoi le vélo s’arrête-t-il ? À cause du frottement de l’air, des pièces en mouvement de la bicyclette et du contact entre les pneus et le sol. En effet, l’asphalte de la rue entre en contact avec le caoutchouc des pneus, et ce frottement ralentit la bicyclette. Le frottement est donc une force qui s’oppose au mouvement (voir la figure 23).

Force exercée pour avancer

Figure 23 La force de frottement

(flèche jaune) fait ralentir les roues de la bicyclette.

Isaac Newton (1642-1727) était un mathématicien, un physicien, un astronome et un philosophe anglais. Il a démontré que c’est la force gravitationnelle qui fait tomber tout objet sur le sol. C’est aussi cette force qui fait tourner la Lune autour de la Terre. La gravité permet d’expliquer plusieurs autres phénomènes comme les marées, les phases de la Lune et les saisons.

SC I E N T I F I Q U E

Qu’est-ce qui ralentit le mouvement ?

H I STO I R E

Force de frottement

SECTION 3

Les mouvements et les forces

411

Le type de sol est un facteur important dans le mouvement d’une bicyclette. En effet, les caractéristiques du sol ont un effet sur le frottement. As-tu déjà essayé de rouler en vélo sur l’herbe ou sur le sable ? Il est beaucoup plus difficile de pédaler sur ces surfaces que sur de l’asphalte. C’est parce que la force de frottement est plus grande. Il faut donc appliquer une force plus grande pour combattre cette force de frottement (voir la figure 24).

Figure 24 La force de frottement

(flèche jaune) que subit un vélo est beaucoup plus grand dans l’herbe que sur l’asphalte.

Profil aérodynamique Une forme conçue pour offrir le moins de résistance possible à l’air. On essaie de donner ce genre de profil aux voitures et aux avions.

Figure 25 Un autobus subit une

plus grande résistance de l’air qu’une voiture au profil aérodynamique.

412

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Imagine une voiture qui file sur la route. Le contact entre les pneus et la chaussée cause du frottement et ralentit la voiture. Mais la résistance de l’air cause également du frottement. Plus la voiture a une forme carrée, plus la résistance que cause l’air est grande (voir la figure 25). C’est pourquoi il y a des personnes qui travaillent à donner un profil aérodynamique aux voitures. Ces dernières offrent ainsi moins de résistance à l’air.

Le frottement n’est pas toujours nuisible ! Les vélos et les automobiles se servent du frottement pour freiner. Par exemple, lorsque tu appuies sur la poignée de freinage d’un vélo, cette action est transmise au mécanisme de freinage. Alors, un petit caoutchouc vient s’appuyer sur la roue de la bicyclette et la fait ralentir par frottement. La figure 26 montre le mécanisme de freinage d’une bicyclette.

Dans une soufflerie, des scientifiques testent la résistance de l’air sur des voitures ou des avions. Ces tests consistent à placer un objet dans une salle où on simule les effets de la résistance de l’air. Les résultats obtenus peuvent servir à réduire la consommation de carburant. Ils peuvent aussi permettre d’améliorer la stabilité de la conduite, d’augmenter le rendement des circuits de refroidissement du moteur, de réduire le bruit causé par le vent, etc.

Figure 26 C’est le frottement qui permet au vélo de freiner.

Vérifie ce que tu as retenu*

ents simples. Donne un exemple 1. Nomme les quatre types de mouvem pour chacun. un mouvement ? 2. Que faut-il faire pour déclencher forces ? 3. a) Quelle est l’unité de mesure des une force ? urer mes de et perm b) Quel instrument voiture sur le sol. Même si ta 4. Imagine que tu pousses une petite a toujours par s’immobiliser. poussée est très forte, la voiture finir Explique pourquoi. aler à vélo sur de l’herbe que sur 5. Pourquoi est-il plus difficile de péd de l’asphalte ? oiseau l’aide à voler dans les airs. 6. a) Explique comment la forme d’un poisson l’aide à nager dans l’eau. b) Explique comment la forme d’un ver de terre l’aide à se déplacer c) Explique comment la forme d’un dans la terre. elle déploie une série de parachutes. 7. Lorsqu’une navette spatiale atterrit, nt la navette à freiner. Explique comment les parachutes aide * Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

les connaissances sur les concepts qui

seront abordés

SECTION 3

Les mouvements et les forces

413

Les effets d’une force Une force est une action mécanique qui peut mettre un objet en mouvement. Une force peut aussi modifier la vitesse ou la trajectoire d’un objet déjà en mouvement. De plus, une force peut déformer un objet.

Les types de forces Lorsqu’on exerce une force sur un objet, on peut le mettre en mouvement ou modifier son mouvement. On peut aussi le déformer ou le briser. Par exemple, la force de frottement exercée par l’asphalte sur les pneus d’une voiture est une force de cisaillement, car le mouvement de la voiture et la force de frottement s’exercent en sens inverse l’un de l’autre. Par contre, la force de frottement exercée par la résistance de l’air est une force de compression : si la carrosserie et le parebrise étaient moins résistants, ils auraient tendance à s’écraser. Le tableau 6 décrit les différents types de forces qu’on peut exercer sur les objets. Tableau 6 Les types de forces les plus courantes

Type de force

414

Description

Force de flexion

En gymnastique, lorsque l’athlète appuie ou tire sur la barre, son poids applique une force de flexion. La barre a tendance à plier sous l’effet de cette force.

Force de traction

Lorsqu’on tire dans une direction pour étirer un objet, il s’agit d’une traction. Par exemple, une personne qui tire sur une corde exerce une traction sur celle-ci.

Force de compression

La compression est le contraire de la traction. C’est une force qu’on applique pour comprimer un objet. Par exemple, quand tu écrases une éponge, tu exerces une force de compression.

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Schéma

Exemple

Tableau 6 (suite)

Type de force

Description

Force de torsion

Lorsque tu visses ou dévisses un couvercle, tu appliques une force de torsion. Les deux objets, soit le couvercle et le pot, tournent dans le sens contraire.

Force de cisaillement

Si on tire sur chaque extrémité d’une plaque de métal dans des directions opposées, celle-ci aura tendance à se briser. Elle se cisaillera ou se déchirera.

Schéma

Exemple

Vérifie ce que tu as retenu

plus courantes. Donne un exemple 1. Nomme les cinq types de forces les pour chaque type. s les situations suivantes ? 2. Quel est le type de force en jeu dan e de papiers-mouchoirs. a) Je prends un mouchoir dans une boît b) Je m’assois sur une chaise. c) J’essore une serviette mouillée. d) Je déchire une feuille de papier. ulatrice. e) J’appuie sur une touche de ma calc SECTION 3

Les mouvements et les forces

415

Les machines simples Mei Ling et Chang vont rejoindre des amis au chalet. Ils aperçoivent un énorme tronc d’arbre au milieu de la route. Impossible de le contourner ! Et l’arbre est trop lourd pour être déplacé sans aide.

Figure 27 Que peuvent faire Mei Ling et Chang pour continuer leur chemin ?

Il existe des moyens pour déplacer des objets comme l’arbre de la figure 27. Ces moyens sont les machines simples (voir la figure 28). Il en existe cinq types : 1. le levier ; 2. le plan incliné ; 3. la poulie ; 4. le coin ; 5. les roues et les essieux.

Le levier

Le plan incliné

Le coin

La poulie

Les roues et les essieux Figure 28 Ces cinq types de machines simples peuvent nous aider à soulever

ou à transporter des charges.

416

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Les cinq machines simples Les machines simples exercent trois fonctions principales : 1. elles transmettent des forces ; 2. elles changent la direction d’une force ; 3. elles modifient l’intensité (la grandeur) d’une force.

Le levier

Un ouvre-bouteille

Un marteau

Un tournevis

Figure 29 Ces trois objets peuvent servir de levier.

Plusieurs objets fonctionnent sur le principe du levier (voir la figure 29). Dans un levier, une tige mobile repose sur un point d’appui qu’on appelle pivot (voir la figure 30). À une extrémité de la tige mobile se trouve la charge. C’est ce qu’il faut soulever ou déplacer. On applique une force à l’autre extrémité de la tige mobile. Un levier possède donc trois composantes : le pivot, la charge et la force. La partie de la tige située entre le pivot et la force est le bras de levier. La partie de la tige comprise entre le pivot et la charge se nomme bras de charge. La charge

La force (ou l’effort) C

F

Le bras de charge Figure 30 Le schéma

d’un levier

Le bras canadien des navettes spatiales (en anglais Canadarm) est une application intéressante du levier en ingénierie. Chaque partie du bras est un levier. Ce bras sert à déplacer de lourdes charges. Il peut ainsi mettre en orbite des satellites à partir de la soute de la navette. La nouvelle version du bras, montée sur la Station spatiale internationale, est encore plus perfectionnée : elle possède deux bras, capables d’effectuer des manœuvres très délicates.

Le bras de levier P Le pivot (le point d’appui)

Il existe d’autres leviers que celui de la figure 30. En effet, on peut changer la position d’une des composantes du levier. En déplaçant le pivot, la charge ou la force, on obtient les trois types de leviers (voir la figure 31, à la page suivante). SECTION 3

Les mouvements et les forces

417

F F

P C

P F

C P

C C

C F

P

Le levier inter-appui. Dans ce type de levier, le pivot se situe entre la force et la charge. Une paire de ciseaux en est un exemple. On utilise un levier inter-appui dans les travaux qui demandent de la force ou de la précision. C La charge

F La force

F

F

P

C

P

Le levier inter-résistant. Ce type de levier exerce toujours une force plus grande sur la charge que la force fournie. La charge se situe entre la force et le pivot. Une brouette est un exemple de ce type de levier.

Le levier inter-moteur. La force s’exerce entre le pivot et la charge. Avec ce type de levier, on doit exercer sur le levier une force plus grande que celle que le levier exerce sur la charge. Cependant, on peut déplacer la charge très rapidement. C’est exactement ce que fait un une joueuse ou un joueur de hockey qui frappe une rondelle.

P Le pivot

Figure 31 Les trois types de leviers

Le plan incliné

a) Une pente faible

ce

an

La

t dis

o arc àp

r

uri

La hauteur

ce à

stan

i La d

r ouri parc

La hauteur

Le plan incliné possède une pente. Cette pente réduit la force que l’on doit exercer pour soulever une charge ou un objet. En fait, le plan incliné permet d’exercer la force dans une direction différente. Au lieu de soulever l’objet, on le pousse. Cela requiert moins de force. C’est la même chose lorsqu’on monte une côte. Quand la pente est faible, elle est plus facile à monter. Par contre, la distance à parcourir pour s’élever à une hauteur donnée est plus grande. Quand la pente est abrupte, il faut déployer plus de force pour monter, mais la distance à parcourir pour atteindre la même hauteur est plus courte (voir la figure 32).

b) Une pente abrupte

Figure 32 La valeur de la pente influe sur la distance à parcourir pour atteindre une hauteur donnée.

418

L’ENCYCLO

L’univers technologique

La poulie La poulie est une autre machine simple qui nous aide à soulever des charges. Une poulie est composée d’une roue munie d’une corde ou d’une chaîne. La corde ou la chaîne s’insère dans la gorge de la roue. Il existe deux types de poulies : la poulie fixe et la poulie mobile (aussi appelée poulie folle) [voir la figure 33].

a) Une poulie fixe

b) Une poulie mobile

Gorge (d’une poulie) La partie creuse et étroite de la poulie dans laquelle passe la corde ou la chaîne.

Figure 33 Les deux types de poulies

La poulie fixe ne diminue pas la force nécessaire pour effectuer un travail. Elle permet seulement de changer la direction de cette force. Par exemple, lorsque tu tires le cordon d’un store vénitien vers le bas, le store remonte. Seule la direction de la force change. La force exercée par ton bras est égale à la force appliquée sur le store (voir la figure 34). Figure 34 Un store vénitien

est muni d’une poulie fixe.

Pour diminuer la force nécessaire pour effectuer un travail, on utilise une poulie mobile. Une extrémité de la corde est fixée au plafond. La charge est reliée directement à la poulie. La charge et la poulie suivent donc le même mouvement. La force est exercée vers le haut, soit dans la même direction que la charge et la poulie. Cependant, cette force équivaut à la moitié de la force qu’il aurait fallu exercer sans la poulie. Cela s’explique par le fait que la corde fixée au plafond supporte la moitié de la charge. Il est possible de combiner plusieurs poulies mobiles. Ainsi, on diminue encore plus la force nécessaire pour déplacer une charge. On peut aussi combiner une poulie fixe et une poulie mobile. Ce système s’appelle palan. Il offre les avantages des deux types de poulies : la force est exercée vers le bas, et elle n’est que la moitié de celle qui serait nécessaire sans les deux poulies (voir la figure 35). Les pompes qu’on emploie pour remonter le pétrole à la surface sont munies de palans (voir la figure 36).

Figure 35 Un palan est un système qui combine

les poulies fixes et les poulies mobiles.

Figure 36 Cette pompe à pétrole

comprend plusieurs poulies et un levier. Ces machines élèvent et abaissent les soupapes des pompes afin de faire monter le pétrole à la surface. SECTION 3

Les mouvements et les forces

419

Le coin Le coin est en général un prisme triangulaire. On l’utilise pour exercer une force sur un objet. Par exemple, le coin peut être utile pour décoller deux pièces l’une de l’autre. Pour cela, on insère la partie la plus fine du coin entre les deux pièces. On peut ensuite exercer une force pour séparer les pièces. La hache est un exemple de coin (voir la figure 37). Les coins peuvent aider à saisir des objets qu’on doit soulever. En glissant un coin sous un objet, on libère un espace pour placer ses doigts. Plus le coin est long et plus sa pente est faible, moins il est nécessaire de déployer de force. Cependant, il faut pousser le coin sur une plus grande distance.

Une hache

Le bout d’un clou

Un coin pour soulever un meuble

Figure 37 Quelques exemples de coins

Les roues et les essieux Essieu Une longue tige dont les extrémités entrent dans une ou plusieurs roues.

Figure 38 Le treuil est une application de machine simple composée de roues et d’essieux.

420

L’ENCYCLO

L’univers technologique

La machine simple composée de roues et d’essieux est très utilisée dans la vie de tous les jours. Par exemple, tu peux traîner une boîte directement sur le sol. Mais ce sera beaucoup plus facile si tu la mets dans un chariot et si tu pousses celui-ci. Les roues d’une bicyclette ou d’une automobile, les treuils et les moulins à vent sont des exemples de machines utilisant le principe de la roue et de l’essieu (voir la figure 38).

Comment les machines simples nous facilitent-elles la vie ? Grâce aux machines simples, on a besoin de moins de force pour effectuer un travail. Pour mieux comprendre, examinons plus en détail le concept de travail. Dans le domaine de la science et de la technologie, le mot « travail » a un sens particulier. Le travail est le résultat qu’on obtient lorsqu’on exerce une force sur un objet et qu’on le déplace sur une certaine distance. Supposons que ton sac à dos se trouve par terre. Si tu le prends et que tu le déposes sur ton bureau, on peut dire que tu as effectué un travail sur ton sac. Tu as tiré ton sac vers le haut et le sac s’est déplacé également vers le haut. C’est la même chose pour les machines simples dont on a parlé jusqu’à présent. Elles peuvent aussi accomplir un travail.

Figure 39 Des leviers

en plein travail

La figure 39 donne un exemple de travail fait par un levier. Chaque homme effectue un travail puisqu’il applique une force sur le levier. Celui-ci se déplace dans la direction de cette force. Le levier fait aussi un travail. Il applique une force sur la charge et la déplace vers le haut. Ainsi, les objets et les machines, comme les gens, peuvent effectuer du travail. La définition du travail en science et technologie est la suivante :

travail = force appliquée x distance

Rappelle-toi que le travail est le résultat que l’on obtient. En effet, le travail est toujours le même, qu’on utilise ou non une machine simple. Par exemple, tu peux soulever une charge d’une hauteur de deux mètres en la portant dans tes bras. Dans ce cas, tes bras fournissent la totalité de la force nécessaire. Mais tu peux aussi déplacer cette charge à l’aide d’un plan incliné. Cette fois, la force exercée par tes bras est plus faible, mais la distance à parcourir est plus grande. Dans les deux cas, le résultat est le même. Le travail est donc le même. SECTION 3

Les mouvements et les forces

421

Reprenons l’exemple de la poulie. La figure 33, à la page 419, montre une poulie fixe et une poulie mobile. Chaque poulie mobile diminue de moitié la force nécessaire pour soulever une charge. Voyons ce qui se passe à l’aide d’un exemple. On désire soulever une charge. Avec une poulie mobile, la force exercée pour soulever cette charge est de trois newtons au lieu de six newtons. Par contre, pour soulever la charge, il faut tirer la corde sur quatre mètres au lieu de deux mètres. La force multipliée par la distance (dans un cas 3 N x 4 m et, dans l’autre cas, 6 N x 2 m) donne bel et bien la même quantité de travail, soit 12 N·m.

Les systèmes mécaniques : des machines simples combinées Gain mécanique La différence entre la force requise pour déplacer une charge sans aide et la force nécessaire pour la déplacer à l’aide d’une machine simple ou d’un système mécanique.

On peut combiner deux ou plusieurs machines simples. On obtient alors un système mécanique. Les systèmes mécaniques effectuent un travail, comme les machines simples. Ils permettent souvent d’obtenir un gain mécanique encore plus grand. Autrement dit, ils peuvent déplacer des charges encore plus facilement qu’une seule machine simple. La figure 40 montre un exemple de système mécanique.

Figure 40 Ce manège constitue un système mécanique. Il est formé de plusieurs machines

simples combinées.

Vérifie ce que tu as retenu*

Donne un exemple pour chacune. 1. Nomme les cinq machines simples. a vécu au 3e siècle avant Jésus-Christ. 2. Archimède est un savant grec qui point fixe et un levier et je Il aurait dit un jour : « Donnez-moi un voulait-il dire par là ? soulèverai la Terre. » D’après toi, que e 416. Quel conseil donnerais-tu à 3. Retourne voir la figure 27, à la pag tronc d’arbre qui bloque la route ? Mei Ling et Chang afin de dégager le 4. a) Décris ce qu’est un palan. b) Quelle est l’utilité d’un palan ? ail » en science et technologie ? 5. Comment définit-on le mot « trav t-elle diminuer la force nécessaire 6. Comment une machine simple peu à l’aide d’un exemple. pour accomplir un travail ? Réponds ue ? 7. a) Qu’est-ce qu’un système mécaniq ? b) Qu’est-ce qu’un gain mécanique

422

L’ENCYCLO

L’univers technologique

* Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

les connaissances sur les concepts qui

seront abordés

La transmission du mouvement On peut combiner les machines simples pour former des systèmes mécaniques. Ces systèmes servent à transmettre un mouvement d’un objet à un autre grâce à différents mécanismes (voir la figure 41). Ces mécanismes transmettent les quatre types de mouvements : rectiligne, alternatif, circulaire et oscillatoire (voir la figure 22, à la page 410). La roue dentée (ou pignon) La chaîne La roue à friction

La courroie

Figure 41 Il existe diverses façons d’assembler

ces objets pour obtenir des mécanismes de transmission du mouvement.

Parmi les différents mécanismes de transmission du mouvement, en voici cinq très répandus : 1. La chaîne et les roues dentées

2. La courroie et les poulies

3. Les engrenages

4. Les roues à friction

5. La poulie

SECTION 3

Les mouvements et les forces

423

La chaîne et les roues dentées

En 1879, H. J. Lawson a créé une nouvelle bicyclette. Pour la première fois, le mouvement du pédalier était transmis à la roue arrière par une chaîne.

SC I E N T I F I Q U E

Lorsque tu roules à vélo, le mouvement de tes jambes doit être transmis aux roues. Tu appliques une force sur les pédales, qui sont fixées au centre d’une roue dentée. Tu provoques ainsi le mouvement circulaire de cette roue dentée. Ce mouvement circulaire est ensuite transmis à la roue arrière du vélo. C’est une petite roue dentée, fixée à cette roue arrière, qui effectue la transmission. Une chaîne relie ces deux roues dentées. Dans un tel mécanisme, les deux roues dentées tournent dans le même sens. La transmission du mouvement des pédales à la roue arrière se fait par l’intermédiaire de la chaîne (voir la figure 42).

H I STO I R E

Figure 42 Dans une bicyclette, la chaîne et les roues dentées transmettent le mouvement

des pieds à la roue arrière.

La courroie et les poulies La courroie fonctionne selon le même principe que la chaîne. Mais, au lieu de s’appuyer sur une roue dentée, la courroie s’insère dans la gorge d’une poulie. Le mouvement est transmis d’une poulie à l’autre de la même façon. Lorsqu’on fait tourner une poulie, la courroie suit ce mouvement et entraîne avec elle la seconde poulie. Cette dernière se met à tourner dans le même sens que la première poulie (voir la figure 43).

Figure 43 Une corde à linge fonctionne grâce au mécanisme de la courroie et des poulies.

424

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Les engrenages On utilise également les roues dentées dans un autre mécanisme de transmission du mouvement bien connu : l’engrenage. L’engrenage est composé d’au moins deux roues dentées qui tournent en s’appuyant l’une sur l’autre. Les deux roues d’un engrenage tournent en sens inverse l’une de l’autre.

Figure 44 La transmission du mouvement dans le mécanisme d’engrenage d’une horloge

Dans un engrenage, les roues ne sont pas nécessairement toutes de la même taille. Lorsque les roues sont de tailles différentes, la petite roue tourne plus rapidement que la grande. La petite roue peut donc effectuer plusieurs tours pendant que la grande en fait un seul. Une horloge est un mécanisme comprenant des engrenages munis de roues dentées de différentes tailles (voir la figure 44). Les roues dentées servent à déplacer les aiguilles de façon qu’elles donnent toujours l’heure précise. En fait, ce mécanisme garantit que l’aiguille des minutes fait 60 tours pendant que l’aiguille des heures en fait un seul. Il existe des systèmes d’engrenages avec des roues droites, comme dans la figure 44. La figure 45 montre des engrenages composés de roues coniques. Ce type d’engrenage permet de transmettre un mouvement de rotation dans un autre plan. Le mouvement subit alors un virage à angle droit.

Figure 45 La chignole :

un engrenage muni de roues coniques. La chignole sert à percer des trous. SECTION 3

Les mouvements et les forces

425

Les roues à friction Les roues à friction ressemblent à des engrenages. La différence, c’est qu’elles n’ont pas de dents. Comme ces roues se touchent, le mouvement circulaire de l’une entraîne l’autre par frottement. Comme les roues dentées, les roues à friction tournent en sens inverse l’une de l’autre (voir la figure 46).

La poulie La poulie est un mécanisme qui permet de transmettre des mouvements rectilignes. C’est une machine simple que nous avons vue précédemment (voir la page 419). Si l’on tire sur la corde de la poulie de façon rectiligne, la charge s’élève également en suivant une trajectoire rectiligne. Les dispositifs de levage tels que les grues fonctionnent de cette façon (voir la figure 47).

Figure 46 Une presse à imprimer utilise

plusieurs rouleaux qui fonctionnent comme autant de roues à friction.

Figure 47 Une grue déplace des objets lourds selon une trajectoire rectiligne.

Vérifie ce que tu as retenu*

dentée transmet-elle ? 1. a) Quel type de mouvement une roue transmet-elle ? lie b) Quel type de mouvement une pou sion du mouvement qui : 2. Nomme le mécanisme de transmis nent dans le même sens ; a) utilise deux roues dentées qui tour dans un autre plan ; b) transmet un mouvement de rotation ; c) fait fonctionner une corde à linge t en sens inverse ; nan tour tées d) utilise deux roues den e) change la direction d’une force. * Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

426

L’ENCYCLO

L’univers technologique

les connaissances sur les concepts qui

seront abordés

La transformation du mouvement Nous avons expliqué au début de cette section qu’il existe quatre types de mouvements : rectiligne, alternatif, circulaire et oscillatoire (voir la page 410). Certains mécanismes permettent de passer d’un type de mouvement à un autre. Ces mécanismes transforment le mouvement. Parmi les différents mécanismes de transformation du mouvement, en voici quatre couramment utilisés : 1. La bielle et la manivelle

2. La came et la tige guidée

3. Le pignon et la crémaillère

4. La vis et l’écrou

SECTION 3

Les mouvements et les forces

427

La bielle et la manivelle La bielle et la manivelle transforment le mouvement circulaire en mouvement alternatif.

La bougie Le piston

La bielle

Le vilebrequin

La manivelle Figure 48 Les composantes d’un moteur

à combustion

Dans un moteur à combustion, un piston comprime un mélange d’air et d’essence dans un cylindre. Ensuite, une bougie produit une étincelle qui provoque l’explosion de ce mélange. L’explosion repousse le piston, ce qui fait bouger la bielle vers le bas. Le mouvement consécutif de la manivelle va faire tourner le villebrequin qui entraînera à son tour l’autre bielle vers le haut. Cela va comprimer l’air et l’essence introduits dans l’autre cylindre, où une étincelle provoquera une explosion.

La came et la tige guidée

La came

La tige guidée

La came et la tige guidée permettent de transformer un mouvement circulaire en mouvement alternatif. Une came est une roue qui n’est pas tout à fait circulaire. Elle a plutôt la forme d’un œuf. La tige guidée est une tige qui s’appuie sur la came. La tige glisse sur la came qui tourne. Quand la tige se trouve sur la partie renflée de la came, elle s’éloigne. Elle se rapproche de nouveau quand elle glisse sur le reste de la came. La tige a donc un mouvement alternatif. On utilise par exemple ce mécanisme dans les moteurs des voitures et dans les machines à vapeur. La figure 49 illustre un système composé d’une came et d’une tige guidée. Figure 49 Dans une machine à coudre, une came et une tige

guidée permettent à l’aiguille de décrire un mouvement de haut en bas.

428

L’ENCYCLO

L’univers technologique

Le pignon et la crémaillère On utilise fréquemment le pignon et la crémaillère pour transformer le mouvement. Ce mécanisme change le mouvement circulaire en mouvement rectiligne. Il est composé d’une roue dentée (le pignon) qui tourne sur une barre dentée (la crémaillère). La figure 50 donne un exemple de ce mécanisme. On emploie une crémaillère dans le système de direction des automobiles. Observe la figure 51. Le pignon est fixé à une tige. Comme cette tige est reliée au volant, le pignon effectue les mêmes mouvements circulaires que le volant. Les dents de la roue du pignon entrent dans les espaces qui séparent les dents de la crémaillère. Quand le pignon tourne, la barre dentée se déplace vers la gauche ou vers la droite. Elle transmet ainsi son mouvement à l’essieu, ce qui change la direction des roues avant de la voiture.

Figure 50 Ce tire-bouchon à leviers

est un système comprenant deux pignons et une crémaillère.

Le pignon

La crémaillère

Figure 51 La crémaillère

d’une automobile

La vis et l’écrou Le mécanisme de la vis et de l’écrou transforme le mouvement circulaire en mouvement rectiligne. Lorsque la vis (ou le boulon) tourne, l’écrou se déplace le long de la vis dans un sens ou dans l’autre (voir la figure 52).

Figure 52 La serre en C fonctionne

avec le système de la vis et de l’écrou. Ce mécanisme peut exercer une grande force.

Vérifie ce que tu as retenu*

mation du mouvement qui : 1. Nomme le mécanisme de transfor d’une barre dentée ; a) est composé d’une roue dentée et œuf. b) possède une roue qui a la forme d’un mécanisme de transmission d’un it s’ag 2. Pour chaque exemple, indique s’il transformation du mouvement. du mouvement ou d’un mécanisme de a) Une cassette vidéo b) Un tire-bouchon à leviers c) Une corde à linge d) Un étau * Ces questions permettent de vérifier dans les modules du Manuel B.

les connaissances sur les concepts qui

seront abordés

SECTION 3

Les mouvements et les forces

429

O O O

UTI

4

L

5

Comment appliquer la démarche technologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 Comment mener une recherche documentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 Comment communiquer efficacement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

O O

UTI

7

L

8

L

UTI

O

6

L

UTI

UTI

O O

L

9

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UTI

L

11

L

O

Comment appliquer la démarche expérimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

UTI

10

Comment présenter des résultats scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 Comment tracer des schémas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 Comment concevoir un modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 Comment représenter un objet à échelle réduite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 Comment utiliser les instruments d’observation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 Comment se servir des instruments de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

UTI

L

12

430

Comment travailler en toute sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

UTI

L

O

3

L

O

2

L

O

UTI

1

L

UTI

Comment utiliser des instruments de technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

UT I L O

1

Comment travailler en toute sécurité

Tu dois observer certaines consignes de sécurité pendant les activités d’expérimentation et de technologie. Familiarise-toi d’abord avec les consignes de sécurité ci-dessous. Ton enseignante ou ton enseignant t’informera des consignes de sécurité spécifiques que tu dois respecter dans ton école.

Consignes de sécurité générales 1 Au début de l’année, informe ton enseignante ou

2 3 4 5 6

ton enseignant des allergies ou des problèmes de santé qui pourraient avoir une incidence sur ton travail en classe. Indique-lui aussi si tu portes des lentilles cornéennes ou des prothèses auditives. Écoute attentivement les instructions qu’on te donne avant chaque laboratoire. Obtiens l’approbation de ton enseignante ou de ton enseignant avant de commencer une expérience dont tu as élaboré toi-même le protocole. Manipule le matériel mis à ta disposition avec soin. Protège tes manuels et tes cahiers des éclaboussures et des dégâts. Avertis immédiatement ton enseignante ou ton enseignant de toute blessure ou de tout bris, même s’ils te semblent sans gravité.

4 Ne laisse jamais une expérience en cours sans 5 6 7 8 9

surveillance. Garde toujours ton aire de travail propre et en ordre, pour éviter tout accident. Ne mâche pas de gomme, ne mange pas et ne bois pas au laboratoire. Attache tes cheveux s’ils sont longs. Ne goûte à aucune substance. Ne respire aucune substance directement. Utilise la technique illustrée à la figure 1 pour sentir une substance. Repère l’endroit où se trouvent l’extincteur, la couverture ininflammable, la douche de secours, la trousse de premiers soins, le lave-yeux et l’alarme d’incendie les plus proches. Apprends à te servir de chacun de ces objets.

Consignes de sécurité au laboratoire 1 Consulte la liste des symboles de sécurité et des 2 3

symboles de danger du SIMDUT dans le tableau 1, à la page suivante. Assure-toi d’avoir bien compris les consignes de sécurité avant de commencer une expérience. Porte un sarrau ou un tablier lorsque tu dois utiliser des produits salissants ou corrosifs.

Figure 1 Voici comment sentir une substance

en toute sécurité au laboratoire : ne place pas la substance directement sous ton nez ; éloigne-la un peu ; puis, envoie les vapeurs vers tes narines avec ta main.

OUTIL 1

431

Les symboles de danger du SIMDUT

Les symboles de sécurité

Le SIMDUT, c’est le Système d’information sur les matières dangereuses utilisées au travail. On emploie les symboles de danger du SIMDUT partout au Canada pour identifier les substances dangereuses. Ces substances se trouvent dans les lieux de travail, les écoles, etc. Ce sont par exemple les produits ménagers ou les solvants. Tu as sûrement déjà vu quelques-uns de ces symboles. Consulte le tableau 1 pour bien les connaître. Tu pourras ainsi prendre les précautions nécessaires lorsque tu manipuleras des substances dangereuses.

Voici la liste des symboles de sécurité qui se trouvent dans ton manuel (voir le tableau 2). Assure-toi de bien connaître leur signification avant de commencer une activité ou une expérience. Tableau 2 Les symboles de sécurité

Protection des yeux : porter des lunettes de sécurité

Protection des cheveux : attacher ses cheveux

Tableau 1 Les symboles de danger du SIMDUT

Protection de la peau : porter des gants

Gaz comprimé

Protection des vêtements : porter un sarrau ou un tablier

Matière inflammable et combustible

Gare à la chaleur : porter des mitaines isolantes

Matière comburante

Gare aux vapeurs nocives : travailler sous la hotte

Matière ayant des effets toxiques immédiats et graves

Gare aux objets tranchants ou pointus

Matière ayant d’autres effets toxiques

Matière infectieuse

Consignes de sécurité en matière d’électricité

Matière corrosive

1 Ne touche à aucun appareil électrique lorsque tes

Matière dangereusement réactive

2 3

4 5

432

BOÎTE À OUTILS

mains ou tes pieds sont nus et humides. Ne laisse pas les fils électriques traîner par terre. Éteins et débranche les appareils qui produisent de la chaleur, comme la plaque chauffante, dès que tu t’en éloignes. Ne laisse pas ces appareils électriques branchés inutilement. Ne change pas une ampoule sans d’abord débrancher l’appareil. Ne touche jamais un fil électrique découvert tombé sur le sol : tu risquerais de t’électrocuter.

UT I L O

2

Comment appliquer la démarche expérimentale

La démarche scientifique et la résolution de problèmes La science a pour objectif de décrire, d’expliquer et de prédire des phénomènes. Pour résoudre un problème, les scientifiques utilisent une méthode qui structure leur façon de penser et d’agir : la démarche scientifique. Le premier souci des scientifiques est d’établir des liens entre le problème à résoudre et les phénomènes connus. Autrement dit, ils doivent vérifier si une théorie déjà acceptée par la communauté scientifique peut expliquer ce problème. Sinon, ils doivent réfléchir afin de modifier les théories existantes ou en créer de nouvelles. Quand on élabore une nouvelle théorie, il faut souvent déduire certains liens entre le problème à résoudre et d’autres phénomènes pour formuler une explication temporaire. C’est la déduction hypothétique. Parfois, il faut prédire ce qui va se passer. C’est la prédiction hypothétique. Dans chaque cas, les scientifiques doivent vérifier leurs explications et leurs prédictions à l’aide d’expériences. C’est la démarche expérimentale, qui fait partie de la démarche scientifique. En classe, tu appliqueras des théories déjà acceptées aux problèmes que tu auras à résoudre. Par ta façon de penser et d’agir, tu apprendras donc toi aussi à utiliser la démarche scientifique.

chaque fois que tu veux résoudre un problème. Au besoin, tu peux revenir en arrière pour modifier ta démarche.

J’observe Tu t’intéresses à un phénomène ou on te soumet un problème à résoudre. Tes cinq sens te permettent d’effectuer des observations. Tu peux aussi employer des instruments qui prolongent tes sens, comme le microscope ou le télescope. Tes observations peuvent comporter ou non des mesures. S’il y a des mesures, ce seront des observations quantitatives. S’il n’y a pas de mesures, ce seront des observations qualitatives. Par exemple : « J’ai vu la neige fondre » est une observation qualitative. « J’ai observé que la neige était entièrement fondue après une heure » est une observation quantitative. Observation quantit ative Une observation qui po rte sur des quantités qui peuvent être exprimées à l’aide de valeurs numé riques. Observation qualitat ive Une observation qui po rte qualité, la forme, les pro sur la priétés, et qui ne peut pas être exp rimée à l’aide de valeurs numériques.

La démarche expérimentale Cette démarche se divise en cinq sections. Toutefois, tu ne dois pas nécessairement les suivre dans l’ordre. Tu n’as pas non plus à suivre toutes les sections

Exemple d’observation : J’observe que l’asphalte devient très chaud lorsqu’il fait soleil.

OUTIL 2

433

Je me questionne Souvent, tes observations t’amènent à te poser des questions. Si tu crois que tu en es capable, tu peux déduire une explication avant de faire ta vérification expérimentale. Tu peux aussi formuler une prédiction concernant la réponse à ta question. Cette prédiction est hypothétique, incertaine et temporaire. Elle devra être confirmée ou démentie par ta vérification expérimentale. Exemple de questionnement : « Est-ce qu’un revêtement foncé devient plus chaud qu’un revêtement pâle lorsqu’ils sont exposés au soleil ? » Exemple de prédiction hypothétique : « Je crois que le revêtement foncé deviendra plus chaud que le revêtement pâle. »

Je précise mes variables Tu réalises une expérience pour répondre à une question. Il est important que tu précises d’abord les facteurs que tu vas contrôler pour que tes résultats soient valables. Exemples de variables : • « Je dois utiliser deux revêtements de couleurs différentes : un pâle et un foncé. » (La variable est la couleur du revêtement.) • « Je dois exposer les deux revêtements à la même source lumineuse, pendant le même temps. » (La variable est la durée de l’exposition à la source lumineuse.)

J’expérimente Tu dois établir les étapes de l’expérience à réaliser. C’est ce plan de travail qu’on appelle le « protocole expérimental ». Ton protocole doit être assez clair pour qu’une autre personne puisse reproduire la même expérience (voir la figure 2). Protocole expérimental Une description des conditions et du déroulement d’une expérience.

434

BOÎTE À OUTILS

Figure 2 Exemple de protocole expérimental, de liste de matériel et de montage expérimental

Tu dois donc : 1 choisir le matériel et les matériaux dont tu auras besoin ; 2 préparer un protocole qui indique clairement toutes les étapes à suivre et qui numérote ces étapes. Ce protocole doit tenir compte des consignes de sécurité à respecter au laboratoire ; 3 t’assurer d’utiliser tout le matériel de ta liste ; 4 t’assurer de respecter et de contrôler toutes les variables choisies ; 5 réaliser ton expérience en respectant les règles de sécurité, s’il y a lieu ; 6 prendre en note toutes les données recueillies.

Protocole MATÉRIEL ET 1. Installer le carton blanc M ATÉRIAUX sous une lampe, à 30 cm de l’ampoule. ✔ Un carton blan c 2. Installer le carton noir de 30 cm x 22 cm sous l’autre lampe, ✔ Un carton no ir à 30 cm de l’ampoule. de 30 cm x 22 cm ✔ Deux ther mom 3. Noter la température ètres ✔ Deux lampes initiale des deux thermomètres. de table munies d’ampoules 4. Glisser un thermomètre sous chaque carton. de 100 W 5. Allumer les lampes. 6. Attendre 20 minutes. 7. Noter la température finale des deux thermomètres. 8. Ranger le matériel.

J’analyse mes résultats et je les présente Tu dois classer, analyser et présenter tes résultats de manière appropriée (voir l’outil 5). Les résultats sont constitués de l’ensemble de tes observations. Les valeurs que tu as calculées à partir de ces observations font aussi partie des résultats. Tu dois analyser tes résultats de façon à répondre à la question de départ (section « Je me questionne »). Tu dois aussi pouvoir tirer toutes les conclusions possibles de ton expérience. S’il y a lieu, vérifie si ta prédiction est conforme aux résultats que tu as obtenus. Il est important d’analyser tes résultats avec objectivité, même lorsque ceux-ci te déçoivent et ne correspondent pas à tes attentes. Tu peux discuter de tes résultats et de tes conclusions avec les autres élèves de la classe. Tu peux aussi présenter ta démarche complète dans un rapport de laboratoire écrit ou oral. Au besoin, modifie ton protocole afin de faire mieux la prochaine fois. Tu peux aussi apporter des changements si tu te poses d’autres questions à la suite de ton expérience.

Exemple de présentation des résultats : Variation de la température sous les cartons Thermomètre sous le carton blanc

Thermomètre sous le carton noir

Température initiale (en °C)

22

22

Température finale (en °C)

26

31

Variation de la température

+4

+9

Exemple d’interprétation des résultats : Cette expérience a révélé qu’un carton noir devient plus chaud qu’un carton blanc lorsqu’on l’expose à la lumière. Je conclus donc que la déduction hypothétique selon laquelle un revêtement foncé devient plus chaud au soleil qu’un revêtement pâle est valide. La preuve en est que la température sous le carton noir a augmenté de 9 °C tandis que celle sous le carton blanc n’a augmenté que de 4 °C. Exemple d’autre questionnement : « Que se passerait-il si j’exposais les cartons à la chaleur plus longtemps ? »

OUTIL 2

435

UT I L O

3

Comment appliquer la démarche technologique

Il existe différentes manières de résoudre un problème technologique. Toutes ces manières font partie d’une méthode qu’on nomme « la démarche technologique ». Cette démarche peut viser la construction ou l’analyse d’objets techniques.

2. Analyse chacun des scénarios Analyse chacune des idées que tu as trouvées au cours de ton remue-méninges afin d’en choisir une. Par exemple, le scénario choisi pour fabriquer ton capteur de pluie doit tenir compte des moyens dont tu disposes (matériel, budget, temps, etc.). Cette analyse te permettra de planifier ton travail de façon efficace.

3. Dresse l’inventaire des ressources disponibles Pour construire ton objet technique, tu devras dresser la liste des matériaux et du matériel nécessaires. Pour ton capteur de pluie, regarde autour de toi, à la maison ou dans le garage. Ces lieux peuvent contenir des objets et des matériaux que ta famille n’utilise plus. Tu peux donc les recycler.

4. Trace un schéma de principe

La construction d’objets techniques La démarche de construction d’un objet technique comporte neuf étapes. Cette démarche n’est pas linéaire. Au besoin, tu peux modifier l’ordre des étapes et revenir en arrière.

1. Trouve une idée de conception C’est l’étape où tu découvres l’existence d’un besoin à combler. Par exemple, tu constates qu’on pourrait employer l’eau de pluie pour répondre aux besoins domestiques en eau. Mais il n’existe aucun appareil pour recueillir cette eau. Tu décides donc de construire un capteur de pluie. Pour trouver ton idée de conception, fais un remue-méninges. Dresse la liste de toutes tes idées.

436

BOÎTE À OUTILS

En ingénierie, avant de fabriquer un prototype, on trace un schéma de principe. Tu devras faire de même pour représenter la solution que tu as adoptée pour ton capteur de pluie. Tu pourras d’abord dessiner un croquis, puis un schéma de principe et, finalement, modifier ton schéma en cours de route en fonction des améliorations que tu apporteras à ton objet. Le schéma de principe explique comment fonctionne un prototype.

5. Établis un schéma de construction Le schéma de construction montre la configuration de l’objet. Il doit permettre de le fabriquer. Il doit être réalisé dans les premières étapes de la conception. Détaille le plus possible le schéma de construction de ton capteur de pluie. Indique aussi la provenance de chacune des pièces de ton prototype. Prototype Un des premiers exemp laires d’un objet ou d’un sys tème. Il peut servir de modèle pour effectuer des tests ou po ur la fabrication en série.

6. Élabore une gamme de fabrication

L’analyse d’objets techniques

Tente de prévoir les étapes que tu devras suivre pour construire ton prototype. La gamme de fabrication te permet de mettre de l’ordre dans tes idées. Elle énumère précisément les matériaux et les outils que tu dois utiliser. De plus, elle décrit l’ordre des opérations à effectuer pour la construction de ton prototype. Élabore, dans l’ordre, les étapes que tu devras suivre pour construire ton capteur de pluie. Quand tu auras commencé à construire ton objet, tu pourras modifier ta gamme de fabrication. Apporte des changements à ta gamme selon la réalité de la situation et les difficultés que tu éprouves en cours de route.

La démarche d’analyse des objets techniques permet de répondre aux trois questions suivantes : • À quoi sert l’objet technique ? • Comment fonctionne-t-il ? • Comment est-il construit ?

7. Réalise ton objet technique

1. À quoi sert l’objet technique ? Au cours de cette première étape, tu dois préciser la fonction de ton objet, c’est-à-dire son rôle. Prenons l’exemple d’un pince-notes (voir la figure 3). Tu l’utilises pour retenir des feuilles ensemble. La fonction du pince-notes en tant qu’objet technique est donc de réunir plusieurs feuilles.

Te voici à l’étape de la construction de ton capteur de pluie. Suis ton schéma de construction et ta gamme de construction. Si tu y apportes des modifications, prends soin de les noter et de les expliquer. Procède ensuite à la mise à l’essai de ton prototype.

8. Fais la mise en marché de ton objet technique C’est à cette étape que tu présentes ton produit de façon à le mettre en valeur. Conçois et réalise un emballage, si cela est nécessaire. Rédige le mode d’emploi et le guide d’entretien. Cette étape est essentielle lorsqu’on veut faire la mise en marché d’un produit et le vendre.

9. Fais un retour sur ta démarche technologique Tu peux faire un retour sur ta démarche à n’importe quel moment. Propose des améliorations à ton prototype si tu le juges nécessaire. Note des indications à cet effet dans ton schéma de construction. Tu tiendras compte de ces indications lorsque tu élaboreras ta gamme de fabrication.

Figure 3

Un pince-notes

OUTIL 3

437

2. Comment fonctionne l’objet technique ?

3. Comment l’objet technique est-il construit ?

Lorsque tu précises comment fonctionne un objet, tu dois décrire : • le rôle de chacune des parties qui composent l’objet; • les principes scientifiques qui expliquent le fonctionnement de l’objet ; • les forces qui sont appliquées sur les différentes parties de l’objet. Dans le cas du pince-notes, un système de levier permet l’ouverture des pinces. Lorsque tu appliques une force avec tes doigts, tu relâches la pression des mâchoires sur les feuilles de papier. Lorsque tu cesses d’appliquer la force, les mâchoires exercent de nouveau une pression suffisante pour maintenir les feuilles ensemble. La figure 4 illustre l’axe de rotation, les bras de levier et les points d’application de la force.

Tu dois analyser la forme et les dimensions des pièces qui composent ton objet. Tu dois aussi expliquer le choix des matériaux utilisés. C’est souvent sous la forme d’un schéma de construction que tu présenteras ton analyse (voir la figure 5). Regarde de plus près ton pince-notes. Tu constates qu’il est fabriqué avec un métal rigide et robuste. Tu vois aussi que la forme de la pince te permet d’exercer facilement une pression avec tes doigts. En outre, tu t’aperçois qu’il y a un lien entre la partie sur laquelle tu appuies et la partie qui retient les feuilles. La pince en acier trempé joue un rôle de liaison qui facilite le mouvement de retour. Ø3

49

24

31

24 Axe de rotation Mouvement Position après le déplacement Pince en acier trempé Mâchoire Levier en acier Bras de levier de la force appliquée

Bras de levier de la force de réaction

Point d’application de la force appliquée Point d’application de la force de réaction

Figure 4 Le schéma de principe du pince-notes

438

BOÎTE À OUTILS

69

Les dimensions sont indiquées en millimètres. Figure 5 Le schéma de construction d’un pince-notes

Quand tu examines des objets techniques, tu développes ton esprit d’analyse. Tu apprends à regarder les objets de tous les jours autrement. Ainsi, tu amélioreras éventuellement ces objets ou tu t’en inspireras pour tes nouvelles conceptions technologiques.

UT I L O

4

Comment mener une recherche documentaire

La recherche documentaire La recherche documentaire permet d’obtenir de l’information sur des sujets variés. Tu peux ensuite te servir des résultats obtenus pour résoudre un problème d’ordre scientifique ou technologique. Lors d’une recherche, tu présentes habituellement l’information que tu as recueillie sous forme écrite, visuelle ou orale. Tu peux bien sûr utiliser une combinaison de ces formes. Voici quelques conseils pour effectuer une recherche documentaire, traiter l’information et la présenter.

J’effectue une recherche documentaire 1 Assure-toi de bien comprendre le but de la 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ¡ Ô

recherche à effectuer. Délimite ton sujet en te posant une ou plusieurs questions de départ. Ta recherche doit te permettre de répondre à ces questions. Dresse un échéancier de travail. Cherche d’abord de l’information générale en consultant des encyclopédies. Choisis à la bibliothèque des livres pertinents pour ta recherche. Cherche de l’information dans Internet à l’aide de mots clés. Sélectionne des documents et des sites pertinents et crédibles (voir « Évaluer la fiabilité d’une page ou d’un site », à la page suivante). Choisis les extraits dont tu as besoin en faisant un survol de ta documentation. Prépare des fiches de lecture pour résumer ce que tu as appris. Note bien toutes tes références sur tes fiches afin de pouvoir les citer dans ta bibliographie. Modifie tes questions de départ au besoin. Si c’est nécessaire, consulte des personnes expertes en la matière.

Je traite l’information Tu dois classer l’information que tu as réunie pour pouvoir la communiquer. Pour y arriver, relis attentivement tes notes de lecture et classe-les par sujet.

Je présente l’information Tu as mis en ordre l’information que tu as recueillie. Tu dois ensuite la présenter dans un texte ou sous une autre forme. Pour y arriver : 1 prépare un plan aussi détaillé que possible ; 2 rédige un brouillon de ton texte (introduction, développement et conclusion) ; 3 divise ton texte en paragraphes (une idée par paragraphe) et insère des sous-titres ; 4 vérifie la qualité de la langue (orthographe, syntaxe, etc.) ; 5 mets ton texte au propre ; 6 prépare ta table des matières en te servant de ton plan ; 7 prépare ta bibliographie à l’aide de tes notes.

OUTIL 4

439

La recherche dans Internet Des outils de recherche Pour chercher dans Internet, tu peux utiliser plusieurs stratégies. Par exemple, si tu veux explorer un sujet, utilise différents outils de recherche, comme les répertoires de sites et les moteurs de recherche. Pour effectuer une recherche efficace, les mots clés sont très importants.

Le choix des mots clés Utilise des termes précis afin de limiter les résultats de ta recherche. Explore la fonction « recherche avancée » de ton moteur de recherche. Des symboles t’aideront à limiter encore davantage les résultats. Voici quelques symboles parfois utilisés.

+ Signifie « ET ». Tu obtiendras moins de résultats de recherche. Exemple : tarte + sucre – Signifie « SAUF ». Le moteur de recherche trouvera des pages contenant le premier mot mais pas le second. Exemple : tarte – sucre « » Le moteur de recherche trouvera uniquement des pages contenant tous les mots dans l’ordre indiqué. Exemple : « moteur à explosion »

440

BOÎTE À OUTILS

Évaluer la fiabilité d’une page ou d’un site Lorsque tu cherches dans Internet, garde en tête que l’information que tu trouves n’est pas toujours fiable. Aurais-tu à l’idée de demander des renseignements à des gens qui ne te semblent pas dignes de confiance ? Sûrement pas ! Dans Internet, tu dois faire attention à la fiabilité de ta source d’information. Voici des questions qui peuvent t’aider à évaluer la fiabilité d’un site Web : 1 La personne ou l’organisation qui a créé le site est-elle clairement identifiée ? 2 L’adresse Internet est-elle simple, courte et facilement identifiable ? Les adresses se terminant par « .org », « .gouv.qc.ca », « .gc.ca » ou « .edu » sont généralement fiables. 3 Le contenu du site est-il clair et accessible ? 4 L’information semble-t-elle exacte et objective ? 5 L’information est-elle bien structurée ? 6 Le contenu du site est-il rédigé dans un bon français ? 7 Le site comporte-t-il de la publicité ? Si oui, cela peut vouloir dire que l’organisme ou la personne qui présente l’information sur le site n’a pas les moyens financiers de la faire valider par des expertes ou des experts. 8 Les références sont-elles citées ? 9 Les dates de création et de mise à jour sont-elles disponibles ?

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5

Comment communiquer efficacement

La communication est à la base de tes échanges avec les gens qui t’entourent. Elle te permet de transmettre tes idées, de même que les résultats de tes recherches documentaires ou de tes expérimentations, et de connaître ceux des autres. Dans cet outil, nous nous concentrerons sur : • la communication orale (dans un exposé) ; • la communication à l’aide de supports visuels (dans une affiche).

La communication orale Voici certaines règles à suivre pour que la communication orale soit efficace.

La préparation 1 Structure ta présentation de la manière suivante :

2 3 4 5 6

a) Prépare l’introduction : – commence par capter l’attention de l’auditoire; par exemple, avec une anecdote, une réflexion, une question, etc. ; – annonce le sujet et le but de l’exposé ; – présente le plan de l’exposé. b) Développe ton sujet en respectant ton plan et en faisant des liens entre ses différentes parties. c) Dans ta conclusion, résume les grandes lignes de l’exposé. d) Prévois du temps pour répondre aux questions de l’auditoire ou pour poser toi-même des questions. Pour garder ton naturel, n’apprends pas ton texte par cœur. Prépare-toi en répétant ta présentation quelques fois ou en t’enregistrant. Essaie de prévoir les questions qu’on peut te poser et trouve les réponses. Prévois des fiches aide-mémoire numérotées. N’y inscris que les grandes lignes (des mots clés, des expressions). Assure-toi de respecter le temps alloué à ta présentation. Apporte tout le matériel nécessaire à l’école la veille de ta présentation.

La présentation 1 Chasse le trac (respire profondément, fais une 2 3 4 5 6 7 8 9

pause entre deux phrases). Fais preuve de concision et de clarté dans tes propos. Parle assez fort pour que les élèves assis à la dernière rangée puissent t’entendre. Parle à une vitesse moyenne et articule correctement. Adopte un ton expressif. Ne te déplace pas trop. Évite les tics de langage (euh, OK, etc.) et les mouvements répétitifs. Regarde l’auditoire en entier, pas seulement les adultes ou tes camarades. Exprime-toi avec tout ton corps (avec des gestes, ton regard, ta voix), sans toutefois exagérer. Tiens-toi debout face à l’auditoire. Concision La qualité d’un texte ou d’un discours qui exprim e beaucoup en peu de mo ts.

OUTIL 5

441

Autres conseils 1 Explique les mots difficiles en rapport avec ton 2 3 4 5

sujet. Appuie tes propos par des éléments visuels clairs (voir la section ci-dessous). Échange avec l’auditoire (pose des questions, distribue de la documentation, etc.). Parle plus lentement quand tu donnes une explication difficile. Utilise l’humour ou présente tes idées de manière originale, mais ne t’éloigne pas du sujet.

La communication à l’aide de supports visuels Dans une présentation, tu peux avoir recours aux supports visuels. Ceux-ci peuvent te permettre de capter l’attention de l’auditoire et de communiquer des explications difficiles. Les éléments visuels t’aideront si tu manques d’espace au tableau. Ils te permettront de donner plus d’information tout en respectant ta limite de temps. De même, avec des moyens visuels, tu pourras orienter l’attention de l’auditoire ailleurs que sur toi si tu es timide. Les

supports visuels peuvent prendre différentes formes : des affiches, des maquettes, des diapositives, des transparents, une présentation à l’ordinateur, etc. Si tu conçois des éléments visuels, respecte les règles suivantes : 1 Ne mets pas trop d’information sur une affiche. Écris les idées principales et les mots clés. Évite les phrases très longues. 2 Assure-toi que l’information est visible pour l’ensemble de l’auditoire. Vérifie si tout demeure clair et lisible à la suite des photocopies, des réductions, etc. 3 Limite le nombre et les dimensions des affiches. 4 Pendant ton exposé, utilise l’ensemble des éléments visuels que tu as préparés. 5 Écris ton texte à l’aide de couleurs vives qui contrastent avec le fond. 6 Retire les éléments visuels lorsque tu n’en as plus besoin. L’auditoire prêtera ainsi attention à la suite de l’exposé. 7 Numérote tes éléments visuels selon l’ordre d’utilisation et mets un titre sur chacun. 8 Fais au moins une répétition avec tous tes éléments visuels.

PROBLÈ ME S

S S RE SSOU RCE E D T N E M E IS - ÉPU E S ES PÈCE S D N IO IT R A P - DIS X N DES M ILIEU IO T C U R T S E D - POLLUTION

SOLUTIONS

- PROTECTION

- PROTECTION

DES M ILIEUX

DES E SP ÈCES

- LUTTE CONT RE L A POLLUT ION - ÉVITER LE GA S PILLAG E - DÉVELOP PE M E NT DURABLE

442

BOÎTE À OUTILS

2

O

UT I L

6

Comment présenter des résultats scientifiques

Les données scientifiques sont souvent présentées sous forme de tableaux et de diagrammes parce qu’elles sont ainsi plus faciles à lire et à interpréter. Les scien tifiques préparent des tableaux et des diagrammes lorsqu’ils veulent présenter leurs résultats à d’autres scientifiques. Dans cet outil, tu apprendras à construire des tableaux, des plans cartésiens, des diagrammes à bandes, des histogrammes, des diagrammes linéaires et des diagrammes circulaires.

Le tableau En science, il faut souvent recueillir des données et les analyser. Dans un tableau, on peut disposer des données et des renseignements en colonnes et en rangées. L’information est ainsi plus facile à analyser. Cette disposition permet souvent d’interpréter l’évolution d’une situation et d’en tirer des conclusions. Le tableau sert aussi d’outil de base pour consigner des données que tu peux ensuite représenter dans un plan cartésien, un diagramme ou un histogramme. Voici les étapes à suivre pour construire un tableau : 1 Détermine le nombre de catégories de données. Ce nombre t’indiquera le nombre de colonnes requises. 2 Partage l’espace en autant de colonnes que tu as de catégories de données. 3 Dans le haut de chaque colonne, inscris le nom de la catégorie. Si cela est nécessaire, indique l’unité de mesure entre parenthèses. 4 Remplis ton tableau à l’aide des données recueillies. 5 Donne un titre à ton tableau. Numérote-le s’il y a lieu.

Le tableau 3 te donne un exemple. Il contient les données recueillies par Mélanie à Sept-Îles pendant la semaine débutant le dimanche 9 juillet. Mélanie a noté les observations suivantes dans son carnet :

Dimanche : 23 °C, vent du sud-est Lundi : 18 °C, vent de l’est Mardi : 10 °C, vent du nord -est Mercredi : 8 °C, vent du no rd Jeudi : 9 °C, aucun vent Vendredi : 18 °C, vent du su d-est Samedi : 19 °C, vent du sudest

Tableau 3 Le relevé météorologique de la semaine

du 9 au 15 juillet, à Sept-Îles Jour

Température (en °C)

Direction du vent

Dimanche (9 juillet)

23

Sud-est

Lundi (10 juillet)

18

Est

Mardi (11 juillet)

10

Nord-est

Mercredi (12 juillet)

8

Nord

Jeudi (13 juillet)

9

Aucun vent

Vendredi (14 juillet)

18

Sud-est

Samedi (15 juillet)

19

Sud-est

OUTIL 6

443

Le plan cartésien Le plan cartésien permet de voir la variation ou la distribution d’une variable par rapport à une ou plusieurs autres variables. Tu peux représenter dans un plan cartésien les résultats recueillis au cours d’une expérience, d’une enquête, d’un travail de recherche, etc. Cette représentation permet : • d’observer des tendances dans la variation ou la distribution des résultats ; • d’établir des relations entre les différentes variables. Pour tracer un graphique dans un plan cartésien, tu dois connaître certains termes. L’exemple de la figure 6 t’indique ce que ces termes représentent. Le tableau 4 contient les données qui ont servi à tracer le graphique dans ce plan cartésien.

Plan cartésien Un diagramme comp renant deux axes perpendiculaires et permettant de représenter des do nnées à l’aide de coordonnées. Variable Une quantité qui peut prendre différentes valeurs.

Tableau 4 La consommation moyenne d’eau en fonction

de la durée d’utilisation d’un boyau d’arrosage Temps (min)

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Quantité d’eau (L)

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Le nom de la variable y Une valeur de l’ordonnée ou de la variable y

140

L’axe des abscisses ou axe des x

120 Quantité d’eau (L)

L’axe des ordonnées ou axe des y

100 80

Le graphique ou la courbe

Une coordonnée (x, y)

60 Une valeur de l’abscisse ou de la variable x

40 20 0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20

Temps (min)

Le nom de la variable x

La consommation moyenne d’eau en fonction de la durée d’utilisation d’un boyau d’arrosage

Le titre

a) Un plan cartésien Figure 6 Les parties d’un plan cartésien

444

BOÎTE À OUTILS

b) Un graphique dans un plan cartésien

Le diagramme à bandes

5 Donne à chacune de tes bandes la hauteur qui

On utilise le diagramme à bandes pour comparer le nombre d’éléments appartenant à chacune des catégories d’un ensemble. Il permet par exemple de représenter le nombre d’élèves de l’école faisant partie de chacune des équipes sportives. Tu peux décider de tracer tes bandes horizontalement ou verticalement. Voici les étapes à suivre pour tracer un diagramme à bandes verticales : 1 Trace l’axe des abscisses et l’axe des ordonnées sur une feuille de papier quadrillé. 2 Sur l’axe des abscisses, choisis une échelle qui te permettra de représenter toutes tes catégories. Dessine sur l’axe autant de bandes de même largeur que tu as de catégories à représenter. Assure-toi d’espacer uniformément tes bandes. 3 Inscris le nom de chaque catégorie. 4 Sur l’axe des ordonnées, choisis une échelle qui te permettra de représenter tous les éléments de la catégorie qui en contient le plus. Trace ton échelle sur l’axe.

correspond au nombre d’éléments de la catégorie représentée. 6 Indique les noms des variables. S’il y a des unités de mesure, inscris-les entre parenthèses, à côté du nom des variables. 7 Indique le titre du diagramme. Numérote-le si tu dois faire plusieurs représentations graphiques. À partir des données du tableau 5, on a construit le diagramme à bandes de la figure 7.

Abscisse Une valeur de la variab le qu’on représente sur l’axe ho rizontal. Cette variable est aussi appe lée « variable x ». Ordonnée Une valeur de la variab le qu’on représente sur l’axe ver tical. Cette variable est aussi appe lée « variable y ».

Tableau 5 Le nombre d’élèves de

l’école faisant partie des équipes sportives Équipe sportive

Nombre d’élèves

70 60

34

Volleyball

23

Natation

48

Plongeon

12

Badminton

24

10

Soccer

68

0

Nombre d’élèves

Basketball

50 40 30 20

Basketball

Volleyball

Natation

Plongeon

Badminton

Soccer

Équipe sportive Le nombre d’élèves de l’école faisant partie des équipes sportives

Figure 7 Un diagramme à bandes

OUTIL 6

445

L’histogramme

4 Sur l’axe des ordonnées, choisis une échelle qui te

L’histogramme représente graphiquement le nombre d’éléments dans chaque catégorie d’une variable continue (voir la figure 8). Voici les étapes à suivre pour tracer un histogramme : 1 Trace l’axe des abscisses et l’axe des ordonnées sur une feuille de papier quadrillé. 2 Sur l’axe des abscisses, choisis une échelle qui te permettra de représenter toutes tes catégories. Dessine sur l’axe autant de bandes de même largeur que tu as de catégories à représenter. Assure-toi de ne laisser aucun espace entre tes bandes. 3 Inscris le nom de chaque catégorie.

permettra de représenter tous les éléments de la catégorie qui en contient le plus. Trace ton échelle sur l’axe. 5 Donne à chacune de tes bandes la hauteur qui correspond au nombre d’éléments de la catégorie représentée. 6 Indique les noms des variables. S’il y a des unités de mesure, inscris-les entre parenthèses, à côté du nom des variables. 7 Indique le titre du diagramme. Numérote-le si tu dois faire plusieurs représentations graphiques. À partir des données du tableau 6, on a tracé l’histogramme de la figure 8. Tableau 6 La répartition des personnes fréquentant la clinique médicale selon l’âge

Variable continue prendre Une variable qui peut r dans un eu val elle qu e ort n’imp mple, exe Par é. intervalle donn . ves élè des la taille

Moins de 10

1 375 875

De 20 à 29

720

De 30 à 39

814

De 40 à 49

925

De 50 à 59

1 210

De 60 à 69

1 530

De 70 à 79

1 470

1 600

De 80 à 89

652

1 400

90 ou plus

125

1 200 1 000 800 600 400 200 0 Moins de 10 ans

De 10 à 19 ans

De 20 à 29 ans

De 30 à 39 ans

De 40 à 49 ans

De 50 à 59 ans

De 60 à 69 ans

De 70 à 79 ans

Âge des personnes (années) La répartition des personnes fréquentant la clinique médicale selon l’âge

Figure 8 Un histogramme

446

Nombre de personnes

De 10 à 19

1 800

Nombre de personnes

Âge des personnes (années)

BOÎTE À OUTILS

De 80 à 89 ans

90 ou plus

Le diagramme linéaire

25 Température (°C)

Avec le diagramme linéaire (aussi appelé diagramme à ligne brisée), on représente une variable continue qui change en fonction d’une autre variable. Voici les étapes à suivre pour construire un diagramme linéaire : 1 Trace l’axe des abscisses et l’axe des ordonnées sur une feuille de papier quadrillé. 2 Sur l’axe des abscisses, choisis une échelle qui te permettra de représenter toutes les valeurs de la variable continue. Trace ton échelle sur l’axe. 3 Sur l’axe des ordonnées, choisis une échelle qui te permettra de représenter toutes les valeurs de l’autre variable. Trace ton échelle sur l’axe. 4 Trace les points représentant chacune des coordonnées. 5 Relie les points par une courbe (voir la figure 9). Si les points sont nombreux et très dispersés, trace la courbe de façon qu’il y ait un nombre à peu près égal de points de chaque côté. C’est ce qu’on appelle la courbe la mieux ajustée (voir la figure 10). 6 Indique les noms des variables. S’il y a des unités de mesure, inscris-les entre parenthèses, à côté du nom des variables. 7 Indique le titre du diagramme. Numérote-le si tu dois faire plusieurs représentations graphiques. À partir des données du tableau 7, on a construit le diagramme linéaire de la figure 9.

20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 24 Heure

La température en fonction de l’heure le 12 juin, à Montréal

Figure 9 Un diagramme linéaire

Tableau 7 La température en fonction

de l’heure le 12 juin, à Montréal Heure (h)

Température (en °C)

0 (minuit le 12 juin)

16

3

12

6

10

9

18

12

22

15

23

18

19

21

17

24 (minuit le 13 juin)

15

Figure 10 La courbe la mieux ajustée

OUTIL 6

447

Le diagramme circulaire

3 Trace un grand cercle sur une feuille avec un

Le diagramme circulaire permet de diviser un groupe en sous-groupes en fonction d’un critère particulier. On désigne chaque sous-groupe par un secteur. Plus le nombre d’éléments représentés par un secteur est élevé, plus l’angle de ce secteur sera grand. Voici les étapes à suivre pour tracer un diagramme circulaire : 1 Calcule le pourcentage représentant le nombre d’éléments de chaque catégorie par rapport au nombre total d’éléments. Utilise la formule suivante : Pourcentage =

Nombre d’éléments de la catégorie x 100 % Nombre total d’éléments

Exemple de calcul (tiré des données du tableau 8) : 9 9 x 100 % = x 100 % = 30 % (9 + 15 + 3 + 3) 30 Donc, 30 % des élèves se rendent à l’école en marchant. Pourcentage =

2 Calcule l’angle de chaque secteur qui représente une catégorie par rapport à l’ensemble. Sers-toi de la formule suivante : Pourcentage Angle = x 360° 100 Exemple de calcul (tiré des données du tableau 8) : Angle =

compas. 4 Indique le centre du cercle par une petite croix. 5 Trace un rayon joignant le centre du cercle au point de la circonférence placé directement audessus du centre. 6 À partir de ce premier rayon, trace les autres rayons dans le sens des aiguilles d’une montre. Attribue aux secteurs les angles calculés à l’étape 2. 7 Colorie chacun des secteurs d’une couleur différente. 8 Établis la légende de ton diagramme circulaire. La légende indique à quel sous-groupe chaque couleur est associée. Tu peux dresser la liste des couleurs et leur signification à côté du diagramme (voir le diagramme de gauche sur la figure 11). Tu peux aussi identifier chacun des secteurs avec un trait (voir le diagramme de droite sur la figure 11). 9 Inscris le titre du diagramme circulaire. À partir des données du tableau 8, on a tracé les diagrammes circulaires de la figure 11. Tableau 8 La manière dont les élèves se rendent à l’école Manière

Nombre d’élèves

Pourcentage (%)

Angle (en degrés)

Marche

9

30

108

Autobus

15

50

180

Automobile

3

10

36

Autres

3

10

36

30 x 360° = 108° 100

Autres (10 %) Marche (30 %) Autobus (50 %)

Automobile (10 %)

Autobus (50 %)

Automobile (10 %) Autres (10 %) Marche (30 %) La manière dont les élèves se rendent à l’école Figure 11 Des diagrammes circulaires

448

BOÎTE À OUTILS

La manière dont les élèves se rendent à l’école

UT I L O

7

Comment tracer des schémas

Il est souvent difficile de décrire un objet technique par un texte. C’est pourquoi tu as avantage à compléter ta description avec un schéma (voir la figure 12). Les projections orthogonales sont fréquemment utilisées pour représenter des objets en trois dimensions. Chaque image d’une projection orthogonale correspond à un angle de vue de 90° par rapport aux autres images [voir la figure 13 a)]. Les trois schémas d’un avion de la figure 13 b) sont en fait des projections orthogonales.

Vue du dessus

70,7 m

22,2 m

12 mm

Vue de côté

165 mm 19,4 m

25,6 m 68,6 m Figure 12 Un objet technique et son schéma de construction.

Vue de face

Vue du dessus

64,4 m

Vue du côté gauche

Vue de face 11,0 m

a) Les projections orthogonales permettent d’obtenir trois angles de vue à 90° les uns des autres.

b) Les trois projections orthogonales d’un avion.

Figure 13 La représentation d’un objet à l’aide des projections orthogonales

OUTIL 7

449

Voici les étapes à suivre pour tracer un schéma : 1 Observe bien l’objet à dessiner. 2 Détermine ce qu’il est important de représenter sur ton schéma. 3 Dessine seulement les éléments utiles de l’objet. 4 Si c’est nécessaire, dessine l’objet vu de différents angles.

La chambre de Lia 2,8

La penderie

La porte

La chambre à coucher 3,0

Une fenêtre 0,6

1,2

0,9

5 S’il est essentiel de montrer l’intérieur de l’objet, dessine une coupe. Pour y arriver, imagine que tu coupes l’objet en deux. Trace ensuite ce que tu verrais (voir la figure 17, à la page suivante). 6 Annote ton schéma. Indique des renseignements utiles : le nom des pièces de l’objet, les dimensions, les différents points de vue, etc. 7 Donne un titre à ton schéma. On a dessiné le schéma technique de la figure 14 pour aider Lia à meubler sa chambre à coucher. Remarque que seuls les détails utiles sont indiqués. On peut aussi représenter des phénomènes ou le fonctionnement d’appareils par des schémas. Dans ce cas, il est primordial de se limiter aux détails importants. Par exemple, le schéma de la figure 15 représente le cycle de l’azote.

3,5

Une fenêtre 0,7

1,2

4,3 Les dimensions sont indiquées en mètres. Figure 14 Le schéma technique de la chambre de Lia

a, tu auras Pour tracer un schém matériau du besoin du matériel et suivants :

er blanc ✔ Une feuille de papi rte-mine ✔ Un crayon ou un po cer ✔ Une gomme à ef fa ométrie gé ✔ Un ensemble de s, une règle, comprenant un compa or teur d’angles des équerres et un rapp

450

BOÎTE À OUTILS

Figure 15 Un schéma du cycle de l’azote

Les symboles graphiques en technologie Rappelle-toi que, si tu veux tracer un schéma clair, tu dois indiquer seulement les données essentielles. Tu dois aussi respecter certaines conventions qui facilitent le traçage et la lecture. Il existe de nombreux symboles pour représenter les différents éléments d’un dessin technique. La figure 16 en présente quelques-uns. Le trait fort représente les arêtes et les contours qui sont visibles. Le trait fin interrompu représente les arêtes et les contours qui sont cachés.

Le symbole Ø indique la mesure du diamètre d’un cercle. Ainsi, pour tracer le cercle ci-dessous, on se sert d’un compas dont l’ouverture correspond à la moitié du diamètre, Ø 26 soit 13 mm.

Le symbole R indique le rayon d’une courbe. Par exemple, dans la figure 18, le rayon correspond à l’ouverture du compas qui permet de tracer cette courbe. Le rayon correspond donc à la moitié du diamètre.

Le trait fin mixte représente les axes. LIGNE DE COTE

29 COTE

LIGNE D’ATTACHE

Le trait fin continu représente les lignes d’attache et les lignes de cote. La cote est le nombre indiquant la longueur réelle de l’objet.

R 15

Le croquis

Le schéma technique

Figure 16 Les différents traits en dessin technique

Figure 18 La traçage d’une courbe

On utilise des hachures entourées d’un trait pour représenter les coupes. Les coupes permettent de voir l’intérieur d’un objet. La figure 17 te donne deux exemples comprenant des coupes. Le premier illustre une pièce de bois traversée par deux trous. Le second montre deux pièces de métal jointes par une vis et un écrou.

La figure 19 montre comment tu peux représenter, avec un schéma technique, un bloc de bois percé d’un trou. Le diamètre est de 60 mm.

Ø 60 Le trait fin mixte indique l’axe.

La ligne de cote

Le trait fin dessiné à main levée indique la limite de la coupe.

200

Le trait fin interrompu désigne un contour caché.

La cote est de 200 mm. Le croquis

Le schéma technique

Le trait fort indique le contour de la pièce.

100

Le croquis

Le schéma technique

Figure 17 Deux exemples de coupes

Les hachures désignent la coupe de la pièce.

Une ligne d’attache

200

L’unité de mesure

Les dimensions sont indiquées en millimètres.

Figure 19 Le vocabulaire utilisé en dessin technique

OUTIL 7

451

Les instruments de géométrie

Les équerres à dessin

Les instruments de géométrie et l’ordinateur sont les principaux outils de la dessinatrice ou du dessinateur technique. Tu sais probablement déjà comment te servir d’un compas et d’un rapporteur d’angles. Voici donc un résumé de ce que ces outils permettent de faire.

Les équerres permettent de tracer des angles de 30°, de 45°, de 60° et de 90°. Tu peux aussi t’en servir pour dessiner des droites parallèles (voir la figure 21). 90°

Le compas Un compas sert à tracer des cercles et des arcs de cercle.

30°

90°

60°

45°

45°

Le rapporteur d’angles Un rapporteur d’angles est utilisé pour mesurer et tracer des angles (voir la figure 20).

L’angle mesure 40°.

Figure 20 Un rapporteur d’angles

452

BOÎTE À OUTILS

Deux droites parallèles

Figure 21 Des équerres à dessin de différents formats

UT I L O

8

Comment concevoir un modèle

Un modèle est une représentation simplifiée d’un phénomène ou d’un concept. On construit des modèles pour différentes raisons. C’est pourquoi il en existe plusieurs sortes (le modèle proprement dit, la maquette, la formule mathématique, etc). Voici quelques raisons pour lesquelles on conçoit des modèles : • Certains objets sont trop coûteux pour qu’on s’en serve au stade de l’expérimentation. Par exemple : un avion. • Certaines expériences sont impossibles à réaliser. Par exemple : l’explosion d’un volcan. • Certaines structures, comme celle de l’atome, sont trop petites pour qu’on puisse les voir. On construit donc un modèle atomique. • Les modèles peuvent fournir une information assez précise pour certaines activités. Ainsi, le rythme cardiaque qu’il faut maintenir quand on s’entraîne est calculé à l’aide d’une formule mathématique. • Certains modèles permettent de faire des prédictions avant que les phénomènes ne se produisent. Par exemple : les prévisions météorologiques. Lorsqu’on construit un modèle, on tient compte seulement des caractéristiques qu’on veut analyser. Supposons que tu désires vérifier les conditions de flottabilité avant de construire un bateau. Tu pourrais façonner une coque avec de la pâte à modeler, comme l’illustre la figure 22. Il n’est pas nécessaire de construire une maquette du bateau pour étudier dans quelles conditions il flotte.

Parfois, le modèle doit être une construction de l’objet à échelle réduite, c’est-à-dire une maquette. Par exemple, pour étudier la résistance d’un pont, on peut en construire une maquette (voir la figure 23). On peut ensuite placer cette maquette dans un bassin d’eau, afin d’étudier l’effet des courants et des vagues.

Figure 23 Une maquette de pont

Un modèle peut aussi être une formule mathématique. Prenons l’exemple d’une personne qui fait du conditionnement physique. Pour s’entraîner efficacement, elle doit connaître son rythme cardiaque maximal. On peut obtenir cette information simplement avec la formule mathématique suivante : Fréquence cardiaque maximale = 220 – âge Ainsi, si tu as 14 ans, la fréquence maximale à laquelle ton cœur devrait battre quand tu fais de l’exercice est de 206 battements par minute : Fréquence cardiaque maximale = 220 – 14 = 206

Figure 22

Une expérience sur la flottabilité

Rappelle-toi qu’un modèle demeure une approximation de la réalité. Ainsi, la fréquence cardiaque maximale de deux personnes du même âge n’est pas tout à fait identique. Cependant, les écarts sont généralement négligeables. Par contre, un athlète qui se prépare pour les Jeux olympiques aura avantage à employer un modèle plus précis.

OUTIL 8

453

UT I L O

9

Comment représenter un objet à échelle réduite

La fusée Ariane 5 mesure environ 45 mètres de haut (voir la figure 24). Imagine que tu dois construire une maquette de cette fusée de 18 cm de haut. Quelle sera l’échelle de ta construction ?

Construire un objet à échelle réduite, c’est respecter toujours le même rapport entre la mesure d’une pièce dans l’objet réel et la mesure de la pièce correspondante dans la maquette. Autrement dit, dans le cas de la fusée Ariane 5, tu devras respecter le rapport « 45 m correspond à 18 cm » pour toutes les pièces de ta maquette. 45 m = 18 cm

Voyons un exemple. Quelle dimension dois-tu donner dans ta maquette à une pièce qui mesure un mètre dans la fusée réelle ? Cette question revient à dire : « Par quel nombre faut-il diviser 45 m pour obtenir 1 m ? » La réponse est 45. Tu dois donc diviser par 45 la hauteur de la vraie fusée et celle de ta maquette. Tu obtiendras l’échelle de ta maquette.

÷ 45

45 m = 18 cm

÷ 45

1 m = 0,4 cm L’échelle de la maquette

Figure 24 À gauche, la fusée Ariane 5. À droite, une maquette

à échelle réduite de cette fusée.

Rapport Le quotient de deux grandeurs que l’on compare.

454

BOÎTE À OUTILS

Maintenant, comment peux-tu savoir de quelle longueur sera le réservoir de la fusée dans ta maquette ? Le vrai réservoir mesure huit mètres. Pour obtenir la longueur du réservoir de ta maquette, multiplie par 8 chaque nombre de l’échelle. Tu trouveras que le réservoir de ta maquette devra mesurer 3,2 cm de long.

x8

1 m = 0,4 cm

x8

8 m = 3,2 cm La longueur du réservoir de la fusée

La longueur du réservoir de la maquette

UT I L O

10

Comment utiliser les instruments d’observation

Les instruments d’observation servent de prolongement à tes sens. Ils te permettent de distinguer des éléments importants qui peuvent t’aider à résoudre des problèmes scientifiques et technologiques. Dans le présent outil, tu te familiariseras avec le fonctionnement de trois instruments : la loupe, le microscope optique et le binoculaire.

Comment utiliser la loupe La loupe est souvent utile pour examiner plus en détail un timbre, un échantillon de roche ou un insecte, par exemple. Voici comment l’utiliser : 1 Place la loupe le plus près possible de ton œil. 2 Déplace ensuite l’objet que tu observes. Rapprochele de la loupe jusqu’à ce que son image soit nette.

La loupe Ses caractéristiques • Une loupe est une lentille biconvexe. Dans ce type de lentille, les bords sont plus minces que le centre. La lentille de la loupe peut être en verre ou en plastique (voir la figure 25). • Plus la lentille de la loupe est bombée, plus le grossissement est grand. • Le grossissement d’une loupe varie entre 2 fois et 20 fois.

Figure 25 Dans une lentille biconvexe,

les bords sont plus minces que le centre.

OUTIL 10

455

Le microscope optique Ses composantes Le microscope est utilisé en particulier pour grossir les objets qui sont trop petits pour être visibles à l’œil nu. Pour utiliser un microscope, tu dois connaître ses différentes composantes ainsi que leurs fonctions (voir la figure 26).

A

L’oculaire

B

Le corps

C

La tourelle porte-objectifs

D E

Les objectifs

F

Les valets

I

A

L’oculaire C’est par l’oculaire que tu regardes. Dans la plupart des microscopes, l’oculaire grossit l’objet 10 fois (10X).

B

Le corps Le corps est composé de l’oculaire et des objectifs.

C

La tourelle porte-objectifs Ce disque pivotant porte les objectifs. On le fait tourner pour changer d’objectif.

D

Les objectifs Les objectifs grossissent l’objet examiné. Chaque objectif offre un grossissement différent. En général, un microscope optique est muni de quatre objectifs qui grossissent 4X, 10X, 40X et 100X. On calcule le grossissement en multipliant le chiffre indiqué sur l’oculaire (par exemple 10X) par celui inscrit sur l’objectif (par exemple 4X). Dans cet exemple, un objet paraîtra 40 fois plus gros au microscope qu’à l’œil nu.

E

La platine On dépose la lame sur la platine. Une ouverture au centre de la platine permet à la lumière de traverser la lame.

F

Les valets Les valets maintiennent la lame en place sur la platine.

Le pointeur

G Le condenseur

La platine

G

Le condenseur

H

La source lumineuse

J

Il dirige la lumière de la lampe vers l’objet examiné. Il comprend le diaphragme qui détermine la quantité de lumière nécessaire pour examiner l’objet.

La potence

H K

La vis macrométrique

L

La vis micrométrique

M Le pied

La source lumineuse Elle émet la lumière qui éclaire l’objet examiné.

I

Le pointeur C’est la flèche qui se trouve dans l’oculaire. Elle permet de pointer un endroit précis dans le champ de vision.

J

La potence La potence relie le pied au corps.

K

La vis macrométrique Cette vis permet de faire une première mise au point de l’image.

L

La vis micrométrique Cette vis plus petite permet de faire une mise au point plus précise de l’image. On l’utilise après avoir fait une première mise au point avec la vis macrométrique.

M Le pied

Le pied supporte le microscope.

Figure 26 Les différentes composantes d’un microscope

456

BOÎTE À OUTILS

Comment utiliser le microscope optique

9 Abaisse ensuite la platine jusqu’à ce que tu 0 ¡ Ô £ ¢

ˆ § ¶

obtiennes l’image la plus nette possible (elle sera légèrement brouillée). Ne touche plus à la vis macrométrique. Sers-toi de la vis micrométrique pour obtenir une image plus nette. Centre l’objet observé à l’aide du chariot mobile avant de passer au prochain objectif. Dessine ce que tu vois au microscope. Pour augmenter le grossissement, tu dois passer à l’objectif suivant. Fais ensuite la mise au point à l’aide de la vis micrométrique sans abaisser la platine. Une fois le travail terminé, abaisse la platine et replace l’objectif au grossissement le plus faible. Retire aussi la lame. Débranche ton appareil en tirant sur la fiche et non sur le cordon. Nettoie le matériel (lentilles, objectif, lame, etc.) et range-le.

1 Transporte toujours le microscope avec tes

2 3

4 5 6 7 8

deux mains, de façon à le maintenir droit. L’une de tes mains devrait tenir fermement la potence. Ton autre main devrait soutenir le pied (voir la figure 27). Branche l’appareil et assure-toi que la source lumineuse fonctionne. Vérifie la propreté des lentilles en regardant dans l’oculaire. Si c’est nécessaire, nettoie les lentilles et la source lumineuse avec du papier à lentille. À l’aide de la vis macrométrique, abaisse complètement la platine. Place la lame sur la platine. Fixe-la sous les valets. Vérifie l’ouverture du diaphragme et ajuste-la si c’est nécessaire. À l’aide de la tourelle porte-objectifs, mets en place le plus petit objectif pour commencer. Remonte très lentement la platine à l’aide de la vis macrométrique. Il ne doit pas y avoir de contact entre l’objectif et la lame.

Figure 27 Voici comment on doit transporter un microscope.

OUTIL 10

457

Le binoculaire Ses composantes Le binoculaire est utile pour obtenir une image agrandie des objets visibles à l’œil nu (voir la fi gure 28) De plus, cette image est en relief, car tu observes avec tes deux yeux à travers deux oculaires. Un binoculaire peut grossir un objet jusqu’à 50 fois. On calcule le grossissement en multipliant le nombre indiqué sur l’oculaire (par exemple 10X) par celui inscrit sur l’objectif (par exemple 5X). Dans cet exemple, le grossissement est de 50X.

F A

Le bouton de la crémaillère Ce bouton permet de monter et de descendre la tête du binoculaire.

B

La lampe La lampe doit être allumée si on veut faire une observation.

C

La potence La potence relie la tête au pied.

D

L’interrupteur L’interrupteur sert à mettre en marche le binoculaire.

E

Le pied Le pied supporte la plaque optique.

B

La lampe

F

Les oculaires C’est l’endroit où tu regardes.

C

La potence

G

Les tubes optiques Les tubes optiques permettent un premier grossissement.

H

458

La tête du binoculaire C’est la partie qui relie les tubes optiques à l’objectif.

I

L’objectif L’objectif grossit l’objet à observer.

J

La plaque optique ou platine La plaque optique reçoit l’objet que tu veux observer.

K

Les valets Les lames métalliques qui servent à maintenir la lame en place.

BOÎTE À OUTILS

A

Le bouton de la crémaillère

Les oculaires

G

Les tubes optiques

H

La tête du binoculaire

D

L’interrupteur

E

Le pied

Figure 28 Les différentes composantes

d’un binoculaire

I

L’objectif

J

La plaque optique ou platine

K

Les valets

Comment utiliser le binoculaire 1 Transporte toujours le binoculaire avec tes deux

2 3

4

5 6 7

8

9 0

mains, de façon à le maintenir droit. L’une de tes mains devrait tenir fermement la potence. Ton autre main devrait soutenir le pied. Branche l’appareil, ouvre l’interrupteur et assuretoi que la lampe fonctionne. Vérifie la propreté des lentilles en regardant dans les oculaires. Si c’est nécessaire, nettoie les lentilles et la source lumineuse avec du papier à lentille. Choisis la couleur de la platine sur laquelle tu placeras l’objet à observer. La platine claire peut recevoir un objet sombre. La platine sombre convient à un objet clair. Place l’objet à observer sur la platine choisie. Éclaire bien l’objet à observer en positionnant la lampe correctement. Adapte l’écartement des oculaires à tes yeux en les faisant pivoter sur les côtés. Fais la mise au point pour obtenir une image nette. Procède en regardant uniquement dans l’oculaire non réglable et en tournant le bouton de la crémaillère. En regardant avec les deux yeux, fais la mise au point pour obtenir une image en relief. Tourne ensuite l’oculaire réglable jusqu’à ce qu’il y ait une seule image, nette et en relief. Débranche l’appareil en tirant sur la fiche et non sur le cordon. Nettoie le matériel (lentilles, objectif, lame, etc.) et range-le.

OUTIL 10

459

UT I L O

11

Comment se servir des instruments de mesure

Les instruments de mesure permettent de recueillir de l’information sur divers objets. Mais tu dois les utiliser de façon appropriée pour obtenir des mesures précises. Dans cet outil, tu apprendras à te servir d’une balance, d’un dynamomètre, d’un cylindre gradué et d’un thermomètre.

La balance La balance de laboratoire est un instrument permettant de mesurer la masse d’un objet, généralement en grammes (voir la figure 29). Voici la marche à suivre pour utiliser une balance à trois fléaux : 1 Tu dois d’abord calibrer la balance de la façon suivante : a) dépose la balance sur une surface horizontale et stable ; b) place les curseurs des trois fléaux à 0 ; c) vérifie si l’aiguille est bien alignée sur le 0 ; d) si c’est nécessaire, tourne la molette pour aligner l’aiguille sur le 0.

2 Pour effectuer une pesée, procède de la façon suivante : a) place l’objet sur le plateau ; b) déplace le curseur des centaines sur la graduation la plus à droite possible sans que le repère de l’aiguille descende sous le 0 ; c) déplace le curseur des dizaines sur la coche la plus à droite possible sans que le repère de l’aiguille descende sous le 0 ; d) avec un stylo ou une spatule, déplace le curseur des unités jusqu’à ce que l’aiguille s’aligne avec le 0 ; e) note la masse obtenue en additionnant les valeurs indiquées sur chaque échelle. Les étapes précédentes te permettent d’obtenir la masse d’un objet solide. Pour connaître la masse d’un liquide ou d’une substance que tu ne peux pas placer directement sur le plateau d’une balance, tu devras effectuer deux pesées : 1 Effectue la pesée d’un contenant vide et propre. 2 Effectue la pesée du contenant et de la substance dont tu veux connaître la masse. 3 Calcule la masse de la substance de la façon suivante : Masse de la substance

=

Masse du contenant plein

–

Masse du contenant vide

Le socle Le plateau

La molette

Figure 29 Les composantes d’une balance à trois fléaux

460

BOÎTE À OUTILS

Les curseurs

Les fléaux

Les échelles graduées

L’aiguille

Le dynamomètre Pour mesurer la grandeur ou l’intensité d’une force à l’aide d’un dynamomètre (voir la figure 30), effectue les opérations suivantes : 1 Calibre le dynamomètre : a) suspends le dynamomètre ; b) vérifie si le repère est bien aligné sur le 0 ; c) ajuste la molette si c’est nécessaire. 2 Effectue la mesure de la force : a) fixe au crochet du dynamomètre l’objet dont tu désires connaître la force ; b) lis la force en observant la position du repère sur les graduations en newtons.

La mesure d’une force à l’aide d’un dynamomètre

La molette

Le repère

Les graduations

Figure 30 Les composantes

d’un dynamomètre

OUTIL 11

461

Le cylindre gradué

Mesurer le volume d’un liquide

Mesurer le volume d’un objet ou d’un liquide consiste à déterminer l’espace qu’il occupe. Lorsque cet objet est un solide, par exemple une roche, on mesure généralement le volume en centimètres cubes (cm3). S’il s’agit d’un liquide, par exemple la quantité de lait dans un verre, on utilise habituellement des litres (L) ou des millilitres (mL). Note bien cependant que 1 mL = 1 cm3. En général, on utilise un cylindre gradué pour mesurer le volume d’un liquide (voir la figure 31).

Pour mesurer le volume d’un liquide, suis les étapes suivantes : 1 Verse ton échantillon de liquide dans un cylindre gradué. 2 Dépose le cylindre gradué sur une surface horizontale et stable, comme une table. 3 Place ton œil à la même hauteur que le haut de la colonne de liquide. 4 Note la mesure au centre du ménisque, c’està-dire au point le plus bas.

Le cylindre gradué La ligne de visée

Le ménisque Le liquide à mesurer

Figure 31 Si tu veux faire une lecture précise, tes yeux doivent

être à la hauteur du ménisque.

Mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau Tu peux mesurer le volume d’un solide de forme irrégulière (comme un caillou) avec un cylindre gradué. Les étapes suivantes t’indiquent comment procéder : 1 Note le volume du liquide seul. Dans l’exemple de la figure 32, le volume du liquide est de 50 mL. 2 Plonge lentement ton objet dans le cylindre gradué. Pour y arriver, incline le cylindre gradué et fais glisser le caillou sur la paroi. Note de nouveau le volume. Tu vois sur la figure 32 que l’ajout du caillou a fait passer le volume à 62 mL. 3 La différence entre les deux mesures t’indique le volume de ton solide. Ici, tu constates que le caillou occupe un volume de 12 mL (62 – 50 = 12 mL) ou 12 cm3.

Ménisque La courbe formée par un liquide lorsqu’il rencontre la paroi d’un contenant.

Figure 32 Le volume du caillou équivaut à la différence entre les niveaux du liquide avant et après l’immersion du caillou.

462

BOÎTE À OUTILS

Le niveau de l’eau au départ

Le niveau de l’eau après l’ajout du caillou

La méthode du vase à trop-plein

Le thermomètre

Tu veux mesurer le volume d’un solide de forme irrégulière ? Tu peux utiliser le vase à trop-plein (voir la figure 33). Il permet d’obtenir des mesures plus précises que le cylindre gradué. Voici les étapes à suivre : 1 Remplis d’eau un vase à trop-plein et recouvre le bec avec ton doigt. 2 Dépose le vase à trop-plein sur une surface plane et enlève ton doigt du bec. 3 Place le cylindre gradué en dessous du bec. Il pourra ainsi recevoir l’eau déplacée. 4 Dépose délicatement l’objet dont tu veux mesurer le volume dans le vase à trop-plein. Assure-toi que tes doigts ne touchent pas l’eau. 5 Recueille dans un cylindre gradué l’eau déplacée par l’objet. 6 Mesure le volume de l’eau contenue dans le cylindre gradué. La quantité d’eau déplacée par l’objet correspond à son volume.

On mesure la température à l’aide d’un thermomètre (voir la figure 34). Lorsqu’une substance est chaude, sa température est élevée. Lorsqu’une substance est froide, sa température est peu élevée. Au laboratoire de ton école, tu utiliseras probablement un thermomètre à alcool.

100 °C : le point d’ébullition de l’eau

37 °C : la température moyenne du corps humain

0 °C : le point de congélation de l’eau

Figure 34 Un thermomètre

Figure 33 La mesure à l’aide d’un vase à trop-plein

Voici quelques précautions à prendre lorsque tu te sers d’un thermomètre : 1 Manipule le thermomètre avec précaution. Comme il est en verre, il peut se casser facilement. S’il contient du mercure, ne jette pas le mercure dans l’évier ou la poubelle : ce métal est toxique. Ne tiens pas le thermomètre par le réservoir. 2 N’utilise jamais un thermomètre pour agiter une substance. 3 Ne laisse pas un thermomètre toucher les parois du contenant dans lequel il se trouve.

OUTIL 11

463

UT I L O

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Comment utiliser des instruments de technologie

Pour réaliser les activités à caractère technologique de ton cours de science et technologie, tu dois être capable d’utiliser correctement certains outils. Les indications suivantes t’aideront à mieux connaître et à utiliser prudemment les outils suivants : • la scie à dos et la boîte à onglets ; • la chignole ; • la perceuse ; • la riveteuse ; • la clé à molette ; • le pistolet à colle chaude. Porte toujours des lunettes de sécurité lorsque tu manipules des outils.

La scie à dos et la boîte à onglets Avec la scie à dos et la boîte à onglets, tu peux couper des pièces de bois à 45° ou à 90°. De telles coupes sont essentielles si tu veux construire des plinthes (bandes de bois au bas d’un mur) ou des encadrements.

Voici comment tu dois utiliser la scie à dos et la boîte à onglets : 1 Marque le point de coupe à l’aide d’un crayon à mine. 2 Appuie la pièce de bois dans le coin de la boîte à onglets le plus éloigné de toi. 3 Aligne la marque du point de coupe avec les fentes de la boîte de façon à couper dans le rebut. 4 Place la scie dans les fentes. 5 Débute avec de petits coups de scie vers l’avant. Continue ensuite avec un mouvement de vaet-vient.

464

BOÎTE À OUTILS

La chignole Les mèches

La manivelle

Le mandrin

Figure 35

Les parties d’une chignole

La bague de serrage

La chignole est une perceuse manuelle actionnée par une manivelle (voir la figure 35). Elle permet de percer des trous de 1/32 pouce à 1/4 pouce (de 0,8 mm à 6 mm) dans le bois, le métal et les matières plastiques. Voici comment utiliser la chignole : 1 Choisis la mèche appropriée. 2 Place la mèche dans le mandrin. 3 Tourne la bague de serrage pour immobiliser la mèche complètement. 4 Perce un trou de départ avec un pointeau. Point de coupe 5 Place la mèche dans L’endroit où on veut scier une pièce de bois. le trou de départ. Rebut 6 Tourne la manivelle. La partie d’une pièce de bois Pour ne pas briser 7 que l’on ne veut pas conserver. la mèche, applique Pointeau une pression Une tige métallique po intue utilisée pour marquer seulement lorsque le centre d’un trou que l’on veu t percer. la chignole descend ou monte.

La perceuse La perceuse permet de faire des trous dans le bois, le métal et les matières plastiques (voir la figure 36). Utilise la perceuse en respectant les étapes suivantes : 1 Assure-toi que l’appareil est débranché. 2 Choisis la mèche appropriée. 3 Place la mèche dans le mandrin.

Le mandrin

4 Tourne la bague de serrage pour immobiliser 5 6 7

complètement la mèche. Perce un trou de départ avec un pointeau. Place la mèche dans le trou de départ. Branche l’appareil et appuie sur la gâchette en appliquant une pression.

La gâchette

La bague de serrage

Figure 36

Les parties d’une perceuse Des mèches

La riveteuse La riveteuse permet d’assembler deux pièces de métal sans les souder (voir la figure 37). Voici comment tu dois utiliser la riveteuse : 1 Immobilise les pièces à riveter à l’aide d’un étau ou d’une serre en C. 2 Dans les pièces, perce un trou dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du rivet (par exemple, 4,5 mm pour un rivet de 4 mm). 3 Enfonce le mandrin du rivet dans la tête de la riveteuse. Serre légèrement la poignée pour que le rivet ne tombe pas. Riveter 4 Enfonce le rivet dans le trou. Assembler deux feuille s 5 Serre la poignée jusqu’à de matériaux (métal, ce que le mandrin se brise. plastique, etc.) à l’aide d’un ou plusieurs rivets 6 Relâche la poignée et jette . le mandrin.

La poignée

La tête

Le mandrin

Le rivet Figure 37 Les parties

d’une riveteuse

OUTIL 12

465

La clé à molette La clé à molette permet de serrer et de desserrer des écrous et des boulons (voir la figure 38). Voici comment on utilise cet outil : 1 Place l’écrou ou la tête du boulon entre les mâchoires de la clé à molette. 2 Tourne la molette pour régler les mâchoires. Celles-ci doivent s’ajuster à la taille de l’écrou ou à celle de la tête du boulon. 3 Tourne la clé dans le sens des aiguilles d’une montre pour serrer. Tourne dans le sens contraire pour desserrer.

La mâchoire fixe La molette

La poignée

Un écrou La mâchoire mobile Un boulon Figure 38 Les parties d’une clé à molette

Le pistolet à colle chaude Un pistolet à colle chaude permet d’assembler rapidement et solidement des surfaces (voir la figure 39). Il est pratique pour coller des pièces difficiles à maintenir en place. Il peut coller le métal, le bois, la céramique, la porcelaine, le carton, le cuir, le polystyrène et les tissus. Voici comment on utilise le pistolet à colle chaude :

1 Mets un bâton de colle dans le pistolet. 2 Branche le pistolet et laisse-le chauffer pendant 3 4 5

cinq minutes. Applique la colle sur les surfaces à assembler en appuyant sur la gâchette. Mets les pièces en position. Applique une légère pression le temps que la colle durcisse.

Un bâtonnet de colle

L’embout

Attention, l’embout du pistolet et la colle peuvent devenir très chauds.

La gâchette Figure 39 Les parties d’un pistolet

à colle chaude

466

BOÎTE À OUTILS

Glossaire et index A Abscisse : Une valeur de la variable qu’on représente sur l’axe horizontal. Cette variable est aussi appelée « variable x ». 444-447 Abysse : Un endroit où l’océan est extrêmement profond. On appelle aussi l’abysse une « fosse sous-marine ». 324 Acide : Une substance qui a un pH inférieur à 7. Le vinaigre et le citron sont des substances acides qui ont un goût aigre. 187, 311 bicarbonates, 187 pancréas, 187 Acidification (des précipitations) : La diminution du pH des précipitations au-dessous de 5,6, ce qui les rend acides. 334, 337 Adaptation : Une modification physique ou comportementale qui permet à une espèce de survivre dans son milieu. 83, 96, 124, 229 aspects physiques, 83 au climat, 83, 116 des plantes, 84 et alimentation, 83, 116 et communication, 116 et mode de déplacement, 83 et reproduction des espèces, 83 et survie, 83 réussie, 219 Adolescence, 275 Air, 132, 136 gaz, 130 pur (constituants), 297 qualité de l’–, 125, 129, 130, 133, 135, 136 Alizés, 339 Alpes, 332 Aluminium, 295 Amphibiens, 120 Anatomie : L’étude de la forme et de la disposition des organes des êtres humains, des animaux ou des végétaux. 223 Ancêtres fossiles : Les êtres vivants qui ont vécu il y a très longtemps et dont on a découvert les restes ou les empreintes de la totalité ou d’une partie du corps. 309 Andésite, 308 Anémomètre, 340 Angiospermes, 247 Année-lumière : La distance que parcourt la lumière en une année. 25 Année solaire, 364 Appalaches, 318 Arbre généalogique, 221 Arc-en-ciel, 353 Ardoise, 310

Astéroïde : Un petit objet céleste. Son diamètre ne mesure pas plus de quelques centaines de kilomètres. 15 Asthénosphère : La couche sur laquelle flottent les plaques tectoniques. Cette couche se compose de roches solides contenant parfois un peu de liquide. 43, 320 Astre : Un objet céleste que l’on peut voir, par exemple une planète, une comète, un satellite naturel, etc.15 Astronomie : La science qui étudie les astres, leurs propriétés et leurs interactions. 5 Atmosphère : L’enveloppe gazeuse qui entoure la Terre. 296 Atome : La plus petite unité de matière. 207-208 électrons, 208 molécules, 207 neutrons, 208 protons, 208 Attraction gravitationnelle simulateur de l’–, 12 voir aussi Gravité Aurore polaire australe, 48, 299, 367 Aurore polaire boréale : Un phénomène lumineux qui apparaît dans le ciel de l’hémisphère nord. 48, 299, 367 Avalanches, 48 Avions, 80 Axe de rotation, 438 de rotation de la Terre, 366 des abscisses, 444-447 des ordonnées, 444-447

B Bactérie : Un organisme unicellulaire dépourvu de noyau, par exemple l’Escherichia coli. 222 Balance, 460 Barrages hydroélectriques, 173, 404 Basalte, 308 Base : Une substance ayant un pH supérieur à 7. Le bicabornate de sodium est une substance basique qui a un goût amer. 187 bicarbonates, 187 pancréas, 187 Becquerel, Henri, 158 Bielle et manivelle, 427, 428 Biénergie, 163 Big-bang, 27 Binoculaire, 458-459 Biogaz : Un mélange de gaz provenant de la décomposition des matières organiques en l’absence d’oxygène. 148, 154, 173 Biomasse, 173, 347

Biosphère, 295, 296 Bohr, Niels, 215 Bois foyer, 163 poêle à combustion lente, 163 Boîte à onglets, 464 Brevet, 384 demande de –, 380 Brise de mer, 341 Brise de terre, 341

C Cahier des charges : L’ensemble des spécifications, des besoins et des objectifs reliés à un projet. 382, 385 contenu du –, 383 plans dans le –, 383 rédaction du –, 380 Calédonides, 318 Came et tige guidée, 427, 428 Castor, 228 Ceinture d’astéroïdes, 357 de feu du Pacifique, 331 Cellule : L’unité de base des vivants. 119, 130, 136 animale, 119 de convection, 338 division cellulaire, 120, 136 génération spontanée, 120 respiration cellulaire, 130, 136 théorie cellulaire, 120 végétale, 109, 119 Centrales marémotrices, 402 nucléaires, 173, 404 Chadwick, James, 215 Chaîne(s), 388, 423, 424 alimentaire, 78, 236 de montagnes, 321, 335 Chaleur, 310 Champ magnétique terrestre, 294 Champignon : Un organisme qui se nourrit de matière organique (donc incapable d’effectuer la photosynthèse) et qui se reproduit au moyen de spores, par exemple les levures et les moisissures. 222 Changements chimiques : Les changements chimiques provoquent l’apparition de nouvelles substances qui possèdent leurs propres propriétés. 197, 198 Changements climatiques, 123, 137 Changements environnementaux, 103 blé, 106, 113 orge, 106, 113

Glossaire et index

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Changements physiques : Les changements d’état de la matière sont des changements physiques. Dans de tels changements, les particules de la substance restent les mêmes. 195 Charlevoix, 329 Chauffage, 156, 162, 163 système de –, 173 Chauves-souris, 23 Chignole, 464 Chlorofluorocarbones (CFC), 300 Chromosome : Une structure qui renferme l’ADN d’une cellule. Les chromosomes contiennent tous les caractères génétiques d’un individu. Chez les animaux et les végétaux, les chromosomes sont situés dans le noyau. 240-241 Cigarette fumée secondaire, 132 problèmes respiratoires, 132 Clé à molette, 466 Cœur, 132 Cohésion : La force qui maintient ensemble les molécules d’une substance. 68 Coin, 416, 420 Combustible : Une matière qui a la capacité de brûler, donc de fournir de l’énergie sous forme de chaleur. 148, 173 Combustion : Une réaction chimique résultant de la combinaison d’une matière combustible avec de l’oxygène. Cette réaction libère de l’énergie. 149, 154 Combustion et oxygène, 173 Comète : Un corps céleste composé de glace et de roches. Elle décrit une orbite très allongée autour du Soleil et elle est suivie d’une traînée lumineuse. 15, 361 Communication à l’aide de supports visuels, 442 orale, 441-442 Compas, 448, 452 Compost : Un mélange de substances organiques et minérales ressemblant à de la terre noire. Le compost résulte de la décomposition des résidus végétaux et animaux. 145, 148, 154 Conception : Une activité qui consiste à élaborer un projet dans le but de créer un produit. La ou les personnes qui se chargent de la conception ne sont pas nécessairement celles qui en ont eu l’idée. 380, 382 Condensation, 336 Conductimètre : Un appareil qui permet de mesurer la capacité d’un liquide de conduire l’électricité. 62 Conifères, 247, 251 Conservation de la masse : La masse des substances qui subissent une transformation est toujours égale à la masse des substances qui en résultent. 198

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Glossaire et index

Consommateurs, 145 Continent : Une grande étendue de terre au-dessus du niveau des océans. La bordure située en eau peu profonde (le plateau continental) fait aussi partie des continents. 41 Contour méditerranéen, 331 Contraception : Les moyens d’empêcher la fécondation d’un ovule par un spermatozoïde ou, s’il y a eu fécondation, la nidation de l’œuf fécondé. 276-277 Copernic, Nicolas, 4, 14 Coriolis, Gaspard, 339 Couche(s) de l’atmosphère, 298, 299, 368 d’ozone, 161, 300 Courant de convection : Un mouvement qui se produit dans un liquide ou un gaz lorsqu’il existe une différence de température à l’intérieur de cette substance. 321, 322 Courroies, 388, 423, 424 Cratère de Manicouagan, 369 Culture acidité, 104 précipitations, 104 température, 104 types de sols, 104 Curie, Marie, 158 Cycle de l’eau, 336, 337 des jours et des nuits, 15, 363 des saisons, 15, 365 menstruel, 265 Cylindre gradué, 462-463

D Dalton, John, 215 Darwin évolution, 102 pinsons, 102 sélection naturelle, 102 Décantation : Une méthode qui permet de séparer un mélange hétérogène qui présente des couches afin d’obtenir des substances distinctes. 203 et mélange hétérogène, 203 Déchets, 145, 148, 150, 152, 154, 155 biodégradables, 154 décomposition des –, 173 gestion des –, 158, 173 non biodégradables, 154 quantité de –, 143, 145 Décomposeurs, 237 Degré d’acidité ou de basicité indicateur, 189 pH, 189, 190 Démarche expérimentale, 6, 7, 17, 433-435 scientifique, 433

technologique, 380, 436, 437 Dérive des continents, 319 Développement durable : Une utilisation des ressources qui répond aux besoins actuels sans compromettre la satisfaction des besoins des générations futures. 139 Diagramme à bandes, 445 à ligne brisée, 447 circulaire, 448 linéaire, 447 Diffusion : Le mouvement des particules lorsqu’elles se déplacent d’une région où elles sont concentrées vers une région où elles sont moins concentrées. 286 Dinosaures, 369 Diorite, 308 Dissolution : Il y a dissolution quand deux ou plusieurs substances se mélangent uniformément pour former une solution. 201 soluté, 201 solvant, 201 Distance : La mesure de la longueur qui sépare deux points dans l’espace. 19, 23 Distillation : Une méthode de séparation des mélanges qui se base sur le point d’ébullition. 204 distillat, 205 mélange homogène, 205 résidu, 205 Dorsale(s), 320 du Pacifique Est, 323 médio-atlantique, 323, 328, 331 Dynamomètre : Un appareil qui mesure la force appliquée. 8, 411, 461

E Eau, 295 changement d’état, 59, 60, 61 cohésion, 68 composition chimique, 67 conductibilité, 62, 64, 96 degré d’acidité, 69 dégustation, 58 description à l’aide des sens, 58 distribution, 89 dure, 64 éléments, 67 essentielle à la vie, 87, 96 et vie quotidienne, 54 gazeuse, 59, 61 habitudes de consommation familiale, 56, 57 histoire, 52 liquide, 59, 61 masse, 65 pH, 96 point d’ébullition, 60, 96 point de fusion, 60, 96

propriétés, 64, 96 réduction de la consommation, 57 sels minéraux, 64 solide, 59, 61 structure, 68 température, 59 traitement, 89 utilisation à la maison, 56 volume, 65 Eau de pluie dispositif technologique pour la recueillir, 92, 94 filtre, 94 Eau douce, 64, 87, 303, 304 mesures pour limiter le gaspillage, 97 problèmes de répartition, 97 Eau limpide : Une eau parfaitement claire et transparente. 94 Eau potable : Une eau qui ne présente pas de risques pour la santé des gens. Sa qualité est garantie par des normes. 89, 90, 96, 304 caractéristiques, 305 contamination, 93 normes bactériologiques et physicochimiques, 90 qualités, 93 Éboulements, 48 Échelle, 24, 26, 445, 453 Éclipse : C’est ce qui se produit lorsqu’un corps céleste masque un astre et que ce dernier n’est momentanément plus observable. 15 lunaire, 375 solaire, 374 Écosystème : Un ensemble écologique de base formé par un milieu non vivant, tous les organismes vivants qui l’habitent et leurs interactions. 71, 74 Effet de corps noir, 352 Doppler, 32 Effet de serre : L’emprisonnement de la chaleur par l’atmosphère entre le sol et les nuages. Ce phénomène naturel est amplifié par des gaz polluants présents dans l’atmosphère. 160, 161, 166, 173, 358 Efficacité énergétique (ou rendement énergétique) : La capacité d’utiliser une forme d’énergie en réduisant les pertes au minimum. 164, 173 Électricité, 162, 163, 164 protection contre l’électrocution, 62 Élément : Tous les atomes qui ont le même nombre de protons. 214 Élodée, 109 Emballage, 140, 154 Embryon, 120, 254-255

Énergie : La capacité d’un système à effectuer un travail, par exemple faire bouger des objets. 132, 154, 158, 161, 350, 399 cinétique (ou de mouvement), 344, 345, 400 chaleur, 160 consommation d’–, 173 élastique, 400 formes d’–, 159, 345, 399, 400 lumineuse, 400 magnétique, 401 manifestations de l’–, 399 naturelle, 344 non renouvelable, 156, 159, 346 potentielle, 344, 345, 400 production d’–, 159 propre, 406 renouvelable, 159, 346, 347, 402 solaire, 167, 354 sonore, 401 système de transformation de l’–, 159, 173 transformations de l’–, 399, 402, 405 Énergie chimique : Une énergie dégagée par la transformation de la matière. 159, 173, 344, 345, 350, 401 Énergie douce : Une énergie dont la production a peu ou n’a pas d’effets sur l’environnement. 166 Énergie électrique : Une énergie produite par un courant électrique. 159, 173, 350, 400 Énergie hydroélectrique ou hydraulique : Une énergie électrique produite par le passage de l’eau dans une turbine. 162, 166 Énergie mécanique : Une énergie résultant de la somme de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique. 159, 173, 350 Énergie nucléaire (ou atomique) : Une énergie provenant des réactions qui se produisent dans le noyau de l’atome. 159, 173, 344, 345, 346, 401 Énergie rayonnante : Une énergie résultant de la somme de l’énergie potentielle et de l’énergie cinétique. 159, 173, 344, 345 Énergie thermique (ou chaleur) : Une énergie qui se manifeste sous forme de chaleur. 159, 173, 344, 345, 346, 347, 350, 401 Enfouissement sanitaire : Une pratique qui vise à enterrer les matières résiduelles dans des sites conçus pour protéger l’environnement. 145 biogaz, 152 et nappe phréatique, 152 lixiviat, 152 site d’–, 146, 148 sol, 152 Engrenages, 388, 402, 423, 425 Éolienne, 159, 167, 173 Équerres à dessin, 452

Érable, 224-225 Érosion : L’usure que l’eau, le vent et certaines interventions humaines font subir aux roches et aux sols. 314, 333, 369 agents de fragmentation des matériaux de surface, 333 étapes de l’–, 333 facteurs d’–, 334 météorisation, 333 sédimentation, 333 transport, 333 Éruption : L’écoulement en surface de matières volcaniques (lave, cendres, gaz carbonique, etc.) provenant des profondeurs. 48, 326, 327 Espèce : Un groupe d’individus semblables qui peuvent se reproduire entre eux et dont les petits peuvent également se reproduire. 116, 136, 219 classification, 118 COSEPAC, 114 en péril, 114, 124 en voie de disparition, 123 évolution, 100, 118 extinction, 100, 124 humaine, 125 menacée, 117, 122, 123 pinsons, 102 reproduction, 112 sauvegarde, 122, 123, 124, 136 survie, 112, 124, 136 Essieu : Une longue tige dont les extrémités entrent dans une ou plusieurs roues. 416, 420 États de la matière : Les trois formes que peuvent prendre les substances sur Terre : solide, liquide et gazeuse. 179-181 gaz, 179, 181 liquides, 179, 180 solides, 179, 180 Étoile : Un gros astre qui produit de la lumière. Notre Soleil est une étoile. filante, 299, 362, 370 vitesse, 31 Êtres vivants classes, 226 invertébrés, 226 vertébrés, 226 Évaporation, 336 Évapotranspiration, 336 Évolution : L’ensemble des transformations subies par une forme de vie au fil des générations. 118, 124, 125, 136, 219 sélection naturelle, 239 Extrant : Un élément qui est produit par un système (vivant ou non-vivant) et qui en sort. 148, 150, 152, 393

Glossaire et index

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F Fabrication : L’ensemble des opérations aboutissant à la construction d’un objet imaginé par des conceptrices ou des concepteurs. 382 d’un prototype, 380 Faille : Une fissure dans la croûte terrestre. 323 Famille des canidés, 219 des félidés, 219 Fécondation : L’union d’une cellule mâle (spermatozoïde) et d’une cellule femelle (ovule) afin de former un nouvel individu. 256 externe, 257 interne, 258 Feldspath, 306 Fer, 294, 295 Feuille lobes, 224 nervures, 224 pétiole, 224 Filtration : Une méthode qui permet de séparer les différentes substances d’un mélange hétérogène. 203 filtrat, 203 filtre, 203 mélange hétérogène, 203 papier-filtre, 203 résidu, 203 Fleurs étamines, 235 pistil, 235 pollen, 235 Fonctions mécaniques élémentaires de guidage, 396 de liaison, 396 Force : C’est ce qui permet, par exemple, de déformer un ressort ou de lancer une balle. Lorsqu’on pousse ou qu’on tire un objet, on applique une force. L’unité de mesure de la force est le newton (N). 9, 412, 438, 461 de cisaillement, 415 de compression, 414 de Coriolis, 338 de flexion, 414 de révolution de la Terre, 9 de torsion, 415 de traction, 414 effets d’une –, 414 et mouvements astronomiques, 51 types de –, 414 Force gravitationnelle : La force qui attire les objets vers le centre de la Terre. Plus la masse d’un objet est grande, plus cet objet est attiré fortement. 411 Formules chimiques atomes, 214 éléments, 214 molécule d’eau, 214

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Glossaire et index

molécules, 214 Fosse : Une cavité assez large et très profonde. 324 des Mariannes, 324 océanique, 324 Fossile : Une empreinte ou un reste d’animal ou de plante préservés dans la croûte terrestre. 309 Foucault, Léon, 366 Friction (atmosphérique) : La résistance au mouvement causée par les molécules d’air. 299. Voir Frottement Frottement : La force qui ralentit le mouvement de deux corps en contact. 411, 412

G Gabbro, 308 Gain mécanique : La différence entre la force requise pour déplacer une charge sans aide et la force nécessaire pour la déplacer à l’aide d’une machine simple ou d’un système mécanique. 422 Galaxie : Un regroupement d’étoiles et de différents astres. Le Soleil fait partie d’une galaxie appelée Voie lactée. 25 Galet : Une roche usée et polie par le frottement de l’eau et que les vagues déposent sur le rivage. 309 Galilée, 29, 374 Galle, Johann G., 7 Galvani, Luigi, 162 Gamète : Une cellule reproductrice, mâle (spermatozoïde) ou femelle (ovule) qui peut s’unir à une autre cellule semblable du sexe opposé, par le processus de la fécondation. 249 Gamme de fabrication : Un document qui décrit toutes les opérations nécessaires pour fabriquer un produit, l’ordre dans lequel ces opérations doivent être effectuées et le temps alloué pour chacune des étapes. 21, 389, 437 Gamme de montage, 389 Gaz à effet de serre, 161, 347 carbonique, 132, 337 naturel, 162, 163 Gène : Un segment d’ADN déterminant un caractère génétique particulier. 240, 241 caractères physiques, 219 Géologue : Une personne qui effectue des recherches sur la nature et l’histoire de la croûte terrestre. Elle étudie la composition et la structure de la Terre. Elle analyse aussi les roches, les minéraux et les fossiles des plantes et d’animaux. 48, 294 Geyser : Un jet d’eau et de vapeur chauffées dans le sol et qui jaillit d’une fissure. 328

Girouette, 340 Glacier : Une accumulation de neige transformée en glace qui descend lentement dans une vallée. 303 Glissements de terrain, 48 Gneiss, 310 Gorge (d’une poulie) : La partie creuse et étroite de la poulie dans laquelle passe la corde ou la chaîne. 388, 416, 423, 424, 426 Graine, 249, 250 cotylédon, 246 embryon, 246 tégument, 246 Granite, 306, 308, 310 Gravitation universelle : voir Gravité. Gravité : La force exercée par un objet sur un autre objet. Cette force dépend de la masse des objets et de la distance qui les sépare. 11, 355 Grossesse : La période durant laquelle la femme porte son bébé, de la fécondation à l’accouchement. 132 bouton embryonnaire, 266 cordon ombilical, 267 embryon, 266 gastrula, 267 placenta, 267 sac amniotique, 267 trimestres, 268-270 Guidage : L’ensemble des dispositifs qui obligent un organe mobile à suivre un mouvement donné. en rotation, 398 en translation, 398 Gymnospermes, 247

H Habitat : Le milieu où vit une espèce particulière. 100, 116, 123, 124, 127, 136, 219, 228 naturel, 236 tourbières, 232 Heure solaire : Lorsque le soleil est directement au sud de l’observateur, il est midi à l’heure solaire. Le temps compris entre deux midis solaires successifs est divisé en 24 périodes égales, appelées heures solaires. 51 Hexagone régulier : Une figure qui possède six côtés égaux et six angles égaux. 68 Himalaya, 324, 332 Histogramme, 446 Histoire géologique : L’étude de l’évolution de la structure géologique et des événements qui l’ont modifiée. 49 Hivernage, 123 Horizon : La ligne circulaire imaginaire où le ciel et la terre (ou la mer) semblent se joindre. 363

Horizons A, B et C, 312 Hormones sexuelles, 262 œstrogènes, 262 progestérone, 262 testostérone, 262 Hornblende, 306 Hubble, Edwin Powell, 31 Humus : Une matière organique partiellement décomposée. Elle peut être d’origine animale ou végétale. 311, 312 Hydroélectricité, 166 production, 406 Hydrogène, 208 Hydro-Québec, 162, 166 Hydrosphère : L’ensemble des eaux du globe terrestre (solide, liquide et gazeuse). 296, 302 Hypophyse : Une glande située à la base du cerveau. Chez l’être humain, elle a environ la taille d’un pois. 262

I-J Image en trois dimensions, 22 Impact météoritique de Chicxulub, 38 et développement de l’être humain, 38 et développement des mammifères, 38 et disparition des dinosaures, 38 Incinérateur : Un appareil dans lequel on brûle les déchets. 150 Incinération : La réduction d’une matière en cendres. On incinère les matières résiduelles en les brûlant. 145, 149, 150, 154 cendres, 150, 152 énergie, 150, 152 gaz toxiques, 152 matériaux non combustibles, 152 résidus, 150 Infiltration, 336 Ingénieures et ingénieurs, 379 Insectes, 120 Instruments de géométrie, 452 de mesure, 460-463 d’observation, 455-459 Intrant : Un élément qui entre dans un système (vivant ou non-vivant) et qui influe sur son fonctionnement ou sur sa vie. 148, 150, 152, 394 Inversion de température, 343 et stabilité de l’air, 343 Ionosphère, 299 Isoler : Protéger des pertes de chaleur. 173 Jupiter, 357, 359

L Laboratoire sécurité au, 431-432 Larve : Le stade qui précède la transformation en adulte de certains animaux, comme les amphibiens et les insectes. 257 Latitude : Une façon d’indiquer la distance entre un point de la surface terrestre et l’équateur. On mesure la latitude en degrés (º). Les latitudes sont des lignes imaginaires qui divisent la Terre parallèlement à l’équateur. 364 Lave : Le magma qui jaillit d’un volcan en éruption. La lave apparaît sous forme de coulées de matières en fusion. 327 Le Verrier, Urbain, 7 Leavitt, Henrietta, 37 Leeuwenhoek, Anton van, 120 Lessivage : Un processus au cours duquel une substance est dissoute puis entraînée par l’eau. 312 Levier, 416, 438 composantes du –, 417 inter-appui, 418 inter-moteur, 418 inter-résistant, 418 Liaison : L’ensemble des dispositifs qui maintiennent ensemble deux composantes d’un objet. 388 complète, 396 démontable, 396 directe, 396 élastique, 396 indémontable, 396 indirecte, 396 partielle, 396 rigide, 396 Ligne de fracture africaine, 331 Limon : Fines particules du sol entraînées par les eaux et déposées au fond et sur les rives des fleuves, des lacs et des rivières. 313 Lithosphère : La couche rigide à la surface de la Terre. Elle a une épaisseur d’environ 70 kilomètres sous les océans et d’environ 150 kilomètres sous les continents. 296, 306 Lixiviat : Un résidu liquide qui contient des substances provenant de la décomposition des déchets mélangées à de l’eau de pluie infiltrée. 148, 151, 173 Loi de la gravitation universelle, 355 Loupe, 455 Lumière : La partie du rayonnement électromagnétique que les yeux peuvent percevoir. blanche, 352 en tant que forme d’énergie, 350 et obstacle opaque, transparent ou translucide, 351 réaction de la – à différentes surfaces, 351

solaire, 349 visible, 354 Lunaison, 373 Lune, 369, 372 diamètre, 24 distance moyenne de la Terre, 24 durée de la révolution autour de la Terre, 24 éclipses, 48 phases, 15 Lunette astronomique, 29

M Machine simple : Un système mécanique qui permet de transmettre directement une force. Les cinq machines simples sont le levier, le plan incliné, la poulie, le coin et les roues et les essieux. 409, 421 fonctions principales des machines simples, 417 types de machines simples, 416 Magma : De la roche liquide dans la croûte terrestre. Lorsqu’elle atteint la surface, on l’appelle de la lave. 46, 307, 320, 321, 328 Magnésium, 294 Maladies respiratoires, 125 transmissibles sexuellement (MTS), 278, 279 Manche à air, 340 Marais : Une nappe d’eau stagnante de faible profondeur, envahie par la végétation aquatique. 72, 75, 76, 77 biodiversité, 74 équilibre, 85 espèces animales, 76, 77, 78 espèces végétales, 76, 77, 78 espèces vivantes, 76, 77, 78 filtration de l’eau, 85 habitants, 86 milieu humide, 74 Marécage : Une étendue de terrain imprégnée ou recouverte d’eau, occupée surtout par des arbres et des arbustes. 75 Mars, 14, 357, 358 Masse : Un indice de la quantité de matière qu’une substance renferme. 179, 355 balance, 183 kilogramme, 183 système international d’unités (SI), 182 Matériau : Une matière qui entre dans la fabrication d’un objet. 140, 390, 391 Matériau isolant : Un matériau qui a la capacité de conserver la chaleur. 164, 165 Matériel : L’ensemble des objets et des outils nécessaires à une activité. 390, 391 Matière(s) cycle de la – dans la nature, 145

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cycle de la – dans la société de consommation, 145 non biodégradables, 173 Matière biodégradable : Une matière qui peut se décomposer naturellement grâce à l’action des décomposeurs. 147, 173 Matière inorganique : Une matière qui provient des éléments non vivants de la planète, surtout du sol. Elle ne peut pas être dégradée par les vivants. Par exemple : le fer. 144 Matière non dégradable : Une matière qui ne peut pas être décomposée. 154 Matière organique : Une matière constituée essentiellement de carbone et d’hydrogène. Elle constitue la matière première de tout organisme vivant. Par exemple : une pomme. 144, 145, 149 Matière première : Une matière d’origine naturelle qui subit une transformation artisanale ou industrielle. 144, 145, 390 Matière résiduelle : Toute matière qu’une personne, un commerce ou une industrie décide d’éliminer. 153 Mauritanides, 318 Mazout, 162, 163 Mécanismes, 388 de contrôle, 392 de transformation du mouvement, 427 de transmission du mouvement, 423, 424 Mélange : Une substance qui contient au moins deux sortes de particules. Il existe des mélanges homogènes et des mélanges hétérogènes. hétérogène, 199, 200, 203 homogène 199, 200 Ménisque : La courbe formée par un liquide lorsqu’il rencontre la paroi d’un contenant. 462 Mercure, 357, 358 Métamorphoses, 120 Météorisation biologique, 334 chimique, 334 mécanique, 334 Météorite : Un fragment de roche ou de glace qui provient de l’espace. Un météorite, dont la grosseur peut varier du grain de poussière au bloc de roches de plus d’une tonne, peut atteindre la Terre à une très grande vitesse. 15, 296, 299, 368, 369, 370 chutes de météorites, 48 impacts météoritiques, 369 pluie de météorites, 370 Mica, 306 Micromètre (μm) : Une unité de mesure du système international (SI) équivalente à un millionième (10-6) de mètre. 313 Micro-ondes : Des ondes invisibles variant de 1 mm à quelques dizaines de centimètres. 23, 354

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Microorganisme : Un organisme vivant (bactérie, levure, virus, etc.) composé d’une seule cellule et visible seulement au microscope. 148 Microorganisme pathogène : Un microorganisme qui peut causer une maladie. 90 Microscope, 120, 456-457 Milieu aquatique, 75 humide, 75, 123 terrestre, 75 Minéral (minéraux), 306, 309, 310 Mise en marché, 380 Modèle : Une façon de représenter les relations entre les différents éléments d’un système. Il peut s’agir d’une maquette, d’un prototype, d’une formule mathématique, etc. Un modèle permet aussi de faire des prédictions. 453 formule mathématique, 6, 453 maquette, 453-454 Molécule : Un assemblage de deux ou plusieurs atomes. Par exemple, la molécule d’eau est faite de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène, de là l’appellation H20. 132 atomes, 213 eau, 68 éléments, 213 gaz carbonique, 213 monoxyde de carbone, 213 Mont Everest, 324, 332 Montagnes (vieillissement), 335 Mouvement : Le déplacement d’un corps. 388, 438 alternatif, 410, 423, 427, 428 circulaire, 11, 410, 423, 427, 428 de convection, 338 en ligne droite, 11 oscillatoire, 410, 423, 427 rectiligne, 410, 423, 427 transformation du –, 388, 427 transmission du –, 423, 424 type de –, 423, 427

N Nappe phréatique : Une étendue d’eau souterraine, formée par l’infiltration des eaux de pluie, qui peut alimenter des puits et des sources. 151 propagation d’un polluant dans la –, 91 Nécrophage : Un animal qui se nourrit d’animaux morts. L’urubu à tête rouge, une espèce de vautour vivant au Québec, est un nécrophage. 236-237 Neptune, 7, 357, 359 Newton, Isaac, 7, 11, 352, 355 Newtons, 411, 461

Niche écologique : L’ensemble des rapports d’une espèce avec les êtres vivants et son milieu. 78, 79, 116, 219, 236, 238 Nickel, 295 Nidification, 123 Normes : Un ensemble de règles établies par des spécialistes. Elles sont regroupées dans un document produit par un organisme national ou international. En technologie, les normes visent à garantir que le produit fabriqué atteint un niveau acceptable de performance et de qualité. 380, 383 Nutriments : Les particules dont se nourrissent les cellules. Elles résultent de la digestion des aliments. 132

O Objet technologique, 436, 437 à échelle réduite, 454 analyse, 437 conception, 380, 382 construction, 438 fonctionnement, 438 vie utile, 383 Observation qualitative : Une observation qui porte sure la qualité, la forme, les propriétés, et qui ne peut pas être exprimée à l’aide de valeurs numériques. 433 Observation quantitative : Une observation qui concerne des quantités qui peuvent être exprimées à l’aide de valeurs numériques. 433 Obsidienne, 308 Œuf(s), 120, 136, 259 blanc, 120 jaune, 120 Oiseaux, 80, 120 Ondes radio, 354 Ondes sismiques : Des ondes qui se propagent dans le sol, dans toutes les directions à partir du point d’origine d’un séisme. 329 Orbite : La trajectoire que suit un astre autour d’un objet céleste. 11, 357, 364 des comètes, 13 des planètes, 13 Ordonnée : Une valeur de la variable qu’on représente sur l’axe vertical. Cette variable est aussi appelée « variable y ». 445 Organe : Une partie du corps qui remplit une fonction particulière, par exemple le cœur, le foie, etc. 132 Organe : Un élément d’un système ayant une fonction précise. 496 Organe d’assemblage, 396

Organe reproducteur : La structure d’un individu qui lui permet de se reproduire. 260 Orogenèse : L’ensemble des mouvements de la croûte terrestre qui conduisent à la formation des montagnes. 332 Osmose : Le passage de l’eau à travers une membrane qui ne laisse passer que certaines substances d’un milieu moins concentré en soluté vers un milieu plus concentré. 286-287 Ouragans, 48 Oxygène, 131, 132, 136, 295

P-Q Palan, 419 Pangée : Mot d’origine grecque signifiant « toutes les terres ». Nom donné par Wegener à un immense continent formé de toutes les terres émergées. 319 Panneaux solaires, 173, 402, 407 Panthalassa : Mot d’origine grecque signifiant « toutes les mers ». Nom donné par Wegener à l’océan unique qui entourait la Pangée. 319 Papier quadrillé, 445-448 pH, 192 tournesol, 190 Parallaxe, 22 Pasteur, Louis, 120 Perceuse, 465 Période de révolution : Le temps que met un astre à faire le tour complet de son orbite. 361, 364 Période de rotation : Le temps que met un astre à faire un tour complet sur luimême. 30, 361, 363 Pétrole : Un combustible fossile liquide provenant de la décomposition de végétaux et d’animaux morts depuis des millions d’années. Ce processus requiert des conditions bien particulières. 346 pH acidité, 69 échelle de –, 69 mètre, 192 papier indicateur, 69 Phases lunaires dernier quartier, 373 nouvelle lune, 373 pleine lune, 373 premier quartier, 373 Phénomènes naturels, 38, 48 Photosynthèse : Le processus qui permet aux plantes de fabriquer leur propre nourriture à partir de l’énergie solaire, de l’eau et du gaz carbonique. 349 gaz carbonique, 237 Pignon et crémaillère, 427, 429

Pistolet à colle chaude, 466 Plan cartésien : Un diagramme comprenant deux axes perpendiculaires et permettant de représenter des données à l’aide de coordonnées. 444 Plan incliné, 416, 418 Planète : Un objet céleste qui tourne autour d’une étoile. Une planète ne produit pas de lumière. géante, 359 tellurique, 358 Plante épiphyte : Une plante qui pousse sur une autre plante sans lui nuire. 233 Plantes émergentes, 84 flottantes, 84 submergées, 84 Plaque tectonique : Une plaque de croûte terrestre qui flotte sur l’asthénosphère. 320, 322, 323, 324, 327, 329, 330, 331, 332, 369 continentale, 42, 43, 44, 45 de Nazca, 323 eurasienne, 324 indo-australienne, 324 mouvements des plaques tectoniques, 42, 322 océanique, 43, 45 voir aussi Tectonique des plaques Plateaux continentaux, 320 Pluie(s) acide(s), 334, 337 acide sulfurique, 337 oxydes d’azote, 337 pollution, 69 soufre, 337 Pluton, 357, 360 Poids, 355 Point de congélation, 463 de fusion, 192 d’ébullition, 192, 463 Point de coupe : L’endroit où on veut scier une pièce de bois. 464 Pointeau : Une tige métallique pointue utilisée pour marquer le centre d’un trou que l’on veut percer. 464 Polluants atmosphériques, 343 Pollution de l’air, 125, 133 des eaux souterraines, 91 Population : Tous les individus d’une même espèce partageant le même habitat au même moment. 219, 238 Poulie, 388, 416, 423, 424, 426 fixe, 419 mobile, 419 Précipitations : Le retour au sol de l’eau sous diverses formes : pluie, neige, grêle, grésil, verglas et giboulée. 336 Prédateurs, 116, 124 Prédiction hypothétique, 433

Pression : La force exercée sur une surface. Par exemple, lorsque tu pousses sur ton crayon pour écrire, tu appliques une pression sur le papier. 310 Problèmes respiratoires, 133 de surpopulation, 276 Producteurs, 145, 237, 380 Profil aérodynamique : Une forme conçue pour offrir le moins de résistance possible à l’air. On essaie de donner ce genre de profil aux voitures et aux avions. 412 Proies, 76, 77, 116 Propane, 163 Propriété : L’information qu’on utilise pour décrire une substance. caractéristique, 140, 179, 192 de la lumière, 350 non caractéristique, 179 physique de l’eau, 64, 96 Protiste : Un organisme unicellulaire possédant un noyau. Quelques-uns peuvent effectuer la photosynthèse (certaines algues) et d’autres se nourrissent de matière organique (l’amibe). 222 Protocole de Kyoto, 161 Protocole expérimental : Une description des conditions et du déroulement d’une expérience. 434, 444 Prototype : Un des premiers exemplaires d’un objet ou d’un système. Il peut servir de modèle pour effectuer des tests ou pour la fabrication en série. 380 Ptolémée, Claude, 14 Quartz, 306

R Radar évaluation des distances, 23 utilisation de l’écho, 23 Rapport de laboratoire, 435 Rapporteur d’angles, 452 Rayons gamma, 354 infrarouges, 354 solaires, 366, 372 X, 354 Rayons ultraviolets (ou rayons UV) : Une partie invisible du rayonnement provenant du Soleil. La couche d’ozone empêche les rayons UV d’atteindre la surface de la Terre. 296, 299, 300 Raz-de-marée, 330 Réacteur nucléaire : Un système dans lequel se produisent des réactions de fusion nucléaire. La fusion des atomes d’hydrogène est la principale source d’énergie du Soleil. 357

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Réaction chimique : Une réaction qui se produit lorsque des liens entre des atomes se brisent et qu’il se forme de nouvelles molécules. 345 Réchauffement climatique, 161 Recherche documentaire, 439 dans Internet, 440 Récupération, 145, 154 Recyclage, 145, 154 Réduction de la quantité de déchets, 154 Reeves, Hubert, 155 Réflexion et absorption de la lumière, 350 Régime alimentaire, 116, 124 Relief : La forme de la surface terrestre. Le relief est formé de creux et de bosses. 314 Rendement énergétique, 163, 406 Reproduction : Une activité vitale qui permet à des individus de produire d’autres individus de leur espèce. 136 aire de nidification, 116 asexuée, 244, 245 cycle de vie, 116 mode de –, 124 organismes pluricellulaires, 119 organismes unicellulaires, 119 saison de l’accouplement, 116 sexuée, 110, 219, 244, 246 temps de gestation, 116 Reptiles, 120 Réseau alimentaire : L’ensemble des chaînes alimentaires, souvent liées entre elles, qui composent un écosystème. 78 Réserve d’eau douce, 87 Résidu : Une matière qui reste après une série de changements chimiques ou physiques. 147 organique, 154 Respiration cellulaire, 288 Ressources énergétiques, 346 voir aussi Énergie Ressource non renouvelable : Une ressource naturelle présente en quantité limitée. Elle se régénère sur une longue période de temps ou ne se reforme plus. Par exemple : le pétrole. 144, 145 Ressource renouvelable : Une ressource naturelle provenant principalement des animaux et des végétaux. Elle ne s’épuise pas si elle est bien gérée. Par exemple : la forêt. 144 Résultats analyse des –, 435 interprétation des –, 435 présentation des –, 435, 443-448 Réutilisation, 154 Révolution : Le mouvement décrit par un astre qui tourne autour d’un autre astre. 8, 363 Révolution terrestre, 8, 363, 364 Rhyolite, 308 Riveter : Assembler deux feuilles de métal, par exemple, à l’aide d’un rivet. 465

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Riveteuse, 465 Roches, 306 ignées, 307, 308 ignées extrusives (ou volcaniques), 308 ignées intrusives (ou plutoniques), 308 métamorphiques, 307, 310 porphyriques, 308 processus de formation des –, 311 sédimentaires, 307, 309 Roche-mère : Une épaisse couche de roche située sous le sol. 311, 312 Rotation terrestre, 363 Roues à friction, 423, 426 dentées, 388, 423, 424 et essieux, 416, 420 Rouille : Un composé brun-rouge qui résulte d’une réaction chimique entre l’oxygène et des matériaux contenant du fer. La rouille se produit dans un milieu humide. 384 Ruissellement, 336 Rutherford, Ernest, 215

S Satellites naturels : Un astre qui tourne autour d’une planète. 15, 361 Saturne, 357, 359 Schéma de construction : Une forme de dessin technique qui indique comment construire un objet en montrant le détail de chaque pièce et de ses liaisons. 380, 387, 436 Schéma de principe : Une forme de dessin technique qui représente le fonctionnement d’un objet ou d’un système. 380, 386, 436 Schémas techniques (ou technologiques), 386, 387, 449-452 Schiste argileux, 310 Scie à dos, 464 Sécheresses, 48 Sécurité en laboratoire, 431-432 en matière d’électricité, 432 générale, 431 Sédimentation : Une méthode de séparation d’un mélange qui consiste à laisser les matières en suspension se déposer au fond par gravité. 202 mélange hétérogène, 202 Sédiments : Des matériaux qui se déposent en couches. Ils proviennent de l’érosion du sol ou de l’accumulation de matière organique. 45, 203, 307 Sedna, 358 Sels minéraux : Les sels présents dans le sol, dans l’eau et dans la matière organique. 302 calcium, 303

chlorure, 303 magnésium, 303 potassium, 303 sodium, 303 solvant universel, 63 sulfate, 303 Sens, 433 limites des –, 17 Séparation des mélanges, 202 Silicates, 294 Silice, 295 SIMDUT, 432 Simulateur : Un appareil qui permet de reproduire certaines situations réelles. 10, 12 Sismologues : Les scientifiques qui étudient les séismes et la propagation des ondes dans la croûte terrestre. 330 Smog, 343 Sol, 151, 173, 311 altération du –, 311 apport de matière organique, 311 habitants, 314 horizons du –, 312 porosité, 313 structure, 313 texture, 313 Soleil, 15, 24, 25, 317, 356 éclipses, 48 lumière du – , 15 période de rotation, 30 taches solaires, 30 Solstice d’été, 365 d’hiver, 365 Solubilité : La quantité maximale de substance qu’on peut dissoudre dans une autre substance (un solvant) à une température et à une pression données. 64, Soluté : La partie d’un mélange qui est dissoute. 201 Solution : Un mélange homogène contenant deux ou plusieurs substances. 200 Solvant : La partie d’un mélange qui dissout les autres substances. 201 Solvant universel : Une substance capable de dissoudre un grand nombre de substances différentes. L’eau est souvent considérée comme un solvant universel. 63 Sous-système composantes d’un –, 393 fonction propre, 393 Spectre visible des couleurs, 353 électromagnétique du Soleil, 354 Spores, 246 Stades du développement humain : Les étapes du développement humain entre la naissance et l’âge adulte. 124 Station spatiale Mir, 11

Stéréoscope : Un instrument qui permet à chacun de nos yeux de voir une image légèrement différente. Avec le stéréoscope, on peut voir une image en trois dimensions à partir de deux photos. 21 Structure géologique : La disposition des couches de roches et leurs fractures. 49 Substance pure : Une substance qui ne contient qu’une sorte de particules. 199 Substance soluble : Une substance dont les particules ont la capacité de se séparer jusqu’à ce qu’elles soient uniformément réparties dans une autre substance. Par exemple, le sucre est soluble dans l’eau. 200 Symbiose : Une association entre deux organismes vivants qui est profitable à chacun d’eux. 233 Symboles graphiques, 451 chimiques, 212 Symbole normalisé : Un symbole reconnu par tous les gens qui travaillent en technologie. 388 Système : L’ensemble des composantes d’un objet ou d’une machine. Leurs fonctions sont différentes mais leur but est le même. 393 composantes d’un –, 394 de distribution d’eau, 89, 97 immunitaire, 133, 134 mécanique, 422 respiratoire, 134 technologique, 150, 392, 409 Système énergétique : Un système technologique permettant de transformer de l’énergie en chaleur ou en électricité. 158 Système solaire : L’ensemble formé du Soleil et de tous les objets célestes qui subissent son effet gravitationnel. 15 astres, 24 diamètre, 24 distance moyenne du Soleil, 24 naissance, 356 planètes, 361 simulateur, 10

T Tableau, 443 Tableau périodique : Un tableau qui représente tous les éléments naturels et artificiels connus à ce jour. 210-211 éléments, 209 éléments artificiels, 210 éléments naturels, 210 famille, 211 groupe, 211 numéro atomique, 211 période, 211

Taxonomie : Une science qui classifie les vivants selon les caractères qu’ils ont en commun, des plus généraux (les règnes) aux plus particuliers (les espèces). 124, 136, 219, 221 classes, 118 espèce, 222 genre, 222 Linné, 118 règnes, 118 Tectonique des plaques, 41, 294, 320, 321 Température : Une mesure de l’intensité de la chaleur dégagée par un objet ou une matière. 179 degrés Celsius, 185 thermomètre, 185 Température ambiante : La température de l’environnement. Dans une pièce, cette température est d’environ 20 °C. 180 Terre, 357, 358 couches internes, 294 croûte, 294 manteau, 294 noyau, 294 structure interne, 294 types de sols, 311 Théorie scientifique : Un ensemble d’idées et de connaissances servant à expliquer un phénomène. Ce phénomène doit être observé par de nombreux scientifiques au cours de plusieurs expériences. 433 Thermomètre, 463 Thermopompe, 163 Thomson, Joseph John, 215 Tourbe : Une matière combustible résultant de la décomposition partielle des végétaux. 75 Tourbière : Un écosystème où s’accumule de la tourbe. 75 Tornades, 48 Transformations chimiques, 132 Travail : Le résultat qu’on obtient lorsqu’on exerce une force sur un objet et qu’on le déplace sur une certaine distance. 421 Tremblements de terre, 48, 329, 330 Tsunami : Une vague isolée et très haute d’origine sismique ou volcanique. Cette vague, qu’on appelle aussi un raz-de-marée, pénètre loin dans les terres. 48, 293, 330

U Unité astronomique : La distance qui sépare la Terre du Soleil. Par définition, cette distance est de 1,00 unité astronomique. 13 Unités de mesure, 443, 446-447 Univers, 24 âge, 29

début, 29 en expansion, 33, 35 frontière, 29 modèle, 35 température, 33 Uranium, 346 Uranus, 357, 359

V Valeurs, 444-447 Valorisation, 145, 154, 173 Valorisation énergétique : Le fait de donner une nouvelle valeur à une matière résiduelle en lui permettant de fournir de l’énergie. Ainsi, cette matière a une dernière utilité. 154 Variable : Une quantité qui peut prendre différentes valeurs. 434, 446 Variable continue : Une variable qui peut prendre n’importe quelle valeur dans un intervalle donnée. Par exemple, la taille des élèves. 446 Variations du rayonnement solaire, 48 Vase à trop-plein, 463 Vent(s), 340, 341 direction du –, 340 vitesse du –, 340 Vent dominant : Le vent qui souffle le plus fréquemment dans une région donnée du globe. 338, 339 Vent solaire : Un courant de particules émises par le Soleil. Il est surtout composé de protons et d’électrons. 361 Vénus, 357, 358 Vis et écrou, 427, 429 Vitesse de la lumière, 25 Voie lactée, 25 Volcan(s), 48, 326, 327 magma, 46 parties principales d’un – typique , 326 roche fondue, 46 Volcan éteint : Un volcan est éteint s’il a cessé d’être actif et que les scientifiques pensent qu’il ne se réveillera jamais. 326 Volume : L’espace occupé par un objet. 179 liquide, 184 solide irrégulier, 184 solide régulier, 184

W-Z Wegener, Alfred, 40, 317 Wilson, John Tuzo, 320 Yucatan, 369 Zygote, 254

Glossaire et index

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Sources

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PAGES DE GARDE

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: bas

LÉGENDE : centre

: gauche

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Arto Dokouzian et Michel Verreault

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p. 2cg et bg : © Kevin Fleming/CORBIS • p. 2cd : Royalty-Free/Istock • p. 2bd : Copyright, Steve Irvine • p. 3 © Vittoriano Rostelli/CORBIS • p. 6 : Nuance photo • p. 7 : NASA • p. 8 : © ImageState Royalty Free/Alamy • p. 9h : Arto Dokouzian • p. 9cd : © Neil Rabinowitz/CORBIS • p. 10d : Corel Disque • p. 10g : Arto Dokouzian • p. 11 : NASA • p. 12 : Arto Dokouzian • p. 13 : Astrofoto/Alpha Presse • p. 14 : SPL/Publiphoto • p. 16d : Arto Dokouzian • p. 16g : JAMES KING-HOLMES/SPL/Publiphoto • p. 18 : D. Van Ravenswaay/SPL/Publiphoto • p. 20h : Arto Dokouzian • p. 20b : Arthur Morris/ Visuals Unlimited • p. 21 : Arto Dokouzian • p. 22hd et hg : Nuance Photo • p. 22c : © Royalty-Free/CORBIS • p. 23 : © Firefly Productions/CORBIS • p. 24 femme : PhotoDisc • p. 24 Voie lactée : © Myron Jay Dorf/CORBIS • p. 24 amibe : ASTRID & HANNS-FRIEDER MICHLER/SPL/Publiphoto • p. 24 Terre : NASA • p. 24 molécule : ALFRED PASIEKA/SPL/Publiphoto • p. 25 : D. A. Hardy/SPL/Publiphoto • p. 26g : Nuance photo • p. 26d : NASA • p. 27d : C. Butler/SPL/Publiphoto • p. 27g : AP/Wide World Photos • p. 29g : NASA • p. 29d : © Gustavo Tomsich/CORBIS • p. 30 : SOHO/MDI • p. 31b : CP PHOTO/HO/Canadian Paralympic Committee/Jean-Baptiste Benavent • p. 31h : c Bettmann/CORBIS • p. 32hg : Service de police de la Ville de Montréal • p. 33 : Harvard College Observatory/SPL/Publiphoto • p. 34h : Arto Dokouzian • p. 34b : A. Morton et D. Milton/SPL/Publiphoto • p. 35 : Photographe Charles-Henri Debeur • p. 37 : PHOTO PC/La Tribune de Sherbrooke, Imacom - Claude Poulin • p. 38 : D. A. Hardy/SPL/Publiphoto • p. 40hg : Bradley Stahl /Animals animals/Maxx Images • p. 40cg : Photo de Diane Saint-Laurent/Images du Québec • p. 40hd : Brian Lawrence/ Superstock • p. 40cd : © Yann Arthus-Bertrand/CORBIS • p. 40b : ESA 2003 • p. 42 : Arto Dokouzian • p. 44hg : Photo de Pierre-André Bourque • p. 44cg : Photo de Pierre -André Bourque • p. 44bd : Arto Dokouzian • p. 45-46 : Arto Dokouzian • p. 47 : MATTHEW SHIPP /SPL/Publiphoto • p. 48g : A. Sabina/Centre d’information sur les sciences de la terre (SST)/Ressources naturelles Canada • p. 48d : Weatherstock • p. 49hg : Revue Sainte-Anne • p. 49hc : PierreBedard.ca • p. 49hd : Denis Pinsonneault • p. 49bd : Denis Pinsonneault • p. 51 : Arto Dokouzian

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2

p. 52g : akg-images • p. 52d : Scala/Art Resource, NY • p. 56 : UN/DPI/Photo de Ray Witlin. • p. 57 tableau : ADAM HART-DAVIS/SPL/Publiphoto • p. 58b : Nuance Photo • p. 58h : Arto Dokouzian • p. 59 : Images du Québec/Photo de Bertrand Dubreuil • p. 60g : Photo Nicolas Reeves et Société des Arts Technologiques (SAT) • p. 60d : Arto Dokouzian • p. 61hg : © David Stoecklein/CORBIS • p. 61hd : MARTYN F. CHILLMAID/ SPL/Publiphoto • p. 61cg : Corel Disque • p. 61cd : Nuance Photo • p. 61bg : Charles Henri Debeur • p. 61bd : PEKKA PARVIAINEN /SPL/Publiphoto • p. 62-63 : Arto Dokouzian • p. 64 : Corel Disque • p. 65h : Nuance Photo • p. 66 : Arto Dokouzian • p. 65bd : akg-images • p. 67d : © Bettmann/CORBIS • p. 67g : Arto Dokouzian • p. 68b : Pbase/Pete Ganzel • p. 69 : Arto Dokouzian • p. 70h : Nuance photo • p. 70b : Arto Dokouzian • p. 71b : Nuance photo • p. 75h : Images du Québec/Photo de Mario Marchand • p. 75c : D. Lefranc/HoaQui/Gamma-Rapho • p. 75b : Images du Québec/ Photo de Denis Chabot • p. 79g : Roméo Meloche/Jardin botanique de Montréal • p. 79d : Visuals Unlimited • p. 80hg : Getty Images • p. 80hc et hd : Corel Disque • p. 80b : © Bettmann/CORBIS • p. 81 : Arto Dokouzian • p. 82 : Chris Jones/Firstlight • p. 83h, de g à d : Di Maggio/CORBIS ; In the Light/Alpha Presse ; B. Van Damme/ Alpha Presse ; Jardin botanique de Montréal ; p. 83c, de g à d : © Rouso/Publiphoto ; Jeremy Woodhouse/Still Pictures/Robert Harding ; Mathieu Boisne/Pbase ; Corel Disque • p. 83bd : Roderick Chen/Search 4 Stock • p. 84hg : Corel Disque • p. 84hd : Kjell B. Sandved/ Visuals unlimited • p. 84cg : Bob Gibbons/SPL/Publiphoto • p. 84bg : John Clegg/SPL/ Publiphoto • p. 84bd : Normand Fleury/Jardin botanique de Montréal • p. 85 : Ville de Montréal. Gestion des documents et archives. VM94/Uc-5942-29 • p. 87 : UNEP • p. 89g : Pierre Payment • p. 89d : Michel Verrault • p. 90 : Marathon international de Montréal • p. 91-92 : Arto Dokouzian • p. 93, journaux : Socami • p. 93bd : Gracieuseté d’Aquatech, Société de Gestion de l’eau Inc. • p. 94 : Randy Brandon/OKAPIA

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3

p. 100g : Danièle Schneider/Photononstop • p. 100d : Jean-Francois O Kane/ Search4Stock • p. 102hg : NHPA/Kevin Schafer • p. 102hc : NHPA/David Middleton • p. 102hd : NHPA/Michael Lynch • p. 102bg : Steve Austin/Still Pictures/Robert Harding • p. 103h : © Jean-Pierre Tartrat/Gamma/PONOPRESSE • p. 103b : Brigitte Merle/ Photononstop • p. 104 : © CORBIS • p. 105 et 106d : Arto Dokouzian • p. 106g : © Royalty-Free/Corbis • p. 108g : © Macduff Everton/CORBIS • p. 108d : DAVID NUNUK/ SPL/Publiphoto • p. 109h : Ed Reschke/Getty Images • p. 109b : Yvette Tavernier/BIOS • p. 110h : Index Stock Imagery/Maxx Images • p. 110b : CP PHOTO/Le Soleil-JeanMarie Villeneuve • p. 111 : Arto Dokouzian • p. 112g : © Gary Braasch/CORBIS • p. 112c : Jean-Claude Teyssier/Alpha Presse • p. 112d : David Boag/Alamy • p. 114 : © Tom Bean/CORBIS • p. 116d : Charles Mauzy/ CORBIS • p. 116g : Thomas D. Mangelsen • p. 118 (Flash) : Stephanie Maze/ CORBIS • p. 118b : Stephen

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Sources

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L’univers matériel p. 175h : Darlyne A. Murasawaski/Getty Images • p. 175cd : Keith Kent/ Alpha Presse • p. 175bg : Pitchal Frederic/Corbis Sygma • p. 175bd Tony & Daphne Hallas/SPL/ Publiphoto • p. 177g : Photo Raymond Robillard • p. 177d : MEHAU KULYK/SPL/ Publiphoto • p. 178 : © Pat O’Hara/CORBIS • p. 179g : Nuance photo • p. 179d, de h en b : akg-images/Museum Kalkriese ; Photo Credit : Scala/Art Resource, NY ; akg-images ; akg-images • p. 180-181 Arto Dokouzian • p. 183 tabl.2h : Nuance photo ; Nuance photo ; PhotoDisc • p. 183 tabl.2c : PhotoDisc ; Nuance photo ; PhotoDisc • p. 183 tabl.2b : PhotoDisc ; Société canadienne des postes, 1999. Reproduit avec permission • p. 183b : Caméléon • p. 184 : Arto Dokouzian • p. 185hd : Search4Stock • p. 185hg : PhotoDisc • p. 185cg et cd : Nuance photo • p. 188g : DR JEREMY BURGESS/SPL/ Publiphoto • p. 188d : Photo de Denis Chabot/ Québec en images • p. 189hd : akgImages • p. 189c : Nuance photo • p. 189bd et g : Arthur Hill/Visuals Unlimited • p. 190 : Arto Dokouzian • p. 192d Arto Dokouzian • p. 192g : ANDREW LAMBERT PHOTOGRAPHY/SPL/Publiphoto • p. 193 : Nuance photo • p. 194 : Photo Raymond Robillard • p. 197 h : Nuance Photo • p. 197b, de g à d : ADRIENNE HART-DAVIS/SPL/ Publiphoto ; Corel Disque ; STEVE ALLEN/SPL/Publiphoto ; Jamie Harron/Papilio/ CORBIS • p. 198b : SHEILA TERRY/SPL/Publiphoto • p. 198h : PERES-UNEP • p. 199h : Arto Dokouzian • p. 199b : © Pierre Vauthey/ CORBIS SYGMA • p. 200g : AP/Wide World Photos • p. 200d : Corel Disque • p. 202 bg et d : Nuance photo • p. 202 h : Theobald/BSIP • p. 203 : Arto Dokouzian • p. 204h : Jean-Marc Bour/BIOS • p. 204b : Arto Dokouzian • p. 206 A. Pasieka/SPL/PUBLIPHOTO • p. 207 : Arto Dokouzian • p. 208h : Royalty-Free/ Istockphoto • p. 208b : PhotoDisc • p. 209h : © Bettmann/ CORBIS • p. 209b : akg-images • p. 210 : © Bob Elam/Alamy • p. 215 h en b : SPL/ Publiphoto ; SPL/Publiphoto ; akg-images ; akg-images ; A. B. BROWN/SPL/Publiphoto

L’univers vivant p. 217hg : W. Ervin/SPL/Publiphoto • p. 217bg : Corel Disque • p. 217bc : Photo de Pierre François Beaudry/Images du Québec • p. 217bd : SPL/Publiphoto • p. 217hd : Andrew Syred/SPL/Publiphoto • p. 218 : PhotoDisc • p. 219 : PhotoDisc; J. Lepore/ Photo Researchers/Publiphoto (renard) ; © M. Botzek/zefa/CORBIS (chien) • p. 220 : © Strauss/Curtis/CORBIS • p. 221g : © Norbert Schaefer/CORBIS • p. 221d : Alinari /Art Resource, NY • p. 222h : S. Terry /SPL/Publiphoto • p. 222b, tigre : Corel Disque • p. 222b, arbre : Photo de Hélène S. Dubois/Images du Québec • p. 222b, champignons : Corel Disque • p. 222b, bactérie : Hybrid Medical animation/SPL/Publiphoto • p. 222b, prostites : © Douglas p. Wilson ; Frank Lane Picture Agency/CORBIS • p. 223, fond : J. Beauchamp • p. 223, algues : © Ralph A. Clevenger/CORBIS • p. 223, mousses : Corel Disque • p. 223, fougères : N. Kurzenko/SPL/Publiphoto • p. 223, conifères : © Charles Mauzy/CORBIS • p. 223, fleur : Corel Disque • p. 224 : PhotoDisc • p. 225 : Jardin botanique de Montréal • p. 226, 1 : © Brandon D. Cole/CORBIS • p. 226, 2 et fond : Fred Bavendam/BIOS/Alpha Presse • p. 226, 3 : © Robert Pickett/CORBIS • p. 226, 4 : Norbert Wu/Getty Images • p. 226, 5 : Photo Gayle p. Clement • p. 226, 6 : W. Erwin/SPL/ Publiphoto • p. 226, 7 et 8 : G. Douwma/SPL/Publiphoto • p. 227, 9 : M.O. Scubazoo/ SPL/Publiphoto • p. 227, 10 : V. Aubrey/SPL/Publiphoto • p. 227, 11 : Luiz C. Marigo • p. 227, 12 : Corel Disque • p. 227, 13 : Cyril Ruoso/BIOS • p. 228g : Photo de JeanMarie Dubois /Images du Québec • p. 228c : © Maxx Images • p. 228d : Visuals Unlimited/Science • p. 229h : Photo Heiko Wittenborn • p. 229 : © Royalty-Free/ CORBIS • p. 229 bd : Corel Disque • p. 230 de h en b : Jean-Claude Teyssier/ Alpha Presse ; Hanson Carroll; R. Andrew Odum/Getty Images; John Cancalosi/Getty Images ; Émile Barbelette/ BIOS; Peter Frischmuth/Argus • p. 232d, de h en b : © O. Alamany & E. Vicens/CORBIS ; © Lynda Richardson/CORBIS ; Carl Vornberger/Getty Images ; Nigel G. Dennis/NHPA ; Corel Disque • p. 232g : Hans Pfetschinger/Peter Arnold/Alpha Presse • p. 233 de h en b : © Tom Bean/CORBIS ; Corel Disque ; © Robert Gill ; Papilio/CORBIS ; Corel Disque • p. 234h, de g à d : Mayet Jean/BIOS ; Andreas Riedmiller ; © Maxx images ; © Roy Morsch/ CORBIS • p. 234cg :. Tiré de The Way of the Wolf ; Photo : L. David Mech • p. 234cd : © Tom J. Ulrich/Visuals Unlimited • p. 234b, de g à d :. © Sea world, Inc/Corbis ; © Joe McDonald/Visuals Unlimited ; Carl R. Sams ; © Farrell Grehan/ CORBIS • p. 235 de g à d : Photo de Pierre François

Beaudry/Images du Québec ; D. Shaw/SPL/Publiphoto ; Jardin botanique de Montréal ; Corel Disque • p. 236 de g à d : J. Beauchamp ; PhotoDisc ; Corel Disque • p. 237 : John Cancalosi/Getty Images • p. 238 : Guy Germain/Photographies d’oiseaux © www.mesange.com • p. 239b : Rob & Ann Simpson /Visuals Unlimited • p. 239h : akg-images • p. 242-243 : SIU School of Medecine • p. 245, lilas : Nuance Photo • p. 245cg : © David Muench/CORBIS • p. 245cd : Jean-Claude Teyssier/Alpha Presse • p. 246h : © Royalty-Free/Corbis • p. 246b, de g à d : © Ralph A. Clevenger/CORBIS ; Mary Marin/Istockphoto ; J. Burgess/ SPL/Publiphoto ; John Howard/SPL/Publiphoto ; The Picture Store/SPL/Publiphoto • p. 247hg : Corel Disque • p. 247hd : Musto/SPL/ Publiphoto • p. 247bg : © CORBIS • p. 247bd : N. Cornellier/Jardin botanique de Montréal • p. 248bg : S. Nishinaga/SPL/ Publiphoto • p. 248bd : Steve Hopkin/Ardea London • p. 250hg : J. Zipp/ Photoresearchers/Publiphoto • p. 250hd : Valan Photos • p. 250bg : Jardin botanique de Montréal • p. 250bd : Photo de Jean-Claude Dechevis/ Images du Québec • p. 251hd : M. Nimmo/SPL/Publiphoto • p. 251hg : M.F. Merlet/SPL/ Publiphoto • p. 252g : Mary Marin/Istockphoto • p. 252hd : Photo Éric Walravens • p. 252bd : © Terry W. Eggers/CORBIS • p. 254g : C.V. Angelo/Photoresearchers/ Publiphoto • p. 254d : T Branch/ Photoresearchers/Publiphoto • p. 256h : SIU School of Medecine • p. 256bg : Jeff Foott/UNEP • p. 256bd : T. Clutter/Photoresearchers/ Publiphoto • p. 257: Valan Photos • p. 259c : Michael Durham/Visuals Unlimited • p. 259d : Gerard Lacz • p. 260h : Manfred Danegger/NHPA • p. 260d : Gerard Lacz • p. 261b : Yves Lefevre/BIOS • p. 261d : © Rick Gomez/ CORBIS • p. 261h : © Roger De La Harpe ; Gallo Images/CORBIS • p. 266h : DR GERALD SCHATTEN/SPL/Publiphoto • p. 274hd et cd : J. Beauchamp • p. 274cg : R. Henri • p. 274cc et bg : M. Champagne • p. 274bc et bd : PhotoDisc • p. 275 : © Ronnie Kaufman/CORBIS • p. 276g : M. Fermariello/SPL/Publiphoto • p. 276d : © CHOR SOKUNTHEA/Reuters/Corbis • p. 277h, de g à d : C. Molloy/SPL/Publiphoto ; G. Parker/ SPL/Publiphoto ; G. Parker/SPL/ Publiphoto ; Saturn Stills/SPL/Publiphoto • p. 277bg : Astrid & Hanns Frieder Michler/ SPL/Publiphoto • p. 277bd : Gusto/SPL/Publiphoto • p. 280h : Paul Schulte/Université du Nevada • p. 280c : Marilyn Kazmers/Getty Images • p. 280b : Manfred Kage/Getty Images • p. 281h, de g à d : © Clouds Hill Imaging Ltd./CORBIS ; © Jim Zuckerman/ CORBIS ; Paul Schulte/Université du Nevada • p. 281b, de g à d : © Lester V. Bergman/ CORBIS ; © Clouds Hill Imaging Ltd./CORBIS ; A. Syred/SPL/Publiphoto • p. 283 : © Bettmann/CORBIS • p. 284 : Wilkinson/Valan Photos • p. 285 et 287 : Arto Dokouzian

La Terre et l’espace p. 291g : Kevin Schafer/Getty Images • p. 291c : Corel Disque • p. 291d : Weatherstock • p. 292 : Corel Disque • p. 293 : akg-images /Bibl. Amiens Métropole • p. 295g : Roland Seitre • p. 295cg : Corel Disque • p. 295cd : Jean-Michel Labat/BIOS • p. 295d : ALEXIS ROSENFELD /SPL/Publiphoto • p. 300g et d : NASA • p. 303 : Corel Disque • p. 304c : J. Beauchamp • p. 304d : Mark Edwards/Still Pictures/Robert Harding • p. 304g : Mark Edwards/Still Pictures/Robert Harding • p. 305 : Andrew Davies/Still Pictures/Robert Harding • p. 306h : J. Beauchamp • p. 306 minéraux : Musée minéralogique et minier de Thetford Mines, sauf le quartz (LAWRENCE LAWRY/SPL/ Publiphoto) • p. 308 et 309 : Arto Dokouzian • p. 310 hg, hc, hd et bd : Musée minéralogique et minier de Thetford Mines • p. 310bg : Arto Dokouzian • p. 313hc : Musée minéralogique et minier de Thetford Mines • p. 313 : S. Stammers/SPL/ Publiphoto • p. 315 : © Francesc Muntada/CORBIS • p. 316 : Weatherstock • p. 317 : © Bettmann/CORBIS • p. 320 : Ontario Science Centre/Centre des sciences de l’Ontario • p. 324 : David Woodfall/Still Pictures/Robert Harding • p. 326 : Steve Kaufman/Getty Images • p. 328d : SIMON FRASER /SPL/Publiphoto • p. 328g : © Douglas Peebles/ CORBIS • p. 329g : AP/Wide World Photos • p. 329d : © Yann Arthus-Bertrand/CORBIS • p. 330g : AP/Wide World Photos • p. 331 : Zephyr/SPL/Publiphoto • p. 334hd : Images du Québec/Photo de Martin Guérin • p. 334c : © Steve Vidler/ SuperStock • p. 334bd : © Alan Towse ; Ecoscene/CORBIS • p. 334hg : Royalty-Free/ Istockphoto.com • p. 335g et d : P. G. Adam/Publiphoto • p. 336 : © Richard Cummins/CORBIS • p. 340hd : Nuance photo • p. 340c : Markus Dlouhy/Imagetrust • p. 340bd : © Matthias Kulka/ CORBIS • p. 341 : © Larry Chiger/SuperStock • p. 342 : Daryl Benson /Masterfile • p. 343g : Roderick Chen/Search4Stock • p. 343d : Megapress • p. 348 : NASA • p. 351 : Arto Dokouzian • p. 352 : Peter Steyn/Ardea London Ltd • p. 353 : DUNCAN SHAW/SPL/ Publiphoto • p. 355 et 356ch : NASA • p. 356b : GoodShot/SuperStock • p. 358 Mercure : D. van Ravenswaay/SPL/Publiphoto • p. 358 Vénus : NASA/SPL/Publiphoto • p. 358 Terre : PLANETARY VISIONS LTD/SPL/Publiphoto • p. 358 Mars : SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTE/NASA/SPL/Publiphoto • p. 358 Sedna : NASA • p. 359 Jupiter : NASA/SPL/ Publiphoto • p. 359 Saturne : SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTE/NASA/SPL/ Publiphoto • p. 359 Uranus : SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTE/NASA/SPL/ Publiphoto • p. 359 Neptune : NASA • p. 359cd, bd : NASA • p. 360d : SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTE/NASA/SPL/Publiphoto • p. 360g : © HENNY RAY ABRAMS/Reuters/Corbis • p. 362hg : NASA • p. 362bg : EUROPEAN SPACE AGENCY /SPL/Publiphoto • p. 364 : SPL/Publiphoto • p. 366g : © Photo Centre national des arts et métiers - bibliothèque • p. 367 : Sébastien Gauthier • p. 368 : DR JUERG ALEAN /SPL/Publiphoto • p. 369 : Digital image © 1996 CORBIS ; Image originale gracieuseté de NASA/CORBIS • p. 370g : Richard L. Jones/ARM Image Library • p. 370d : TONY & DAPHNE HALLAS /SPL/Publiphoto • p. 372h : ECKHARD SLAWIK /SPL/Publiphoto • p. 372-373 : ECKHARD SLAWIK /SPL/Publiphoto • p. 374cd : Dennis Di Cicco • p. 374g : SPL/Publiphoto • p. 375 ECKHARD SLAWIK /SPL/Publiphoto

L’univers technologique p. 377h : © Georgina Bowater • p. 377b : © AMET JEAN PIERRE/CORBIS SYGMA • p. 382d : Nuance Photo • p. 382g : © Hulton-Deutsch Collection/CORBIS • p. 383d : akg-images • p. 386 : Nuance photo • p. 387 : Archives Hydro-Québec • p. 389 Centre de développement pédagogique • p. 390bg : PhotoDisc • p. 390bd : Nuance Photo • p. 390cd : © James L. Amos/CORBIS • p. 390cg : PhotoDisc • p. 390 hg : Bryn Lennon/ Getty Images • p. 391hg : Alcan • p. 391hc : Nuance Photo • p. 391hd : Nuance Photo • p. 391cg : Search4Stock • p. 391ccg : Search4Stock • p. 391ccd : Nuance Photo • p. 391cd : Nuance Photo • p. 391b : Arto Dokouzian • p. 392 : © Richard Cummins/

CORBIS • p. 394cd : Nuance Photo • p. 394cg : © Charles O’Rear/CORBIS • p. 394b : Search4Stock • p. 397: © Stéphanie Maze/CORBIS • p. 398 : Istock Photo • p. 400d, de h en b : Nuance Photo ; Nuance Photo ; Search4Stock ; Nuance Photo ; Nuance Photo • p. 400g : © Paul A. Souders/ CORBIS • p. 401g, de h en b : Nuance Photo ; Search4Stock ; Nuance Photo ; PhotoDisc ; Nuance Photo • p. 401d : PhotoDisc • p. 402 : Yves Derome/PUBLIPHOTO • p. 404g : © KLESCHUK ANATOLY/CORBIS SYGMA • p. 405 : © Richard Cummins/CORBIS • p. 406 : © Reuters/CORBIS • p. 407 : © Schenectady Museum ; Hall of Electrical History Foundation/CORBIS • p. 408 : PhotoDisc • p. 409 : © Jim Campbell/Aero-News Network/ Pool/Reuters/Corbis • p. 410hg : Search4Stock • p. 410bg : © Adam Woolfitt/CORBIS • p. 410hd : Corel disque • p. 411g : Search4Stock • p. 411d : © Bettmann/CORBIS • p. 412h : Search4Stock • p. 413 g : Search4Stock • p. 413 d : Michael Rosenfeld/Getty Images • p. 414 de h en b : © Duomo/CORBIS ; © Ronnie Kaufman/CORBIS ; Nuance Photo • p. 415h : Nuance Photo • p. 415b : Quincaillerie Delorimier /Nuance Photo • p. 416 : Search4Stock, sauf bg Nuance Photo • p. 417 : Search4Stock, sauf bd Agence spatiale canadienne • p. 418g : Janicke Morissette/Le bureau officiel • p. 418c : Nuance Photo • p. 418d : © Duomo/CORBIS • p. 419g : Nuance Photo • p. 419d : Royalty-Free/CORBIS • p. 420hg : PhotoDisc • p. 420hc : Search4Stock • p. 420hd : Arto Dokouzian • p. 420b : Search4Stock • p. 421 : Search4Stock • p. 422 : La Ronde • p. 424d : © Royalty-Free/Corbis • p. 424g : Musée des sciences et des technologies du Canada • p. 425b : Nuance Photo • p. 425h : PhotoDisc • p. 426h : Nuance Photo • p. 426b : Search4Stock • p. 429 : Search4Stock

Boîte à outils p. 430 : Graficor • p. 431 : Arto Dokouzian • p. 433 : © Gregg Otto/Visuals Unlimited • p. 434 et 436 : Arto Dokouzian • p. 437 : Janicke Morissette/Le bureau officiel ; Nuance Photo • p. 439 et 440 : Arto Dokouzian • p. 441 et 449 : Search4Stock • p. 452hg : Arto Dokouzian • p. 452bg, hd, cd et bg : Nuance Photo • p. 453g : Arto Dokouzian • p. 453d : © H. J. Martin/CORBIS • p. 454 : Agence spatiale européenne • p. 456 : Arto Dokouzian • p. 457g : Arto Dokouzian • p. 457d : Search4Stock • p. 459 à 461 : Arto Dokouzian • p. 462h : Janicke Morissette/Le bureau officiel • p. 462b : Exclusive Educational Products • p. 463 à 466 : Arto Dokouzian

CARTES ET ILLUSTRATIONS Julie Benoît, cartographe : p. 53, 98 (selon Ressources naturelles Canada : fig. 1, Hengeveld, 2000 ; fig. 2, Environnement Canada, et Rizzo et Wiken, 1992), 103 (selon Les laboratoires de géographie, UQAC, 1994, Daniel Castonguay et Stéphane Lavoie), 123 (selon Service canadien de la faune, 2004), 331, 369. Stéphane Bourelle : p. 231, 240, 255 (couple), 258b, 259, 262, 267h, 268, 269, 302h, 317, 318, 319b, 320, 325 (selon J. Besse, IPGP), 409. Pierre-André Bourque : p. 332b. Ghislain Caron : p. 275. Collectif (AMID Studios, Kevin Cheng, Crowle Art Group, François Escamel, Dave McKay, Mike Opsahl, Dave Maziersky, NSV Productions, Dusan Petricic, Cynthia Watada) : p. 208, 215 (adaptation). Arto Dokouzian : p. 4, 7, 10, 11hg, cg et cd, 12, 14, 17h, 21, 22, 25, 32, 61b, 68, 150, 161c, 187h, 196, 199, 265 (adaptation), 295h, 296, 299, 314, 362, 363, 365, 366, 372, 373, 374, 386 (adaptation), 387, 388, 414, 417-419, 423, 429, 432g et d, 438, 449 (avions), 450h, 451 (adaptation). Robert Dolbec : p. 2, 11, 13, 18, 23, 41, 50, 53, 60, 64, 76, 77, 86, 90, 97, 141, 220d, 244, 260, 289, 300, 301, 339h, 340, 355, 366, 379, 384, 399, 415, 416, 424. Dominic Duval/BSIP Alpha Presse : p. 270h et b. Michel Grant : p. 145, 173g, 183, 190, 206, 427b, 432b, 440, 442, 455, 459. Imagineering Scientific and Technical Artworks Inc/Pronk & Associates : p. 24, 119, 180, 181, 185, 195, 200 (adaptation), 201 (adaptation), 245, 248, 251, 253, 255, 257, 272, 282, 286, 287 (adaptation), 294, 298, 312 h et b, 314, 319h, 321h, 322b, 324, 330, 336d, 337, 338, 339b, 342, 349, 353, 354, 357, 360, 406, 450, 462b. Bertrand Lachance : p. 19g et c, 142, 173h, 188, 191, 224, 225, 273, 321 (adaptation), 393, 396-398, 402-404, 405, 427h, 449b, 456, 458. Dany Lavoie : p. 3, 5, 9, 17b, 19d, 26, 28, 36, 37, 39, 43b, 47, 54, 57, 66, 71, 72, 74, 85, 88, 95, 96, 98, 99, 101, 104, 110, 111, 113,115, 117, 122, 126, 131, 132, 135, 136, 137, 139, 140, 143, 144, 152, 156, 157, 161b, 168, 171, 173b, 176, 182, 186, 205, 212, 216, 220g, 228, 241, 253, 287h, 290, 376, 435, 443. Stéphane Morin : p. 213, 214, 428, 449h. Numérique : p. 14 (Mars), 338, 339. Jacques Perreault : p. 132. Marc Tellier : p. 43h, 148, 204, 307, 322h, 323, 326, 327, 332h, 333, 407, 428. Jean-François Vachon : p. 308, 315, 342, 343, 350, 368, 371. Adapté de Langley et autres. Dynamic Human Anatomy and Physiology, 5e édition, New York, McGraw-Hill, 1980 : 267. Tiré de Life Science par Lucy Daniel © 1997, Glencoe/McGraw-Hill : p. 187b, 249h et b, 258h, 263, 264, 266, 277. Tiré de Science Voyages Level Red de Alton Biggs © 2000 Glencoe/McGraw-Hill : p. 341. Tiré de Starr, Biology : The Unity and Diversity of Life, 6e édition © Wadsworth Publishing : p. 271.

Sources

477

Répartition des concepts prescrits pour le 1er cycle L’encyclo

Manuel A (1re année)

L’UNIVERS MATÉRIEL, p. 176 SECTION 1 Les propriétés de la matière, p. 178 Les propriétés non caractéristiques de la matière, p. 179 Les états de la matière, p. 180

Les solides, p. 180 Les liquides, p. 180 Les gaz, p. 181 Les états de la matière et la théorie particulaire, p. 182 La masse, p. 182 Le volume, p. 184 La température, p. 185

L’échelle Celsius, p. 185 La température et la pression atmosphérique, p. 186 La température et la théorie particulaire, p. 187 Les acides et les bases, p. 187

Mesurer le degré d’acidité ou de basicité, p. 189 Le papier tournesol, p. 190 Le pH, p. 190 D’un degré d’acidité à l’autre, p. 191 Le papier pH universel, p. 192 Le pH mètre, p. 192 Les propriétés caractéristiques de la matière, p. 193 Le point de fusion, p. 193 Le point d’ébullition, p. 193 2 Les transformations de la matière, p. 194 Les changements physiques, p. 195

SECTION

478

Répartition des concepts prescrits pour le 1er cycle

< o O < O < O o < O O O < O o O < O o < O o + O < o O < O < o O O < o < O + < O < O + + + + < o < O O O < o < O < o < O < o < O < o < O + < O + < O < O o < o o < o o < o < O

Page où le concept est abordé (Manuel A)

58 (mod. 2) 146, 149 (mod. 4) 153 (mod. 4) 59, 60 (mod. 2) 61 (mod. 2) 148 (mod. 4) 149 (mod. 4) 45 (mod. 1) 59, 60 (mod. 2) 61 (mod. 2) 45, 46, 47 (mod. 1) 59, 60 (mod. 2) 61 (mod. 2) 59, 60 (mod. 2) 61 (mod. 2) 59, 60 (mod. 2) 11 (mod. 1) 65, 66 (mod. 2) 143, 149 (mod. 4) 33, 34 (mod. 1) 65 (mod. 2) 33, 34 (mod. 1) 59, 60 (mod. 2) 61 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 158 (mod. 4) 61 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 158 (mod. 4) 61 (mod. 2) 61 (mod. 2) 158 (mod. 4) 69 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 117, 122 (mod. 3) 146, 151 (mod. 4) 69 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 69 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 69 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 69 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 69 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 69 (mod. 2) 103, 104 (mod. 3) 58 (mod. 2) 65 (mod. 2) 59 (mod. 2) 61 (mod. 2) 59 (mod. 2) 61 (mod. 2) 147 (mod. 4) 59 (mod. 2)

Programme de science et technologie

Manuel B (2e année)

u (mod. 4) < u (mod. 2)

UNIVERS MATÉRIEL Propriétés Propriétés États de la matière

< u (mod. 2) < u (mod. 2) < u (mod. 2)

< u (mod. 2) u (mod. 4)

Masse

< u (mod. 2) u (mod. 4) < u (mod. 2) u (mod. 4)

Volume Température

< u (mod. 2)

+ (mod. 1) < u (mod. 3)

Acidité / basicité

< u (mod. 1) < u (mod. 3) < < < <