cours sciences et technologie ce cours s’adresse à toutes les personnes souhaitant

Cours Sciences et Technologie

Ce cours s’adresse à toutes les personnes souhaitantune remise à niveau en Culture Scientifique.

Le programme concerné est le programme du

Concours d’Instituteurs,couvrant tous les domaines de Science et Technologie

abordés jusqu’au niveau de la 3e.

Le niveau est donc élémentaire, et ce cours contient un certain nombre d’exemples

mais aussi d’approfondissementspermettant un élargissement de la culture générale.

Bonne lecture,

Anne TanguyUniversité Lyon 1

[email protected]

mailto:[email protected]

Bibliographie:

Annales:« Les sciences et la technologie au concours de professeur des écoles »Hachette éducation.

« concours de professeur des écoles: Sciences expérimentales et technologieComposante majeure »Hatier Concours .

« Concours enseignement – Sciences et technologie »Foucher .

Sites web:

programme officiel de l’épreuvehttp://www.education.gouv.fr/pid97/siac1.html

Accompagnement en sciences et technologie en primaireSite pédagogique du ministère: http://eduscol.education.fr/Site du CNDP: http://www.cndp.fr/plan Fiches connaissance cycles 2 et 3:http://www.cndp.fr/archivage/valid/38285/38285-5692-5495.pdf

Site de La Main à la Pâtehttp://www.lamap.fr

Réseau Lyonnais d’Ingéniérie Educativehttp://www.ens-lyon.fr/RELIE

http://www.lamap.fr/

http://www.ens-lyon.fr/RELIE

PROGRAMME DES COURS – 10 séances.

Cours n°1: Mesures et unités.

Cours n°2: La matière: les états de la matière – la température.

Cours n°3: La matière: les changements d’états – mélanges et solutions.

Cours n°4: L’énergie: formes, transferts et conservation de l’énergie.

Cours n°5: La lumière: sources – propagation rectiligne de la lumière.

Cours n°6: Electricité: générateurs et récepteurs, circuits électriques, sécurité des personnes et des installations.

------------------- Correction d’épreuve type --------------------

Cours n°7: Mécanique: équilibres (balances et leviers) – La transmission du mouvement.

Cours n°8: Géophysique: la Terre – volcans et séismes.

Cours n°9: Astronomie: la Terre et la Lune – le jour et la nuit, l’année et les saisons.

Cours n°10: Astronomie: le système solaire et l’univers.

MESURES ET UNITÉS.

Les mesures à l’école primaire: (programme de maths).

Cycle 2: grandeurs relatives à l’espace: la longueur.mesure de masse.mesure liée au temps: repérage (heure, calendrier)

mesure de durée.la température: le thermomètre.

Cycle 3: longueur aire d’une surface, volume.mesure de masse: les balances.mesure du temps: le ciel et la terre.

Introduction à la notion d’énergie (électricité, aliments…)Introduction de la tension électrique (association de piles)

Plan du cours:

- Intro: l’harmonisation progressive des références de mesure.- Les unités du Système International (1960).- Définition légale du mètre (mesures de longueur).- Mesure de volumes et de masses.- Définition légale de la seconde (mesure du temps).

http://www.metrodiff.org (métrologie)http://bipm.org (bureau international des poids et mesures)http://www.industrie.gouv.fr/metro/aquoisert/

http://www.metrodiff.org/

La mesure est une activité essentielle en sciences.

L’observation aussi précise que possible de phénomènes demande d’être quantifiée.

La mesure est garante d’objectivité, et permet d’établir des relations entre les grandeurs qui modélisent les phénomènes.

Attitude à la base des sciences modernes.

Historiquement: besoins de la vie quotidienne(échanges commerciaux, organisation du temps).

Unités diverses: époques, régions, corporatismes…

étalons (grandeur témoin) ou références +- explicites.

Systèmes de mesure progressivement unifiés:1795: création du système métrique, en France.1960: système cohérent utilisé dans la majorité des pays: Système International d’unités (incluant le mètre).

Quelques dates clés de l’harmonisation progressive des références de mesure.

864: édit de Pitres, sous Charles le Chauve.1540: édit de François 1er sur l’aunage.1668: Toise du Châtelet1735: Toise du Pérou et Toise du Nord.1766: Toise de l’Académie (Louis XV)

6 mars 1790: proposition de l’évêque d’Autun et de Talleyrand pour un nouveau système de mesure.8 mai 1790: principe adopté par l’Assemblée Nationale.Envois de délégués + formation d’une commission (Lavoisier…).17 mars 1791: proposition de l’Académie des Sciences.26 mars 1791: décret de l’Assemblée Constituante.1er août 1793: adoption d’un système provisoire par la Convention.7 avril 1795: loi constitutive du système métrique décimal.

Décret de l’assemblée constituante, du 26 mars 1791:

« Considérant que, pour parvenir à établir l’uniformité des poids et mesures, il est nécessaire de fixer une unité de mesure naturelle et invariable et que le seul moyen d’étendre cetteuniformité aux nations étrangères et de les engager à convenir d’un système de mesure est de choisir une unité qui ne renferme rien d’arbitraire ni de particulier à la situation d’aucun peuple surle globe… adopte la grandeur du quart du méridien terrestre pour base du nouveau système de mesure; les opérations nécessairespour déterminer cette base, notamment la mesure d’un arc de méridien depuis Dunkerque jusqu’à Barcelone seront incessamment exécutées. »

Mesure de l’arc de méridien par triangulation:Jean-Baptiste Delambre (1749-1822) et Pierre Méchain (1744-1804).

Mesure de l’arc de méridien:Jean-Baptiste Delambre (1749-1822) et Pierre Méchain (1744-1804).

…de 1792 à 1798…

Mesure par triangulation


864: édit de Pitres, sous Charles le Chauve.1540: édit de François 1er sur l’aunage.1668: Toise du Châtelet1735: Toise du Pérou et Toise du Nord.1766: Toise de l’Académie (Louis XV)

6 mars 1790: proposition de l’évêque d’Autun et de Talleyrand pour un nouveau système de mesure.8 mai 1790: principe adopté par l’Assemblée Nationale.Envois de délégués + formation d’une commission (Lavoisier…).17 mars 1791: proposition de l’Académie des Sciences.26 mars 1791: décret de l’Assemblée Constituante.1er août 1793: adoption d’un système provisoire par la Convention.7 avril 1795: loi constitutive du système métrique décimal.

1800-1837: retour aux mesures traditionnelles… …mais enseignement du système métrique dans les écoles.

4 juillet 1837 (France): le système métrique est obligatoire.

A TOUS LES TEMPS, A TOUS LES PEUPLES


4 juillet 1837 (France): le système métrique est obligatoire.

1875: signature de la Convention du Mètre, traité international.organisation enComité International des Poids et Mesures (CIPM)Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM)Bureau International des Poids et Mesures (BIPM)

1889: 1ère CGPM à Paris. 3e définition légale du mètre.

14 octobre 1960: 11e CGPM. Adoption du Système International.

20 octobre 1983: 17e CGPM. 5e définition légale du mètre.

Actuellement: 51 états membres de la Convention du mètre + 27 états associés à la CGPM.

Les unités du système international (1960):

Seconde s temps 10-14 (minutum secundum)

Kilogramme kg masses 10-9 (scrupulum -> gramma)

Mètre m longueurs 10-10 (metron)

Ampère A intensité de courant 10-7

Kelvin °K température 10-4 (Lord Kelvin)

Mole mol quantité de matière (molecula)

Candela cd intensité lumineuse 10-3 (candela)

Multiples et sous-multiples:

dm déci 0.1=10-1

cm centi 0.01=10-2

mm milli 0.001=10-3

m micro 10-6

nm nano 10-9

pm pico 10-12

fm femto 10-15

am atto 10-18

dam deca 10hm hecto 100=102

km kilo 1000=103

Mm méga 106

Gm giga 109

Tm téra 1012

Pm péta 1015

Em éxa 1018

Avant l’adoption du système métrique décimal:

Unités de longueur:doigt (grèce ~2cm – rome ~1,8cm), pouce (paris~2,7cm), palme (4 doigts), coudée, pied(paris~12 pouces = 32,5cm - grèce~30,8cm – rome~29,6 cm), 1 pied ~ 12 pouces ~ 12x12 lignes ~ 12x12x12 points,pas (grèce~74cm), stade (grèce~240 pas soit 177,6m)toise (~ 2 bras étendus ~ 6 pieds du roi ~ 1,95m)aune (pour les étoffes ~ 1,19m ~ 4 pieds romains)lieue (~4km en Touraine, ~6km en Provence ~ 2000 toises)1668 « Toise du Châtelet » en fer1735 « toise du Pérou » et « toise du Nord »1766 (Louis XV) fabrication de 80 toises semblables à la toise du Pérou: « Toise de l’Académie » -> mètre provisoire de 1795. Unités de surface, de volume et de masse:pied carré, toise carrée, arpent, journal (étendue de terre travaillée en 1 jour). centiare (~1m2), are (~100m2), hectare (~100x100m2).

litre (~1dm3), stère (~1m3).galopin (quantité de vin que l’on peut boire pendant un repas),picotin (ration d’un cheval ~3,2 L d’avoine).

obole (grèce ancienne ~0,74g), livre (~327g – de 300 à 500g),once (romaine ~1/16 livre), scrupulum (rome ~1/24 once), gramma (grèce), pile de Charlemagne (~25 livres).

Les mesures de longueur:

Mètre étalon en platine irridié (1889)

Cale étalon en acierNormes NF E 11-010 et EN ISO 3650

Micromètre d’extérieur

Définition légale du mètre:

5e Définition, retenue au 20 octobre 1983:(17e conférence générale des poids et mesures)Longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 de secondePrécision = 10-10

Historique de la définition du mètre:motivée par des mesures d’arcs de méridiens:(abbé Jean Picard 1668, abbé Gabriel Mouton 1670,puis le savant italien Burattini 1675 introduit le « metro cattolico »:longueur du pendule battant la seconde.)Toise du Châtelet, 1668Toise du Pérou (La Condamine, 1735)Toise du Nord (Maupertuis, 1735)Toise de l’Académie, 1766Mesures de Delambre et Méchain (1792-1798)Mètre provisoire, loi du 1er août 1793 et du 7 avril 1795: 1/10 000 000 du quart du méridien de Paris soit 0,513 243 Toise de l’Académie. Nom donné par Charles de Borda.Mesures de La Condamine, Maupertuis, Cassini.2e définition légale du mètre, 10 décembre 1799: à partir del’étalon en laiton de Lenoir, soit 0,513 074 Toise de l’Académie.3e définition légale du mètre, sept. 1889: à partir du prototype International de Tresca, en platine irridié (90%Pt,10%Ir) à 0°C.4e définition légale du mètre, 14 oct. 1960: 1 650 763,73 longueurs d’onde dans le vide de la radiation orangée de l’atome de krypton 86 (100 fois plus précise).5e définition légale du mètre, 20 oct. 1983: distance parcouruepar la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 de seconde.

Qu’est-ce qu’une « masse » ?La masse d’un objet mesure la quantité de matière qui constitue cet objet. Elle est la même quel que soit l’endroit où cet objet sesitue dans l’univers.

A ne pas confondre avec le « poids » qui est une mesure de l’interaction de la masse et du champ de gravitation (P=M.g).Le poids est une force (exprimée en Newton 1N=1kg.m.s-2).

La masse est exprimée en kilogramme (kg).On mesure également les masses en tonnes (1 t=1000 kg)et en unité de masse atomique (1u.m.a.=1/12 masse 12C).

Equivalence entre « masse inertielle » et « masse grave » (principe de la chute des corps de Galilée: la vitesse d’un corps en chute libre sans frottements ne dépend pas de sa masse).

Mesure de la masse (inertielle)des astronautessur la station spatiale Skylab

Pile de Charlemagne

Balances

Les mesures de masse

Choix des étalons de définition du kilogramme:

-1791: masse d’un litre d’eau liquide pris à la température de la glace fondante (0°C)-1795: poids d’un litre d’eau liquide pris à sa température de densité maximale (4°C)-1889: étalon en platine irridié de 39mm de hauteur et de diamètre.(excède de 28mg la masse de référence de 1795).

du latin « molecula » diminutif de « moles » (masse).

Nombre d’atomes dans 12g de 12C (carbone 12).1 mol=NA atomes ~ 6,0221367.1O23 atomes. 1mol de 12C pèse donc 12g.

Amedeo Avogadro (1776-1856)

Mesure du nombre d’Avogadro

Mesure de quantité de matière: la Mole (mol).

Les mesures du temps:

Cristal de quartz

Cadrans solaire

Horloge à encens

Clepsydres

sablier

Horloge astronomique (XVe)

Définition légale de la seconde:

Définition retenue en 1967:Durée de 9 192 631 770 périodes de la radiationcorrespondant à la transition entre deux niveaux hyperfinsde l’état fondamental de l’atome de césium 133.Précision de la mesure = 10-14

Historique de la définition de la seconde:origine astronomique.Jusqu’en 1956: 1/86 400 du jour solaire moyen.

1 jour = 24 heures = 24x60 minutes = 24x60x60 secondes.1 jour solaire: entre 2 passages successifs du soleil au sud.

De 1956 à 1967: 1/31 556 925,9747 de l’année tropique, de façonà corriger les effets dus aux irrégularités de la rotation de la terre.

Depuis 1967: Temps Atomique International (césium 133).

Temps solaire moyen = 0h lorsque le soleil passe au sud.Temps civil moyen = Temps solaire + 12h.Temps universel (TU, 1911) = Temps civil local de Greenwich.Heure légale (France, 1976) = TU + 1h en hiver; TU + 2h en été.

Temps Universel Coordonné: ajustement par année, pour que 12h corresponde en moyenne sur l’année au passage du soleil au méridien de Greenwich.

LA MATIERE: états de la matière – température.

La matière à l’école primaire: programmes officiels 2008

Cycle 2: - percevoir les changements d’état de la matière.- distinguer solide, liquide et gaz.- L’eau: le maintien de sa qualité pour ses utilisations.- Mélanges et solutions.

Cycle 3:- Le principal objectif est de consolider la connaissance de la matière et de sa conservation:

- états et changements d’états de l’eau- l’air et les pollutions de l’air - le trajet de l’eau dans la nature…

Plan du cours:

- Intro: qu’est-ce que la matière.- Les constituants élémentaires de la matière.

- La matière solide.- L’état liquide.- L’état gazeux (vapeur).

- La témpérature et la pression d’un gaz.

La propriété caractéristique de la matière est d’avoir une masse.

La matère se conserve, c’est la loi de la conservation de la matière (Lavoisier, XVIIIe s.):« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »

…parfois la masse se transforme en énergie (relativité Einstein).

Exemple: l’air est pesant.Il est constitué de molécules de N2 (azote 4/5e), O2 (oxygène 1/5e), Ar, CO2 (gaz carbonique), H20 (eau)…

Le poids de l’air est responsable de la pression atmosphérique.

L’action de la pression atmosphérique a été mise en évidencepar Otto von Guericke (1654) avec l’expérience deshémisphères de Magdebourg.

faire le vide

Maintenant, on peut voir les atomes (118) et les molécules.

(1743-1794)

Film « Le relief de l’invisible » (2004)www.ideale-audience.fr

La matière est constituée d’atomes et de molécules, mais aussi d’autres constituants plus élémentaires.

Comment voir « à l’intérieur » de la matière ?

Microscopie optique à haute résolution:1 m 0.5 m(limité par la longueur d’onde de la lumière visible)

Microscopie électronique à balayage:1 mm 20 nm = 200 Å

= 0.02 m

Microscopie électronique à transmission:100 nm 1 Å

Goutte d’eau

Œil de mouche

Atomes dans GaAs

Dimensions des constituants élémentaires de la matière:

neutronfemto

atto

La cohésion de la matière se fait grâce aux forces d’interaction fondamentales:

Gravitation:

Newton F = M.g = M.M’. G / r2

(masse)

Interaction éléctromagnétique:

Coulomb F=q1.q2 /(40.r2) puis Maxwell(charge électrique)

Interaction forte:

Cohésion à l’intérieur du noyau(couleur des quarks)

Interaction faible:

Responsable de la désintégration des éléments les plus lourds (radioactivité)

Toute force d’interaction découle de ces forces fondamentales (y compris les forces de contact, les forces d’adhésion, de frottement, etc..)

http://quarks.lal.in2p3.fr/afficheComposants

La matière se présente sous différents états, avec les mêmes constituants, mais sous différentes sollicitations (T,P…).

Les états solides et liquides sont des états condensés de la

matière. Les liquides et les gaz sont des fluides.

- La matière solide: les atomes sont proches les uns des autres, et parfois ordonnés ( cas des cristaux). Les solides conservent

une certaine forme propre, et résistent à toute déformation.

- L’état liquide: un liquide n’a pas de forme propre, mais adopte celle du récipient qui le contient. Sa surface est plate au repos(tension de surface). Il se déforme facilement en cisaillement,

par exemple il coule sous l’action de son propre poids.Un liquide incompressible conserve cependant son volume.

- L’état gazeux: c’est l’état de la matière le moins dense. Exemple de l’air: masse volumique de 1,2 g/L en C.N.T.P.

Comparaison avec l’eau liquide, 1kg/L en C.N.T.P. (0.6 g/L vapeur)L’air est expansible: il occupe tout l’espace qui lui est offert.

C.N.T.P. : « Conditions Normales de Température et de Pression »T = 20°C P = 1013,25 hPa = 1 atm

SOLIDE LIQUIDE GAZ

État solide(illustrations)

Agitation thermique sur une surface d’or.

glaçon cristaux de glace (dendrites)

La matière solide: les atomes sont proches les uns des autres, et parfois ordonnés ( cas des cristaux). Les solides conservent une certaine forme propre, et résistent à toute déformation.

Sous l’effet de la température, les atomes oscillent sur place.

Attention: Solide Ordre positionnel Il existe aussi des solides désordonnés.

Exemples:

Nano-disque amorphe d’un matériau décrit par des forces d’interaction de type Lennard-Jones. En rouge: les forces attractives. En noir: les forces répulsives.

Les verres de table sont principalement constitués de silice (SiO2) amorphe.

Mousse amorphe bidisperse bidimensionnelle faite de bulles de tailles différentes. Les traits indiquent les déplacements des bulles sous cisaillement.

O.D

ebré

geas

et J

.-M

. di M

egli

o (2

001)

Empilement désordonné de billes de taille millimétrique. Lorsqu’il est soumis à une agitation horizontale périodique d’amplitude supérieure au diamètre des grains, cet empilement granulaire finit par cristalliser.

O. P

ouli

quen

(19

97)

Image par microscopie électronique à transmission de l’empilement atomique dans un nanocristal de silicium et de sa surface amorphe (échelle: 3 milliardièmes de mètre).

PC

ML

–un

iver

sité

Lyo

n I

verre métallique (Vitreloy).

État liquide(illustrations)

L’état liquide: un liquide n’a pas de forme propre, mais adopte celle du récipient qui le contient.

Sa surface est plate au repos (tension de surface). Il se déforme facilement en cisaillement:par exemple il coule sous l’action de son propre poids.

Un liquide incompressible conserve cependant son volume.

État gazeux(illustrations)

L’état gazeux: c’est l’état de la matière le moins dense. Exemple de l’air: masse volumique de 1,2 g/L en C.N.T.P.Comparaison avec l’eau liquide, 1kg/L en C.N.T.P. (0,6 g/L vapeur)L’air est expansible: il occupe tout l’espace qui lui est offert.

Le choc des molécules sur la paroisest à l’origine de la pression.

Chaleur et température:

-Température, T: la température est reliée aux fluctuations de vitesse des molécules constituant le corps, c.à.d. à leurénergie cinétique (kB.T ~ 1/2.m.<v2>), leur agitation. L’échelle thermodynamique de température (°K) donne 0°, lorsque les molécules sont immobiles (« zéro absolu »).

- Echanges de chaleur, Q: quantité de chaleur (Joules). Le flux de chaleur dépend de la conductivité thermique. La chaleur va du chaud vers le froid.Exemple: la sensation de température fournie par un morceaude métal et un morceau de bois est différente.Le métal est bon conducteur de la chaleur (grâce aux couplages entre les mouvements des atomes par le biais des électrons),tandis que le bois est un isolant thermique.

Argent: sensation de froid. La main perd une quantité importante d’énergie(contact de 37 à 20 °C) au profit des atomes de métal qui transmettent facilement la chaleur.

Bois: isolant thermique. La chaleur reste au point de contact.

Mesures de température: les thermomètres.

Ex.Thermocouples, résistance de platine, thermomètres à liquide.Les thermomètres à liquide utilisent la propriété de dilatationthermique.

Attention:- Bien attendre que l’équilibre thermique se fasse.- Ne pas toucher le thermomètre pendant la mesure. Bien mettrele réservoir au contact avec le milieu.- Effectuer la lecture bien en face du niveau du liquide pour éviterles erreurs de parallaxe.

T=T1 T=T2 > T1Le volume augmente

LA MATIERE 2: changements d’états - mélanges.

Changements d’états et mélanges, à l’école primaire:

Cycle 2: - l’eau dans la vie quotidienne: glace, eau liquide, vapeur.Observation des processus de solidification et de fusion, mis enrelation avec des mesures de température.

Cycle 3:- Le principal objectif est de consolider la connaissance de la matière et de sa conservation: états et changements d’états de l’eau, mélanges et solutions…

Éducation à l’environnement:- Trajet et transformation de l’eau dans la nature.- La qualité de l’eau.

Plan du cours:-rappels: température et pression.

- Les changements d’état: fusion/solidification, ébullition/liquéfaction, sublimation/condensation. - Diagrammes de changement d’état.

- Cas de l’eau: le cycle de l’eau dans la nature. “évaporation” et “condensation”.

- Les différents types de mélanges. Solubilité d’un solide ou d’ungaz dans un liquide. Séparation des constituants d’un mélange.

- Cas de l’eau: contrôle de la qualité de l’eau.

Chaleur et température:

-Température, T: la température est reliée aux fluctuations de vitesse des molécules constituant le corps, c.à.d. à leurénergie cinétique (kB.T ~ 1/2.m.<v2>), leur agitation.

L’échelle thermodynamique de température (°K) donne 0°, lorsque les molécules sont immobiles (« zéro absolu »).

- Echanges de chaleur, Q: quantité de chaleur (Joules). Le flux de chaleur dépend de la conductivité thermique. La chaleur va du chaud vers le froid.

Exemple: la sensation de température fournie par un morceaude métal et un morceau de bois est différente.

Argent: sensation de froid. La main perd une quantité importante d’énergie(contact de 37 à 20 °C) au profit des atomes de métal qui transmettent facilement la chaleur.

Bois: isolant thermique. La chaleur reste au point de contact.

Pression d’un gaz:

La pression est une « force par unité de surface » provenant deschocs exercés par les molécules de gaz qui rebondissent sur les surfaces (une variation de quantité de mouvement m.vcorrespond à une force).

F = m.v

La pression atmosphérique, au niveau de la mer, à 20°C, est de P = 1 atm ≈ 105 Pascal ≈ 1 000 hPa.

Cela correspond à un poids de 10 000 kg sur une surface de 1m2

ou à un poids de 1 kg sur une surface de 1cm2.(P = F / S).

Volume donc P , les chocs sont plus fréquents.T donc P , à volume constant (P.V=cste.N.T).Mais si T et Volume , alors P …?...

L’air est invisible, mais il est pesant. Son poids est de 1,2g/L en C.N.T.P. donc une pièce de 100m3 contient 120 kg d’air. Mais la pression de la pièce dépend aussi du poids de tout l’air présent au-dessus de la pièce.En montant en altitude, on se soustrait au poids de l’air resté en-dessous. C’est pourquoi la pression devient plus faible.

Altitude (km) 0 3 5 10 15 50 85

Pression (hPa) 1 013 700 540 260 100 11 0.01

Evolution de la pression de l’air, avec l’altitude:

( 50% de l’air sont dans les premiers 5 km 99% dans les 30 km)

Atmosphère terrestre:N2 (azote 4/5e), O2 (oxygène 1/5e), Ar, CO2 (gaz carbonique), H20 (eau)…

Pression de l’air (dans la troposphère) et météo:

Anticyclones: zones de pression > à la pression moyenne.Dépressions: zones de pression < à la pression moyenne (1atm).

L’air chauffé est moins dense (Vol. non cst), d’où dépressions.À grande échelle, il y a un déplacement d’airdes anticyclones (+ denses) vers les dépressions pour compenser les ≠ pressions. Mais le mouvement est contrarié par le mouvement de la terre (hémisphère Nord /hém. Sud).Les vents suivent donc à peu près les isobares ( = pressions)

Localement, l’air chaud s’élève.brise de mer: le jour, la terre chauffe + vite que la mer.Vent de la mer vers la terre.brise de terre: la nuit, de la terre vers la mer.

Pression d’un gaz:

La pression est une « force par unité de surface » provenant deschocs exercés par les molécules de gaz qui rebondissent sur les surfaces (une variation de quantité de mouvement m.vcorrespond à une force).

F.t = m.v

La pression atmosphérique, au niveau de la mer, à 20°C, est de P = 1 atm ≈ 105 Pascal ≈ 1 000 hPa.

Cela correspond à un poids de 10 000 kg sur une surface de 1m2

ou à un poids de 1 kg sur une surface de 1cm2.(P = F / S)., L’air est invisible, mais il est pesant (1,2g/L).

Volume donc P , les chocs sont plus fréquents.T donc P , à volume constant.Mais si T et Volume , alors P …?...

SOLIDE LIQUIDE GAZ

Les différents états de la matière

Les différents types de changement d’état:

La matière se présente sous différents états, avec les mêmes constituants, mais sous différentes sollicitations (T,P…). Les états solides et liquides sont des états condensés de la matière. Les liquides et les gaz sont des fluides.

Selon la valeur de la température (T) et de la pression (P)la matière se présente sous différents états.Le volume (V) s’ajuste en conséquence.

Les différents types de changement d’état sont les suivantes:

Solide

Liquide

Gaz(vapeur)

sublimation

fusionébullition

( ≈ évaporation )

condensation solide

Solidific

ation

( ≈ congélatio

n )

Liquéfaction

( ≈ condensation)

Remarque: Ces processus ne sont pas instantannés. Il faut que l’équilibre thermodynamique ait le temps de s’établir.

Diagrammes de changements d’état: (pour un corps pur)L’exemple de l’eau

0°C 100°C

Tà P =1atm glace liquide vapeur (gaz)

invisible

invisible

T=cste

Diagrammes de changements d’état: Ils représentent le lieu des différents états d’équilibre possibles d’un corps pur, en fonction des 3 paramètres thermodynamiques: pression (P), volume (V), température (T).

Allure typique en fonction de P, V et T:

Point critique

fusion

ébullition

Etat triple

invisible

invisible

T

glace

eau liq.

fusion

eau liq.

ébullition

vapeur

Les différents types de changement d’état:

Exemples:

- Fusion de la glace:Nécessite un apport d’énergie (quantité de chaleur) de 333J pour faire fondre 1g d’eau ( à température constante = 0°C)soit autant d’énergie que pour élever la température de 1gd’eau liquide de 0°C à 80°C.- Surfusion: l’eau peut rester liquide un moment à moins de 0°C(problème de « nucléation » d’un morceau de glace).- Ébullition et vapeur d’eau: Formation de bulles de vapeur au sein du liquide, à 100°C à la pression atmosphérique de 1013hPa. Nécessite un apport d’énergie de 2249 J pour 1g d’eau. La vaporisation d’1g d’alcool nécessite seult 700 J environ.-Mélange eau+NaCl: solidifie à -20°C. T coexistence glace + sel.Utilisé comme mélange réfrigérant (3/4 glace + ¼ sel).

Solide

Liquide

Gaz(vapeur)

sublimation

fusionébullition

( ≈ évaporation )

condensation solide

Solidific

ation

( ≈ congélatio

n )

Liquéfaction

( ≈ condensation)

Le cycle de l’eau dans la nature:

http://galileo.cyberscol.qc.ca

Évaporation condensation

précipitation écoulement

Le cycle de l’eau dans la nature: http://galileo.cyberscol.qc.ca

- « Évaporation de l’eau »: transformation lente de l’eau liquide en vapeur d’eau au contact de l’air. A l’interface eau / air, certaines molécules d’eau quittent le liquide pour devenir desmolécules libres mélangées à l’air. Dans le même temps, une quantité (moindre) de molécules d’eau de l’air reviennent dans le liquide. Nécessite un apport d’énergie. Perte d’énergie au niveau du liquide restant (sensation de froid). Augmente avec température, ventilation, aire de contact. Diminue avec humidité de l’air (air sec: 0,1% de H20

air humide: 5% de H20).

eau

air

- « Condensation de l’eau »: à la pression de vapeur saturante,condensation de la vapeur d’eau en goutelettes d’eau liquide.Formation de brouillard, nuages, rosée, ou givre.Psat dépend de la température. Si T Psat (plus difficile).

Hygrométrie: mesure du « taux d’humidité » = rapport entre laconcentration en vapeur d’eau et la concentration maximale àsaturation (ex. 60% de taux d’humidité).

http://galileo.cyberscol.qc.ca/

Les mélanges:

Un mélange est constitué de plusieurs corps interagissant selon des forces de faible intensité.

Différents types de mélanges:- Mélanges homogènes: on ne peut distinguer qu’une seule phase.- Mélanges hétérogènes: plusieurs phases

Corps ajouté solide liquide gazdans..

un liquide suspension émulsion mousse

un gaz fumée bouillard …

Liquides miscibles avec l’eau: alcool, sirop, vinaigre, lait, lessive..Liquides non-miscibles avec l’eau: huile, essence, kérosène, paraffine (corps gras, hydrocarbures).

Ex.: colonne de fluides non-miscibles.

grenadineglycérine

eau

huile

alcool

essence

Densité < celle de l’eau

Densité > celle de l’eau

non-miscibles entre voisins.

Dissolution d’un gaz dans l’eau: ex. qques cm3 d’O2 par litre d’eau.~ 1 litre de CO2 par litre d’eau ( à la pression atmosphérique).Solubilité d’un gaz si T .

Solubilité d’un solide: grâce aux forces de solvatation de l’eau, sur les solides de structure ionique (sel…).Ex. limite de solubilité du sel est de 36g pour 100g d’eau (360g/L). limite de solubilité du sucre est de 200g pour 100g d’eau.Solubilité d’un solide si T .

Attention: dissoudre ≠ fondre (corps pur).

Séparation des constituants d’un mélange: par sédimentation, décantation, floculation, filtration, distillation, centrifugeation, chromatographie, électrophorèse, précipitation…

Exemples de mélanges:

Application: contrôle de la qualité de l’eau:

http://www.senat.fr/rap/l02-215-1.fr/l02-215-1.html

1. Pompage, dégrillage2. Floculation3. Décantation4. Filtration sur sable5. Ozonation6. Filtration sur charbon actif7. Chloration

Visite du site de Veolia Eau (http://www.veoliaeau.com)

Exemples d’activités ayant trait à la matière:

Histoire de l’atome.Histoire des matériaux (âge de pierre, âge de bronze,…)

La matière est pesante:- Poids de l’air dans un ballon(éviter les ballons de baudruche…)- Poids d’un mélange eau + sel- Poids de la glace qui fond(essuyer la buée qui se forme par condensation)

Les états de la matière:-Changements d’états de l’eau (autour d’Isengrin)-Recettes de cuisine: la mayonnaise.

Mesurer les propriétés de la matière:- Mesures de température: comment refroidir de l’eau?- Contrôler de la qualité de l’eau- Concevoir l’isolation thermique d’une maison- adhésion, colles, mouillage……

Prochain cours: L’énergie.

L’ÉNERGIE.

L’énergie, à l’école primaire:

Cycle 3: - Exemples simples de sources d’énergie utilisables- consommation et économie d’énergie- notions sur le chauffage solaire.

Éducation à l’environnement:

- sources naturelles d’énergie - économie d’énergie.

Plan du cours:

- Les différentes formes d’énergie.

- Sources “naturelles” (ou “primaires”) et sources “secondaires” d’énergie.

- Les transferts d’énergie

- La maîtrise de l’énergie.

Qu’est-ce que l’énergie ?

L’énergie est une quantité physique que l’on retrouve dans les lois fondamentales de la physique.

L’énergie totale d’un système isolé se conserve (première loi de la thermodynamique).

L’énergie prend différentes formes, et peut être transférée d’un système à un autre grâce aux forces d’interaction entre les

systèmes.

L’unité SI de l’énergie est le Joule (J).

1 J = 1N.m (énergie fournie par un objet

de 100g qui tombe de 1m)

= 1 W.s = 1 / 3 600 000 kW.h (kilowatt.heure)(énergie électrique fournie

avec une puissance de 1W pendant 1s)

Les différentes formes d’énergie:Des exemples.

Quelques exemples:-Énergie thermique E ~ kB.T-Énergie cinétique E ~ ½.m.v2

-Énergie potentielle de pesanteur E ~ m.g.z…

Energie d’origine mécanique (mouvement):Energie cinétique Ec, énergie potentielle Ep,

énergie mécanique = Ec + Ep

Travail des forces W = - Ep = F.dr = Force x Distancel’énergie dépend de la distance parcourue !

Énergie potentielleÉquilibre mécanique

Energie d’origine thermique (chaleur):- Transfert de quantité de chaleur Q ~ m.CV.T1 cal = 4,18 J (quantité de chaleur à fournir pour élever d’1°C, 1g d’eau liquide).

- Chaleur latente de changement de phase Q ~ L ~ l.n

Energie interne: U = W + Q L’énergie interne d’un système isolé se conserve (1er principe)

Énergie d’origine électrique: E ~ Pe. t ~ Ve . I . t ~ q . Ve (travail des forces électriques).

Ve = 220 V

1 J = 1 W.s = 1 / 3 600 000 kW.h (kilowatt.heure)(énergie électrique fournie avec une puissance de 1W pendant 1s)

Energie d’origine nucléaire:Énergie de masse E ~ m.c2, énergie nucléaire.

Energie d’origine chimique: réactions chimiques (ouverture/fermeture de liaisons interatomiques fournit de l’énergie)Ex. combustibles, pile électrique…

Energie de rayonnement (lumière): E ~ h. ~ h.c/ lumière, énergie d’excitation.(cf. définition actuelle de la seconde - ondes électromagnétiques)

E

Remarque: Principe de fonctionnement d’une centrale nucléaire:

Différentes sources d’énergie.

Sources d’énergie naturelles (ou primaires):pouvant être captées simplement dans la nature.

-Le rayonnement du soleil, reçu par la terre (énergie solaire).-La pression du vent (énergie éolienne)-Le mouvement de l’eau (rivières, marées, barrages hydrauliques:énergie hydraulique)-La contraction des muscles (énergie musculaire)-La combustion du charbon, du pétrole, du gaz naturel (énergies fossiles)-La combustion de la biomasse (énergie verte, obtenue par combustion de végétaux et d’animaux combustibles) -La chaleur transportée par l’eau chaude souterraine (énergie géothermique).-La fission de l’uranium (énergie nucléaire)

Sources d’énergie secondaires: doivent être produites avant de pouvoir être utilisées.ex: Le courant électrique, produit par les centrales nucléaires, leséoliennes,…On ne sait pas utiliser le courant électrique produit dans les éclairs.

≠

Les transferts d’énergie.

Un même effet peut être produit par des sources différentes(ex. génération de courant électrique), et une même source peut conduire à différents effets (mouvement, chaleur, lumière…), grâce à des convertisseurs d’énergie.

Grâce aux convertisseurs d’énergie, l’énergie fournie par une source peut être transformée en énergie d’une autre forme, et transférée à d’autres systèmes..Ex: cellules photo-électriques: rayonnement / électricité céramiques piézo-électriques: mécanique / électricité moteurs: chimique / mécanique filament incandescent des lampes:

électricité / chaleur / rayonnement alternateurs: mécanique/magnétique/électricité…

L’énergie est ensuite transférée à d’autres systèmes, en interaction avec la source.

L’énergie totale d’un système isolé se conserve. Mais la plupart des systèmes ne sont pas isolés, et ils dissipentde l’énergie (fournie à d’autres systèmes, mais non récupérable).

On appelle « chaîne énergétique » la succession de transferts et transformations d’énergie accompagnant le fonctionnement d’unappareil.

On appelle « rendement », le rapport entre l’énergie utilisée et l’énergie fournie par la source. R=Eu/Es < 1.

Exemple: chaîne énergétique d’une lampe de poche.

Pile(énergie chimique)

Courant électrique

Filamentchaleur perdue

+ rayonnement IR

Rayonnement visible

Objet regardé

chaleur perdue

OeilRayont

visible

SourceEconsommée

(Es)

ConvertisseurEutile

(Eu)

Récepteur

Pertesvers l’environnement (air ambiant…)

Lampe à incandescence

La maîtrise de l’énergie:Le choix des sources d’énergie répond à des considérations techniques et économiques, mais aussi à des choix politiques.

Exemple1: la production d’électricité. Avantages et inconvénients de différentes sources d’énergie:

Centrale thermique classique: à partir de la combustion de réserves fossiles (charbon, gaz, fioul).Épuisement des réserves. Production de gaz à effet de serre.

Energie renouvelable: gratuite et peu polluante.Peu concentrée. Vastes installations. « offshore ».

Biomasse:Faible rendement (3% énergie solaire fournie).Nécessite une agriculture intensive.

Centrale nucléaire: à partir de la fission de l’uranium.Source d’énergie très concentrée (~1450 MW).Assez bon rendement (~ 30 %).Dangerosité. Gestion à long terme des déchets radioactifs?

Exemple2: le chauffage solaire.

1) L’énergie solaire photovoltaïque:

2) Les capteurs solaires thermiques:

Capteurs photoélectriques à base de silicium. Conversion énergie lumineuse / énergie électrique.

Rendements moyens (16 % max.)Fragilité des photopiles.Haut coût de fabrication.

Transfert de la chaleur due au rayonnement solaire à un liquide caloporteur (eau),grâce à un absorbeur (métallique, couleur noire). L’eau cède ensuite sa chaleur à un réservoir.Le rayonnement solaire (IR proches) est piégé par effet de serre sous le vitragequi ne laisse pas passer les IR lointains réémis par l’absorbeur chaud.

FIN

Prochain cours: La lumière.

LA LUMIÈRE.

La lumière, à l’école primaire:

Cycle 3: Le ciel et la terre: La lumière et les ombres.

Plan du cours:

- Qu’est-ce que la lumière?

- Les sources lumineuses (incandescence, luminescence, diffusion de la lumière)

- La propagation de la lumière.

- L’oeil et la vision.

La lumière est une onde électromagnétique

se propageant à la vitesse c (c ~ 300 000 km.s-1 dans le vide).Elle correspond à la vibration d’un « champ électrique » et d’un « champ magnétique », se propageant dans l’espace à unefréquence .

Qu’est-ce qu’une onde ?

Onde propagative.

Champ magnétique, B

distance

La vibration se transmet de proche en proche, à la vitesse (célérité) c.L’oscillation se répète toutes les 1/ secondes.La distance entre 2 points dans le même état de vibration est la longueur d’onde .

La lumière blanche est composée d’un grand nombre d’ondesde fréquences différentes, dans le domaine visible.

Cliché instantanné

= c /

Augustin Fresnel (1788 – 1827)

Longueur d’onde, en mètre

10-14 10-12 10-8 10-6 10-5 10-3 10-2 10-1 1

Christiaan Huygens(1629 – 1695)

La lumière est aussi décrite par une ……corpuscule de masse nulle: le photon.

Chaque photon véhicule un quantum d’énergie E = h.h.c.Ceci permet d’expliquer l’effet photo-électrique.C’est la dualité onde-corpuscule.

Mise en évidence par les figures d’interférences construites photon par photon:

fréquence

Louis de Broglie(1892-1987)

Albert Einstein(1879-1955)

…photon après photon…

Les sources de lumière:

Tout corps envoyant (ou renvoyant) de la lumière autour de lui.

Sources primaires: qui produisent leur propre lumière.1) sources incandescentes (de température élevée)Le soleil (6000°C). La combustion (flamme de bougie, de lampe àgaz, de lampe à pétrole…: carbone porté à l’incandescence). Lesampoules électriques à filament.

2) sources luminescentes, à basse température.Éclairs, étincelles (décharge électrique, électroluminescence).Lucioles, vers luisants (bioluminescence).Tubes fluorescents (« néons »), objets phosphorescents.

Sources secondaires: qui ne font que renvoyer la lumière reçue.Absorption, réflexion, transmission, réfraction de la lumière.Une source secondaire renvoie la lumière dans toutes les directions (« diffusion » et « diffraction » de la lumière).Ex. Le ciel. La lune. L’arc-en-ciel.

La lune réfléchit la lumière du soleil

L’air diffuse la lumière du soleil.

L’arc en ciel est de la lumièreréfractée par des gouttes d’eau.

Propagation de la lumière:

La lumière se propage en ligne droite, dans un milieu homogène.Sa vitesse varie suivant les milieux:c = 300 000 km/s dans le videv ≈ 225 000 km/s dans l’eau (dépend alors de la fréquence )v ≈ 200 000 km/s dans le verre

Indice optique n = c/v > 1 (n ~ 1 dans l’air, n ~ 1.6 dans l’eau)Lorsque l’indice du milieu change, la lumière s’incurve.La lumière peut être totalement réfléchie, ou réfractée.

La lumière interagit avec la matière, via des échanges d’énergie.La lumière est donc déviée par les objet.

Une source secondaire renvoie la lumière dans toutes les directions..

Absorption, réflexion, transmission, réfraction de la lumière.

peut être absorbé.

partietransmise

Exemple 1: réfraction de la lumière dans un verre d’eau.

La paille semble cassée car la lumière semble provenir de plus bas.

air

Exemple 2: Principe de l’arc en ciel:

viol

et

soleilgoutte d’eau

rouge

oeil

Le bleu, plus énergétique,Interagit plus avec la matière.Il est plus dévié.

Diffraction: Une ouverture « diffracte » la lumière: la lumière réfléchie est renvoyée dans toutes les directions, sans sélection de longueur d’onde.

Exemple 4: Diffusion. L’exemple du ciel bleu.La lumière est « diffusée » par les atomes de l’atmosphère.

Le bleu est la couleur qui est renvoyée dansle plus de directions différentes,en l’absence de particules de trop grde taille.(diffusion Rayleigh).

Le rouge est la couleur transmise dans la direction incidente.

Exemple 3: les mirages.

sol

T1

T2 > T1 (n2<n1)

ciel

Image du ciel

Exemple: Construction de l’ombre d’un objet.

Zone ombrée

Ex. L’éclipse de soleil: la lune se trouve entre le soleil et la terre.Éclipse partielle dans la zone de pénombre. Zone d’ombre ~ 20km.

Les ombres: zone sombre due à l’interception de la lumière par un corps opaque (c’est-à-dire ne transmettant pas la lumière).

ombre propre

ombre portée

pénombre

L’œil et la vision:

L’oeil, un système optique perfectionné

Réfraction de la lumière:

Cas de l’œil myope: trop convergent.

Cas de l’œil hypermétrope: pas assez convergent.

FIN

Cours suivant: L’électricité.

ÉLECTRICITÉ.

Comprendre le monde qui nous entoure (construction de circuits électriques).Prendre part aux débats de société (maîtrise de l’énergie).Connaître et appliquer les règles de sécurité.

L’électricité, à l’école primaire:

Cycle 2: Les objets et les matériaux: réalisation d’un circuit électrique simple (pile, lampe, interrupteur). Adopter un comporte-ment raisonné face aux risques électriques.

Cycle3: Le monde construit par l’homme: circuits électriquesalimentés par des piles; conducteurs et isolants; montage en série et en dérivation. Principes élémentaires de sécurité électrique.

L’énergie: consommation et économie d’énergie.

Plan du TD:

- Circuits électriques: courant électrique, intensité, tension,résistance, court-circuit. Générateurs et récepteurs.

- Association de récepteurs en série, et en parallèle.

- La sécurité des installations et des personnes.

- La production de courant électrique.

Notion de circuit électrique:

- Le courant électrique: il est dû au déplacement des électrons dans le fil électrique. Par convention, le sens du courant est pris dans le sens contraire au déplacement des électrons.L’intensité de courant électrique se mesure en Ampère (A). Elle compte le nombre d’électrons entrant dans le fil à chaque seconde.

I

Courant Ie -

- La tension électrique: elle est proportionnelle à l’énergie potentielle électrique, et mesure la « tendance » plus ou moins forte à faire circuler le courant (donc avancer les électrons) dans le circuit. Elle se mesure en Volts (V). La tension délivrée par les prises du secteur par EDF est de 220 V « efficace », et est alternative de fréquence 50 Hz. L’énergieélectrique est égale au produit de la tension par la charge, soit leproduit de la tension par le courant par le temps écoulé U.I.Dt.

La lampe est une résistancequi dissipe de l’énergie.Le potentiel est + faible en aval.neutre V- V+ phase

V+ - V- = 220 V

circuit fermé

-La résistance électrique: effet « passif » d’un matériau qui revient à faire diminuer localement la tension.

Exemple: ampoule à incandescence

Energie dissipée dans l’ampoule par élévation de température et rayonnement.

pile

ampoule

Le courant traversant l’ampouledépend de la tension appliquée,et de la résistance de l’ampoule.

Loi d’Ohm V+ - V- = R . I

Cas extrême: les matériaux isolants ne laissent pas passer le courant: verre, air, plastique, bois, céramique…

Exemples de conducteurs: l’eau, les métaux (cuivre, plomb..), les « supraconducteurs ».

Cas de la résistance du corps humain: R ≈ 1 500 ohms (pieds nus) R ≈ 50 000 ohms (avec bottes).C’est l’intensité du courant I qui est nocive pour la santé,de 0,2 mA (seuil de sensation) à 65 mA (seuil de fibrillation…)

V = 120 V, I = V / R = 2,4 mA avec bottes

= 80 mA pieds nus !

N’oubliez pas de mettre des bottes en caoutchouc !

Attention au branchement ...

Exemples de circuits électriques: montage de récepteurs (lampes)en série, et en dérivation.

montage en série

I = csteU = U1 + U2

montage en dérivation

I = I1 + I2

U = cste

I

Cas d’un court-circuit.

I

I2

I1

La très forte intensité du courant peut conduire à un échauffement.

Vérifier l’état des fils. Eviter les contacts avec d’autres conducteurs.

U1U2

U

+ -

U

+ -

Rfil = 0 ; I

U = 4,5 Volts = 0 x

88

+ -

- Fonctionnement d’un générateur d’électricité: la pile Volta.

Alessandro Volta (1745-1837) Pile Volta (1800):

Empilement de disques de cuivreet de zinc, reliés entre eux pardes disques de carton imbibésd’eau salée (électrolyte).

V+ - V- ~ 1 V

V+ V-

Zn Zn2+ + 2e-

réduction Cu2++ 2e- Cu

oxydo -

I

Pile Daniell (1836)

e-

1800: présentation de la pile Volta à Napoléon

Autres exemples de générateurs d’électricité:

Expérience de Galvani (18e s.)

La cuisse de grenouillejoue en fait le rôle d’un électrolyte, ou d’un fil électrique.Elle se contracte sous l’effet du passage du courant.

Il ne s’agit pourtant pas d’une manifestation de la vie…

fer cuivre

Le citron joue le rôle de l’électrolyte.

La sécurité des installations:

Installation électrique: 2 fils arrivent aux prises du secteur, le filde phase, et le neutre, relié à la terre (la masse, de tension nulle).Ces deux fils portent la même intensité de courant (schéma).

Fusibles et coupes circuits: dispositif de sécurité empêchant unecirculation excessive de courant (suit à un court-circuit par ex.).Sinon, l’échauffement des conducteurs (par effet Joule) risquerait de provoquer un incendie.Fusibles = résistances de plomb, qui fondent.Ou coupes-circuits de type électromagnétiques.Le disjoncteur, coupe circuit manuel (interrupteur) ou automatique (réagit à une intensité trop importante, ou à une différence d’intensité entre le fil de phase et le neutre - il y a alors une fuite !-dans la fonction « disjoncteur différentiel »)

I

I

220 V

0 V

Fil de phase

Fil de terre

220 V

0 Vcircuit ouvert

I = 0fuite ?

La prise de terre: permet un court circuit de la carcasse des appareils électriques à la terre, de façon à éviter qu’un éventuelcourant de fuite circule dans l’utilisateur.

sans prise de terre:

I220 V

0 V

Fil de phase

I’Fil de terre

avec prise de terre:

fuite

e-

I’

220 V

0 V

IFil de phase

Fil de terre

0 VLe courant partpar le fil de terre. fuite

e-

Rhomme > 0Le courantne passe pas par là.

La sécurité des personnes: Les dangers du courant électrique sur le corps humain: c’est lecourant électrique qui est dangereux.-Seuil de sensation: 0.2 – 0.4 mA-Seuil de lâcher prise: 10-15mA (ou de rester pris = tétanisation)-Seuil d’asphyxie: 15-25 mA (spasme du diaphragme)-Seuil de fibrillation: 65-100 mA

Or le corps humain est un assez bon conducteur d’électricité. La peau est assez isolante. Les nerfs sont très condiuteurs. La résistance R d’une personne à la peau mouillée est

R = 1500 ohms.

Une tension supérieure à 24 V conduit à des dommages fatals.

L’énergie reçue est proportionnelle au temps: E = U.I.t = R.I2.t

Quelques règles de sécurité: C’est la tension ou différence de potentiel, et la résistance, quiconduisent à un courant donc à des dommages.

Attention: la peau mouillée est bonne conductrice d’électricité(ne pas utiliser un appareil électrique sous tension avec la peau mouillée)

Attention aux arrivées de courant: prises, lampes sans ampoules,appareils électriques ouverts sous tension, câbles électriques….(isoler de la source de tension grâce au disjoncteur avant de toucher)

Attention à l’état des appareils, des revêtements isolants.(ne pas toucher des conducteurs partiellement dénudés)

Attention aux contacts avec des conducteurs: métaux…

La production d’électricité:

Les piles.Les alternateurs électro-magnétiques (ex. génératrice de vélo)Les centrales thermiques classiques à flamme.Les centrales nucléaires.Les centrales hydrauliques.Les éoliennes.

Principe de fonctionnement d’un alternateur:

rotor

stator

La consommation d’énergie:

Puissance consommée d’un appareil électrique P = Energie/temps = U.I (Watt)

une partie de cette puissance peut être transformée en chaleur. Énergie électrique consommée, E=P.t (en Joule, ou en kW.h).

Fonctionnement d’une centrale nucléaire:

Exemples d’activités:Montages électriques simples: la lampe de poche.Générateurs d’électricité: l’éolienne.La pile Volta. La pile au citron.

Exemples de confusions d’élèves:Eteindre la lumière, c’est ouvrir le circuit.Notion de circuit électrique: nécessite une source d’énergie.Les 2 courants qui s’opposent.

Rappeler que:Le courant s’établit de façon permanente.Le courant est identique en tout point d’un circuit en série.…

FIN

Prochain cours: correction d’examen type.

Correction du sujet de concours (majeure) de Mai 2005.

Cycle II: Découvrir le monde: les objets et les matériaux.

Epreuve majeure (/8):

Exploiter une documentation pour des élèves de cycle 3 (>CE1)

Présenter un problème sous l’angle d’une démarche scientifique.

Mettre les élèves en situation d’investigation(questionnement – réflexion - expérimentation)conduisant à une acquisition des savoirs.

- Analyse des documents- Conception d’une séance de classe (temps forts, objectifs..)- Organisation de l’exposé:

-1. identification du problème évoqué dans le dossier-2. proposition d’un enchaînement d’activités-3. relations interdisciplinaires (maths, ed. civique, français …)

80 - 90mn + 10mn de relecture

Bien connaître les programmes du cycle 3.

http://www.education.gouv.fr/pid97/siac1.htmlhttp://eduscol.education.frhttp://www.cndp.fr/archivage/valid/38285/38285-5692-5495.pdf

http://www.education.gouv.fr/pid97/siac1.html

Bibliographie:

Annales:« Les sciences et la technologie au concours de professeur des écoles »Hachette éducation.

« concours de professeur des écoles: Sciences expérimentales et technologieComposante majeure »Hatier Concours .

« Concours enseignement – Sciences et technologie »Foucher.

Sites web:

programme officiel de l’épreuvehttp://www.education.gouv.fr/pid97/siac1.html

Accompagnement en sciences et technologie en primaireSite pédagogique du ministère: http://eduscol.education.fr/Site du CNDP: http://www.cndp.fr/plan Fiches connaissance cycles 2 et 3:http://www.cndp.fr/archivage/valid/38285/38285-5692-5495.pdf

Site de La Main à la Pâtehttp://www.lamap.fr

Réseau Lyonnais d’Ingéniérie Educativehttp://www.ens-lyon.fr/RELIE



ANALYSE PRELIMINAIRE DES DOCUMENTS

Avant de commencer, analyser soigneusement tous les documents fournis. Noter en particulier:

1. Origine du document: doc. pédagogique, livre d’exercices, réalisations d’élèves …

2. Niveau concerné: Cycle 2, cycle 3, …

3. Nature du document: Proposition d’exercice? Documentation complémentaire àdestination du professeur? ou de l’élève ?

4. Thème: Ex. électricité – objets et matériaux …

5. Concepts sous-jacents: Ex. notion de circuit électrique ouvert ou fermé,…

Exemple, Document 1:

Tiré de « Tournesol, sciences et technologie », album documentaire, CE2, édition Hatier.

Tiré d’un livre de documents complémentaires, accessible dans le commerce, à destination des élèves de classe CE2. Niveau concerné: classe de CE2Type de document: documents illustrés de science et technologie avec un guidage pédagogique sous forme de questions.Thème du programme: électricité – objets et matériaux.Concepts sous-jacents: émission de lumière par incandescence,notion de circuit électrique ouvert ou fermé.

Document 2:

Concepts sous-jacents: air isolant / conducteur.Sources de lumière luminescente.

Document 3:

Tiré de « Jeux et merveilles de l’électromagnétisme », Gullivore.Niveau: initiation aux sciences.Type: rappels de notions en électricité,exemples de montages. À destinationdes élèves.

Concepts sous-jacents: concevoir uncircuit électrique. Notion de circuitouvert / fermé. Conducteurs / isolants.Générateurs de courant.Démarche systématique de recherchede panne.

Document 4:

Document 5:

Tiré de «Découvrir les sciences »CP-CE1, edition Bordas.Niveau: cycle 2.Type: productions d’élèves.

Concepts sous-jacents: réalisationd’un circuit électrique simple. Ampoule à incandescence.Générateur (la pile).Circuit ouvert / fermé.Notion de court-circuit.

Adopter un regard critique.

Niveau : 6e.Type: Livre de cours 6e

pouvant être utilisé endocument pédagogique.

Concepts sous-jacents: Règles de sécurité. 1) court-circuit; conducteur / isolant.2) Fuite de courant.3) Endommagement4) Générateur de tension.Respect des consignes desécurité.

Première partie: présentation de la problématique.

-Rappels de programme-Liste des concepts sous-jacents aux documents-Objectifs fixés (pour éveiller la curiosité tout en prévenantles erreurs traditionnelles des enfants)

Deuxième partie: proposition d’une séquence de travail.

Une séquence s’articule autour de plusieurs séances de ~1 heure.

Exemple: Conception d’un circuit électrique simple. La lampe de poche.

1) Discussion de groupe entre les élèves et l’enseignant /2) Proposition de circuit électrique à réaliser /Recherche du matériel nécessaire /Rappel des règles de sécurité élémentaires / Explication du principe du montage à l’aide de schémas simples /Penser à structurer le travail des enfants par des explications /3) Evaluation / Rapport de montage / Exercice de recherche de fuite…

Troisième partie: prolongement possibles et ouverture pluridisciplinaire.

Exemple: recherche documentaire / expression artistique / calculs de courants (maths) / notion d’économie d’énergie /méthodes de production de l’électricité / technologie du futur / lecture de textes / rédaction...

REDACTION DU RAPPORT:

Analyse de documents (à faire au brouillon).

Connaître les programmes.http://eduscol.education.fr/D0048/primacc.htm

Exemples d’activités.http://www.lamap.frhttp://www.ens-lyon.fr/RELIE

Notions sous-jacentes connues dans les différents thèmes(cf. cours « sciences et technologie »).

Avoir un regard critique sur ce qui est proposé.En particulier sur les erreurs courantes d’interprétationrencontrées chez les enfants.

http://eduscol.education.fr/D0048/primacc.htm











Cours n°8: Astronomie: le ciel et la terre.La Terre et la Lune, le jour et la nuit, l’année et les saisons.



MÉCANIQUE.

Équilibres, leviers et balances.Transmission et transformation du mouvement.

La mécanique, à l’école primaire:

Cycle 2: La découverte de quelques objets et de leurs usagespeut être reliée à la réalisation de maquettes et de constructions:usage d’un axe, d’une manivelle…

Cycle3: Le monde construit par l’homme: Initiation, dans le cadre d’une réalisation, à la recherche de solutions techniques,au choix et à l’utilisation raisonnée d’objets et de matériaux:leviers et balances, équilibres, transmission de mouvements.

Plan du cours:

- Notion de force, et de “moment” des forces. Le cas du poids.

- Equilibre d’un solide mobile autour d’un axe, leviers, balances.

- Transmission du mouvement: poulies, engrenages, courroies,pignon et crémaillères, bielles et manivelles…

-Forces et accélération: le référentiel galiléen.

http://stsp.creteil.iufm.fr/article89.html

Notion de force:Unité: le Newton (N)L’exemple du poids: P (N)= m.g (kg.m/s2). Attention: direction.

F

Principe fondamental de la dynamique (dû à Newton, 1687):La masse x l’accélération (variation de vitesse) est égale à la somme des forces.

(1643 – 1727)

Principia mathematica(1687)

m.a = F

La principale difficulté est d’identifier les forces sur le système. On connaît les 4 interactions fondamentales (cf. cours Matière 1).Pour les systèmes macroscopiques, on distingue- les forces de contact (frottement, adhésion, forces de pression..),- et les forces à distance (pesanteur, forces électrostatiques…).

La relation ci-dessus n’est vraie que dans un « référentiel galiléen », c’est-à-dire en translation rectiligne uniforme par rapport au référentiel de Copernic (centre sur le soleil, axes dirigés vers 3 étoiles fixes). Ex. force centrifuge, déviation vers l’est…

Moment d’une force: Force x distance à l’axe de rotation.

d moment M = F . d F (direction, sens, point d’application)

d1

d2

F1

F2 F1 = F2 . d2 / d1 >> F2

Equilibre d’un solide mobile autour d’un axe:

Leviers: M1 = M2équilibre des moments.

ex: casse-noix, ciseaux, pied de biche, décapsuleur…

Balances: d dmesure d’une force: le poids.équilibre des moment.

balance romaine

balance de Roberval

balançoireLe plus lourd doit se rapprocher…

Transmission du mouvement: force -> accélération -> trajectoire.

Mouvements de translation:

Translation rectiligne: Translation circulaire.

Mouvements de rotation:

Les axes tournent aussi (ex.1 tour par jour)

Seul le centre bouge.

Exemples de transmission de mouvement:

Les poulies: permet de modifier la direction d’un mouvement.

100 N 100 N poulies composées.la force est divisée

50 N

50 N50 N

100 N

Engrenages: permet de modifier la vitesse de rotation(mouvements surmultipliés ou démultipliés)

Même vitesse linéaire au point de contact.

donc

vitesse de rotation1 * d1 = w2 * d2

avec vitesse de rotation en (tours / seconde).

d1 >> d2 donc w2 >> w1

Courroies: permet la transmission des mouvements.

Ex. machine à coudre

Ex. bicyclette

Exemples de transmission avec transformation du mouvement:

pignon et crémaillères: rotation <-> translation

bielles et manivelles:

(CM2)

Exemples:

Cette voiture peut-elle avancer ?

Pignon / crémaillère

Pignon / crémaillère

engrenages

Un cinquième engrenage est-il possible entre (1) et (4) ?

(1)

(4)

NON…

NON..

Prochain cours: le ciel et la terre.









Cours n°8: Astronomie: le ciel et la terre.La Terre et la Lune, le jour et la nuit, l’année et les saisons.



LE CIEL ET LA TERRE.

Le ciel et la terre, à l’école primaire:

Cycle3: Le ciel et la terre:

-Le globe terrestre: les points cardinaux et la boussole;

-La rotation de la terre sur elle-même et ses conséquences; la durée du jour et son évolution au cours des saisons.

-La révolution de la terre autour du soleil (solstices et équinoxes);

-Le mouvement apparent du soleil (mouvement diurne et sonévolution au cours de l’année);

-Le système solaire et l’univers (étoiles et planètes, galaxies, les phases de la lune, les éclipses)

Plan du cours:

-Le globe terrestre-La rotation de la terre sur elle-même: la durée du jour, l’heure.-La rotation de la terre autour du soleil: les saisons, le mouvement apparent du soleil.-La rotation de la lune autour de la terre: les phases de la lune.- Eclipses de lune, et eclipses de soleil.

Le globe terrestre: les points cardinaux et la boussole.La terre est une sphère légèrement aplatie aux pôles (équateur: 40 075,017km / méridien: 40 007,864km).Un point de la surface de la terre se trouve à l’intersection d’unméridien et d’un parallèle. Afin de le repérer, on utilise les anglesappelés longitude (mesuré à partir du méridien de Greenwich, estou ouest) et latitude (mesuré à partir de l’équateur, nord ou sud).

Méridien de Greenwich

longitude

lati

tud

e

latitude

longitude

Les points cardinaux: nord (étoile du nord fixe, boussole, gnomon), sud, est, ouest.

N

S

EO

Pôle Nord

Nord magnétique

Une boussole est sensible au champ magnétique terrestre et aux pôles magnétiques qui sont proches des pôlesgéographiques. La différence donne la déclinaison magnétique(~2° en France, ~30° au Québec…)

La verticalité donne la direction du centre de la terre. On la mesure ~ avec un fil à plomb (force d’attraction terrestre). Pas de notion de haut ni de bas, mais d’hémisphère nord et sud.

Mouvement apparent des étoiles: seule l’étoile polaire reste fixe(elle est dans la direction de l’axe des pôles).

De la terre, les étoiles ont l’air de tourner autour de l’étoilepolaire, qui est loin dans la direction de l’axe des pôles.

photo prise de nuit avec un long temps de pause.

La rotation de la terre sur elle-même, autour de l’axe des pôles:

La terre tourne sur elle-même en un peu moins de 24h.Alternance jour/nuit. Mouvement apparent des étoiles.

La durée du jour solaire est donnée par 2 passages successifs du soleil à la verticale d’un même point. Elle vaut 24h±30s (vitesse variable de rotation de la terre autour du soleil + ralentissements de la rotation de la terre sur elle-même dus aux marées etc…).

Le jour sidéral est le temps que met la terre pour reprendre lamême orientation par rapport aux étoiles = 23 h 56 mn 4 s.

Détermination de la durée du jour sidéral / jour solaire:

Durée d’un jour solaire = 24 h = Durée d’un jour sidéral =

= jour solaire – = 23h 56 mn 4,09 s

Avec: vitesse de rotation de la terre sur elle-même = h0.00007 radian/s(soit une vitesse de 1667 km/h à la surface de la terre…)

Entre 1 et 2 : un jour solaire.

Entre 1 et 3 : un jour sidéral(même orientation par rapport à

des étoiles lointaines)

Compte tenu de la rotation de la terreautour du soleil, elle doit tourner

de ° supplémentaire pour retrouver la même orientation

par rapport au soleil.

= 2./ 365,25 radians ≈ 1°(angle parcouru par la terre en un jour

autour du soleil )

Jour sidéral

Jour solaire

L’heure est une division du jour solaire en 24. On peut la mesurer à l’aide d’un cadran solaire. En France, l’heure légale est l’heure solaire sur le méridien de Greenwich (1911) + 1 ou 2 h (1976).

Décalage des heures avec la longitude: les fuseaux horaires ± 12h.

… -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 ….

La révolution de la terre autour du soleil:

Année tropique ~ 365 jours 5 heures 49 minutes ~ 365,25 jours.= intervalle de temps séparant deux équinoxes de printemps.

N

« équinoxe » de printemps(égale durée du jour et de la nuit)

« équinoxe » d’automneS

~ 150 000 000 km

En été, l’hémisphère nord (HN) est plus éclairé que le sud (par ex.le pôle nord reste éclairé). La portion des parallèles éclairée est plus grande dans l’HN, donc la journée est plus longue. La chaleur est due à l’inclinaison plus faible des rayons lumineux dans l’HN.

été hiver

printemps

été automne

hiver

été hiver

Mouvement apparent du soleil:

:hauteur du soleil

rotation autour de l’axe des pôles.

Hauteur du soleil: entre 0 et 23°

Soleil de minuit

Le mouvement apparent du soleil (mouvement diurne et sonévolution au cours de l’année). Le soleil “tourne” autour de l’axe des pôles (en fait c’est nous qui tournons). Il est plus ou moins “haut” dans le ciel selon les saisons (axe despôles incliné par rapport au plan de l’écliptique). Le soleil ne se couche strictement “à l’ouest” qu’aux équinoxes!

pôle Nord Cercle polaire:66°33’ de latitude

Cercle polaire:66°33’ de latitude

zénith

Tropiques:23°27’ de latitude

le soleil passe au zénith au solstice d’été, au midi solaire.

pôle Nord

Le mouvement apparent du soleil en différents endroits de la terre:

Equateur:0° de latitude

L’axe Nord-Sud est orienté selon

l’axe des pôles.

Les cadrans solaires: l’axe du stylet est orienté selon le pôle nordcéleste (axe de rotation du mouvement apparent du soleil). est la latitude de l’endroit. Graduations égales dans le cas d’un cadran solaire “équatorial” (table perpendiculaire au stylet).

Le cadran est inclinéde telle sorte qu’il est

parallèle au plan équatorial.

Le stylet est dirigé selon l’axe des pôles.

Exemples de réalisations d’élèves:

Le mouvement apparent du soleil:

Le gnomon: L’ombre la plus courte indique le midi solaire.Elle est toujours dans lamême direction.

L’héliokinescope:repérer les points dont l’ombrecache toujours le mêmeendroit (par ex. le centre).Tracer ainsi le mouvementapparent du soleil sur lademi-sphère.

Attention au vocabulaire: Le soleil « se lève » et « se couche » (anthropomorphique).Le « jour » et la « journée ».La « hauteur » du soleil (angle).Géocentrisme (antiquité) et héliocentrisme (Copernic et Galilée).« Verticalité » et notion de « haut » et de « bas ».Midi solaire, et décalage horaire.

suite: le système solaire et l’univers.

LE CIEL ET LA TERRE.

Le ciel et la terre, à l’école primaire:

Cycle3: Le ciel et la terre:

-Le globe terrestre: les points cardinaux et la boussole;

-La rotation de la terre sur elle-même et ses conséquences; la durée du jour et son évolution au cours des saisons.

-La révolution de la terre autour du soleil (solstices et équinoxes);

-Le mouvement apparent du soleil (mouvement diurne et sonévolution au cours de l’année);

-Le système solaire et l’univers (étoiles et planètes, galaxies, les phases de la lune, les éclipses)

Plan du cours:

-Le globe terrestre-La rotation de la terre sur elle-même: la durée du jour, l’heure.-La rotation de la terre autour du soleil: les saisons, le mouvement apparent du soleil.-La rotation de la lune autour de la terre: les phases de la lune.- Eclipses de lune, et eclipses de soleil.

L’éclipse de soleil: la lune se trouve entre le soleil et la terre.

Éclipse partielle dans la zone de pénombre.

Zone d’ombre (ombre portée) ~ 20km.

Éclipse totale de soleil,vue de la terre.

La lune est 400 fois moins large que le soleil,mais 400 fois plus proche:d’où la possibilité d’éclipse totale.

Le soleil est éclipsé.

La Lune est un satellite de la terre, tournant avec une période derotation de 29,5 jours en moyenne (lunaison), et tournant sur elle-même avec la même période (d’où sa « face cachée »). La distance Terre-Lune est de 360 000km à 400 000km.La lune est 100x plus légère que la terre, a un rayon 3,5 x moindre.

La lunaison comprend 4 phases principales de ~7,5 jours chacune. Les phases de la lune:

soleil

remier ernier

Aspects de la lune aux différentes phases, vu de l’hémisphère terrestre nord.

Nouvelle Lune

Premier Croissant

Premier Quartier

Lune Gibbeuse

Pleine Lune

Lune Gibbeuse

dernier Quartier

dernier Croissant

Les éclipses de lune: la lune se trouve de l’autre côté de la terre, dans le cône d’ombre de la terre. La lune est invisible (en fait orangée).

Éclipse du 3 au 4 mars 2007

Le système solaire et l’univers:1 a.l. = année lumière = 300 000 km x 3600 x 24 x 365,4 ~ 10 millions de millions km = distance ! parcourue par la lumière dans le vide en une année.

L’univers: un ensemble de plusieurs milliards de galaxies larges de plusieurs 100 000 a.l., s’éloignant les unes des autres.

Son âge ~ 13,5 milliards d’ans.

On peut voir les galaxies grâce à des téléscopes.Le télescope Hubble (1990) est placé à 575 km de la surface terrestre (c. à d. en dehors de l’atmosphère terrestre).

Une galaxie spirale, vue par le téléscope Hubble.

Le télescope Hubble.

Notre galaxie: la voie lactée.1 a.l. = année lumière = 300 000 km x 3600 x 24 x 365,4 ~ 10 millions de millions km

~ 200 milliards d’étoiles.Le soleil est une des étoiles de cette galaxie. Il est situé dans le bras d’«orion», à 26 000 a.l. du centre. L’étoile la plus proche, « proxima », est à plus de 4 a.l. du soleil.

Une étoile est un astre au sein duquel se déroulent des réactions nucléaires dégageant un intense rayonnement lumineux.Une planète est un astre n’émettant pas sa propre lumière et gravitant autour d’une étoile, dont elle réfléchit la lumière.

… et une « étoile filante »?...

Notre galaxie: la voie lactée.

120 000 a.l.

Attention: une « étoile filante » est un météore,c’est-à-dire un petit corps céleste qui se consumeen arrivant dans l’atmosphère !!

Un « météorite » est un météore tombé sur terre.

Le système solaire: il comporte 8 planètes gravitant autour du soleil

(ainsi que divers corps rocheux, astéroïdes, comètes, …).

Mercure, Vénus, Terre, Marsplanètes telluriques (rocheuses)

Jupiter, Saturne, Uranus, Neptuneplanètes gazeuse, géantes.

Pluton;planète, ou astéroïde?

1 u.a. (unité astronomique) = distance Terre-Soleil = 150 000 000 km

Planète diamètre (km) distance (u.a.) révolution/soleilSoleil 1 400 000 0Mercure 4 860 0,4 ~ 88 joursVénus 12 100 0,7 ~ 225 joursTerre 12 760 1 (150.106 km) ~ 365,4 joursMars 6 800 1,5 ~ 1 an 321 joursJupiter 143 000 5,2 ~ 11 ans 324 joursSaturne 120 000 9,5 ~ 29 ans 167 joursUranus 52 000 19,2 ~ 84 ans 7 joursNeptune 50 000 30,1 ~164 ans 280 joursPluton 2 300 39,4 ~247 ans 249 jours

Soleil:ballon de handball / Terre: bille de 1,5 mm à 15 m / Pluton:bille de 0,3 mm à 600 m…

MercureVénus Terre (Lune)Mars

JupiterSaturneUranusNeptune

Le système solaire:

Une étoile est une boule de gaz (principalement hydrogène et hélium), lieu de réactions de fusion nucléaire, à l’origine d’uneémission d’énergie rayonnante par incandescence, et d’unetempérature de plusieurs milliers de degrés Celsius. La couleur d’une étoile dépend de sa masse et de son âge.Les étoiles les plus chaudes sont bleues (ex. Véga).Il existe des étoiles « géantes » et des étoiles « naines ».Les étoiles se transforment au cours de leur vie (naines blanches, étoiles à neutrons, trous noirs, super nova…).Remarque: le scintillement des étoiles est dû aux turbulences atmosphériques. Le rayonnement arrivant des planètes est stable.

Une constellation est un groupe d’étoiles repéré par les hommes.On attribue aux différentes constellations des vertus dépendantde la culture (ex. astrologie). En fait, les étoiles d’une même constellations peuvent être à des distances gigantesques les unesdes autres…

étoile du Nord

la petite ourse

la grande ourse

Remarque: une « étoile filante », ou météore, est une trainée lumineuse laissée par des petites poussières, ou des météorites, se consumant dans l’atmosphère.

Étoiles et constellations:

La grande Ourse:

Dernier cours: Géophysique: la terre – volcans et séismes.

VOLCANS ET SEISMES.

Volcans et séismes, à l’école primaire:

Cycle3: Le ciel et la terre: les manifestations de l’activité de la Terre (volcans et séismes), les risques pour les sociétés humaines.

Ces connaissances ne sont pas éxigibles, mais elles peuvent servir à des activités d’investigation supplémentaires.

Plan du TD:

- La Terre, une planète en activité: structure de la Terre.

- Les séismes et la tectonique des plaques.

- Les volcans: différents modes éruptifs.

http://www.ggl.ulaval.cahttp://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infoscienceshttp://www.prim.net/home.htm

http://www.ggl.ulaval.ca/

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences

http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences

http://www.prim.net/home.htm

La Terre, une planète en activité.

Structure interne de la Terre: une succession de couches depropriétés différentes.

3 000 °C

5 000 °C

Temp. Surface ~13 °CMin = - 88°C

manteau

noyau

GUTENBERG

LEHMANN

asthénosphère

Lithosphère: solide.Asthénosphère: plastique.

( Asthénosphère )

La tectonique des plaques: un mouvement permanentde la croûte continentale et océanique sur l’asthénosphère.

Alfred Wegener (1910)«La genèse des continents et des océans».Le jeu des (12) plaques entre elles occasionne volcans et séismes.

plaque lithosphérique

Les séismes:

Ils sont dûs à la structure rigide de la croûte terrestre, et aufrottement entre les plaques lithosphériques.Foyer (hypocentre) du séisme + ondes sismiques (10 km/s).Ondes P, ondes S, ondes de surface L et R.

Les échelles de mesure de l’amplitude des séismes:-Echelle de « Mercalli », graduée de 1 à 12, à partir des constats de destructions observées en surface.-Echelle de Richter, mesure logarithmique de la quantité d’énergielibérée au foyer (énergie x 10 -> magnitude + 1). Moins que 9.

Les stations sismiques permettent de localiser l’épicentre (à la verticale du foyer), donc le plus proche de l’hypocentre.Les séismes restent cependant difficiles à prévoir. Ils se produisentdans les zones à risque (à proximité du contact entre 2 plaques).

Les volcans:La sortie du magma à la surface de la croûte terrestre constitue une éruption volcanique. Le magma est le résultat de la fusion partielle de roches de la croûte terrestre ou du manteau.Un volcan est dû à l’accumulation en surface de roches d’origine profonde (magma), poussées par les gaz dissous à travers des fissures (cheminées).

Il existe essentiellement 2 modes éruptifs: explosif ou effusif. Différent types de volcanisme: le volcanisme de dorsale (rifts), le volcanisme de subduction (ci-dessous), le volcanisme de point chaud.

Volcanisme de subduction

cordillièrearc insulaire

Volcanisme de dorsale:La croûte est amincie et fracturée là où les plaques s’écartent.

Le magma sort en formant la croûte océanique. Sous la mer, il s’épanche en coussins de lave.

Volcanisme de point chaud:Formation de points chauds stationnaires, pour des raisons

inconnues. Percées successives de volcans, en fonction du déplacement de la plaque.

L’exemple de Hawaï.

Surveillance des volcans, et prévision:

mesures de la remontée du magma grâce à des sismographes, des inclinomètres (pentes), des distançomètres-laser (variations de distances), mesures de température, du champ magnétique,des émissions de gaz…

visualisation par satellite des émissions de gaz, de cendres, des explosions.

En France: massif central (+ de 70 volcans), inactifs depuis 8000 ans, et vallée du Rhin, ainsi que territoires d’outre-mer.

panachede l’Etnavu parsatellite(2001).

mesures d’émissionsde gaz carbonique.

Exemples d’activités relatives aux volcans et séismes:

Dessins…

Simuler une éruption :-avec du bicarbonate de soude et du vinaigre…

- avec du ketchup, de l’eau, et un cachet effervescent

éruption effusive

ou

éruption explosive

…

FIN

Bonne continuation !

cours sciences et technologie ce cours s’adresse à toutes les personnes souhaitant

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