Cours Sciences et Technologie Ce cours sadresse toutes

Cours Sciences et Technologie Ce cours s’adresse à toutes les personnes souhaitant une 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 3 e. Le niveau est donc élémentaire, et ce cours contient un certain nombre d’exemples mais aussi d’approfondissements permettant un élargissement de la culture générale. Bonne lecture, Anne Tanguy Université Lyon 1 atanguy@lpmcn. univ-lyon 1. fr

Bibliographie: Annales: « Les sciences et la technologie au concours de professeur des écoles » Hachette éducation. « concours de professeur des écoles: Sciences expérimentales et technologie Composante majeure » Hatier Concours. « Concours enseignement – Sciences et technologie » Foucher. Sites web: programme officiel de l’épreuve http: //www. education. gouv. fr/pid 97/siac 1. html Accompagnement en sciences et technologie en primaire Site 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 -5692 -5495. pdf Site de La Main à la Pâte http: //www. lamap. fr Réseau Lyonnais d’Ingéniérie Educative 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/

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 1 er sur l’aunage. 1668: Toise du Châtelet 1735: 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. 1 er 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 cette uniformité 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 sur le globe… adopte la grandeur du quart du méridien terrestre pour base du nouveau système de mesure; les opérations nécessaires pour 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… b a g Mesure par triangulation

Quelques dates clés de l’harmonisation progressive des références de mesure. 864: édit de Pitres, sous Charles le Chauve. 1540: édit de François 1 er sur l’aunage. 1668: Toise du Châtelet 1735: 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. 1 er 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

Quelques dates clés de l’harmonisation progressive des références de mesure. 4 juillet 1837 (France): le système métrique est obligatoire. 1875: signature de la Convention du Mètre, traité international. organisation en Comité 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. 3 e définition légale du mètre. 14 octobre 1960: 11 e CGPM. Adoption du Système International. 20 octobre 1983: 17 e CGPM. 5 e 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): Mètre m longueurs 10 -10 (metron) Kilogramme kg masses 10 -9 (scrupulum -> gramma) Seconde s temps 10 -14 (minutum secundum) 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 cm mm déci centi milli 0. 1=10 -1 0. 01=10 -2 0. 001=10 -3 dam hm km deca hecto kilo 10 100=102 1000=103 mm nm pm fm am micro nano pico femto atto 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 10 -18 Mm Gm Tm Pm Em méga giga téra péta éxa 106 109 1012 1015 1018

Avant l’adoption du système métrique décimal: Unités de longueur: doigt (grèce ~2 cm – rome ~1, 8 cm), pouce (paris~2, 7 cm), palme (4 doigts), coudée, pied(paris~12 pouces = 32, 5 cm - grèce~30, 8 cm – rome~29, 6 cm), 1 pied ~ 12 pouces ~ 12 x 12 lignes ~ 12 x 12 points, pas (grèce~74 cm), stade (grèce~240 pas soit 177, 6 m) toise (~ 2 bras étendus ~ 6 pieds du roi ~ 1, 95 m) aune (pour les étoffes ~ 1, 19 m ~ 4 pieds romains) lieue (~4 km en Touraine, ~6 km en Provence ~ 2000 toises) 1668 « Toise du Châtelet » en fer 1735 « 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 (~1 m 2), are (~100 m 2), hectare (~100 x 100 m 2). litre (~1 dm 3), stère (~1 m 3). 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, 74 g), livre (~327 g – de 300 à 500 g), 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 acier Normes NF E 11 -010 et EN ISO 3650 Micromètre d’extérieur

Définition légale du mètre: 5 e Définition, retenue au 20 octobre 1983: (17 e conférence générale des poids et mesures) Longueur du trajet parcouru par la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 de seconde Précision = 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, 1668 Toise du Pérou (La Condamine, 1735) Toise du Nord (Maupertuis, 1735) Toise de l’Académie, 1766 Mesures de Delambre et Méchain (1792 -1798) Mètre provisoire, loi du 1 er août 1793 et du 7 avril 1795: 1/10 000 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. 2 e définition légale du mètre, 10 décembre 1799: à partir de l’étalon en laiton de Lenoir, soit 0, 513 074 Toise de l’Académie. 3 e définition légale du mètre, sept. 1889: à partir du prototype International de Tresca, en platine irridié (90%Pt, 10%Ir) à 0°C. 4 e 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). 5 e définition légale du mètre, 20 oct. 1983: distance parcourue par la lumière dans le vide pendant 1/299 792 458 de seconde.

Les mesures de masse 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 se situe 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 1 N=1 kg. 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 (1 u. m. a. =1/12 masse 12 C). 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). Pile de Charlemagne Mesure de la masse (inertielle) des astronautes sur la station spatiale Skylab Balances

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 39 mm de hauteur et de diamètre. (excède de 28 mg la masse de référence de 1795).

Mesure de quantité de matière: la Mole (mol). du latin « molecula » diminutif de « moles » (masse). Nombre d’atomes dans 12 g de 12 C (carbone 12). 1 mol=NA atomes ~ 6, 0221367. 1 O 23 atomes. 1 mol de 12 C pèse donc 12 g. Amedeo Avogadro (1776 -1856) Mesure du nombre d’Avogadro

Les mesures du temps: Clepsydres Horloge à encens sablier Horloge astronomique (XVe) Cadrans solaire Cristal de quartz

Définition légale de la seconde: Définition retenue en 1967: Durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de 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 = 24 x 60 minutes = 24 x 60 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 façon à corriger les effets dus aux irrégularités de la rotation de la terre. Depuis 1967: Temps Atomique International (césium 133). Temps solaire moyen = 0 h lorsque le soleil passe au sud. Temps civil moyen = Temps solaire + 12 h. Temps universel (TU, 1911) = Temps civil local de Greenwich. Heure légale (France, 1976) = TU + 1 h en hiver; TU + 2 h en été. Temps Universel Coordonné: ajustement par année, pour que 12 h corresponde en moyenne sur l’année au passage du soleil au méridien de Greenwich.

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. 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.

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. (1743 -1794) Il est constitué de molécules de N 2 (azote 4/5 e), O 2 (oxygène 1/5 e), Ar, CO 2 (gaz carbonique), H 20 (eau)… Le poids de l’air est responsable de la pression atmosphérique. L’action de la pression atmosphérique a été mise en évidence par Otto von Guericke (1654) avec l’expérience des hémisphères de Magdebourg. faire le vide Maintenant, on peut voir les atomes (118) et les molécules.

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 mm (limité par la longueur d’onde de la lumière visible) Goutte d’eau Microscopie électronique à balayage: 1 mm 20 nm = 200 Å = 0. 02 mm Microscopie électronique à transmission: 100 nm 1 Å Œil de mouche Atomes dans Ga. As

Dimensions des constituants élémentaires de la matière: femto atto neutron

La cohésion de la matière se fait grâce aux forces d’interaction fondamentales: Gravitation: Newton F = M. g = M. M’. G / r 2 (masse) Interaction éléctromagnétique: Coulomb F=q 1. q 2 /(4 pe 0. r 2) 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. in 2 p 3. fr/affiche. Composants

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, 1 kg/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 h. Pa = 1 atm SOLIDE LIQUIDE GAZ

État solide (illustrations) 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. Agitation thermique sur une surface d’or. Sous l’effet de la température, les atomes oscillent sur place.

PCML –université Lyon I Attention: Solide Ordre positionnel Il existe aussi des solides désordonnés. Exemples: verre métallique (Vitreloy). 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. 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. Mousse amorphe bidisperse bidimensionnelle faite de bulles de tailles différentes. Les traits indiquent les déplacements des bulles sous cisaillement. O. Debrégeas et J. -M. di Meglio (2001) Les verres de table sont principalement constitués de silice (Si. O 2) amorphe. O. Pouliquen (1997) 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).

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, 1 kg/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 parois est 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 leur énergie cinétique (k. B. T ~ 1/2. m. <v 2>), leur agitation. L’échelle thermodynamique de température (°K) donne 0°, lorsque les molécules sont immobiles ( « zéro absolu » ). - Echanges de chaleur, d. 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 morceau de 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. Bois: isolant thermique. La chaleur reste au point de contact. 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.

Mesures de température: les thermomètres. Ex. Thermocouples, résistance de platine, thermomètres à liquide. Les thermomètres à liquide utilisent la propriété de dilatation thermique. T=T 1 T=T 2 > T 1 Le volume augmente Attention: - Bien attendre que l’équilibre thermique se fasse. - Ne pas toucher le thermomètre pendant la mesure. Bien mettre le réservoir au contact avec le milieu. - Effectuer la lecture bien en face du niveau du liquide pour éviter les erreurs de parallaxe.

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. 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.

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 en relation 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’un gaz 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 leur énergie cinétique (k. B. T ~ 1/2. m. <v 2>), leur agitation. L’échelle thermodynamique de température (°K) donne 0°, lorsque les molécules sont immobiles ( « zéro absolu » ). - Echanges de chaleur, d. 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 morceau de métal et un morceau de bois est différente. Bois: isolant thermique. La chaleur reste au point de contact. 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.

Pression d’un gaz: La pression est une « force par unité de surface » provenant des chocs exercés par les molécules de gaz qui rebondissent sur les surfaces (une variation de quantité de mouvement m. v correspond à une force). F = m. Dv La pression atmosphérique, au niveau de la mer, à 20°C, est de P = 1 atm ≈ 105 Pascal ≈ 1 000 h. Pa. Cela correspond à un poids de 10 000 kg sur une surface de 1 m 2 ou à un poids de 1 kg sur une surface de 1 cm 2. (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, 2 g/L en C. N. T. P. donc une pièce de 100 m 3 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.

Evolution de la pression de l’air, avec l’altitude: Atmosphère terrestre: N 2 (azote 4/5 e), O 2 (oxygène 1/5 e), Ar, CO 2 (gaz carbonique), H 20 (eau)… ( 50% de l’air sont dans les premiers 5 km 99% dans les 30 km) Altitude (km) 0 3 5 10 15 50 85 Pression (h. Pa) 1 013 700 540 260 100 11 0. 01

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 (1 atm). L’air chauffé est moins dense (Vol. non cst), d’où dépressions. À grande échelle, il y a un déplacement d’air des 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 des chocs exercés par les molécules de gaz qui rebondissent sur les surfaces (une variation de quantité de mouvement m. v correspond à une force). F. Dt = m. Dv La pression atmosphérique, au niveau de la mer, à 20°C, est de P = 1 atm ≈ 105 Pascal ≈ 1 000 h. Pa. Cela correspond à un poids de 10 000 kg sur une surface de 1 m 2 ou à un poids de 1 kg sur une surface de 1 cm 2. (P = F / S). , L’air est invisible, mais il est pesant (1, 2 g/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: ( ≈ év fu Liquide n o i s n tio a ic ( ≈ co L iqu llit éfa cti nd o i on i t l en la é So s g ati on on c ) ≈ ( condensation solide dif Solide éb u n ) ap ora ion tio n ) Gaz (vapeur) sublimation 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 à P =1 atm glace liquide 0°C vapeur (gaz) 100°C invisible T=cste T

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 invisible ébullition fusion Etat triple

T fusion ébullition vapeur glace eau liq.

Les différents types de changement d’état: ( ≈ év Liquide fu n o i s n tio a ic ( ≈ co L iqu llit éfa cti nd o i on i t l en la é So s g ati on on c ) ≈ ( condensation solide dif Solide éb u n ) ap ora ion tio n ) Gaz (vapeur) sublimation Exemples: - Fusion de la glace: Nécessite un apport d’énergie (quantité de chaleur) de 333 J pour faire fondre 1 g d’eau ( à température constante = 0°C) soit autant d’énergie que pour élever la température de 1 g d’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 1013 h. Pa. Nécessite un apport d’énergie de 2249 J pour 1 g d’eau. La vaporisation d’ 1 g d’alcool nécessite seult 700 J environ. -Mélange eau+Na. Cl: solidifie à -20°C. T coexistence glace + sel. Utilisé comme mélange réfrigérant (3/4 glace + ¼ sel).

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 des molécules 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 H 20 air humide: 5% de H 20). air eau - « 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 la concentration en vapeur d’eau et la concentration maximale à saturation (ex. 60% de taux d’humidité).

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 gaz dans. . 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. essence Densité < celle de l’eau alcool huile eau non-miscibles entre voisins. glycérine grenadine Densité > celle de l’eau

Exemples de mélanges: Dissolution d’un gaz dans l’eau: ex. qques cm 3 d’O 2 par litre d’eau. ~ 1 litre de CO 2 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 36 g pour 100 g d’eau (360 g/L). limite de solubilité du sucre est de 200 g pour 100 g 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…

Application: contrôle de la qualité de l’eau: http: //www. senat. fr/rap/l 02 -215 -1. fr/l 02 -215 -1. html 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Pompage, dégrillage Floculation Décantation Filtration sur sable Ozonation Filtration sur charbon actif 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.

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. 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.

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 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 = 1 N. m (énergie fournie par un objet de 100 g qui tombe de 1 m) = 1 W. s = 1 / 3 600 000 k. W. h (kilowatt. heure) (énergie électrique fournie avec une puissance de 1 W pendant 1 s)

Les différentes formes d’énergie: Des exemples. Quelques exemples: -Énergie thermique E ~ k. B. T -Énergie cinétique E ~ ½. m. v 2 -Énergie potentielle de pesanteur E ~ m. g. z … Energie d’origine mécanique (mouvement): Energie cinétique Ec, énergie potentielle Ep, énergie mécanique = Ec + Ep Équilibre mécanique Énergie potentielle Travail des forces d. W = - DEp = F. dr = Force x Distance l’énergie dépend de la distance parcourue ! Energie d’origine thermique (chaleur): - Transfert de quantité de chaleur d. Q ~ m. CV. DT 1 cal = 4, 18 J (quantité de chaleur à fournir pour élever d’ 1°C, 1 g d’eau liquide). - Chaleur latente de changement de phase d. Q ~ L ~ l. n Energie interne: d. U = d. W + d. Q L’énergie interne d’un système isolé se conserve (1 er principe)

Énergie d’origine électrique: E ~ Pe. Dt ~ DVe. I. Dt ~ q. DVe (travail des forces électriques). DVe = 220 V 1 J = 1 W. s = 1 / 3 600 000 k. W. h (kilowatt. heure) (énergie électrique fournie avec une puissance de 1 W pendant 1 s) Energie de rayonnement (lumière): E ~ h. n ~ h. c/l lumière, énergie d’excitation. (cf. définition actuelle de la seconde - ondes électromagnétiques) E Energie d’origine nucléaire: Énergie de masse E ~ m. c 2, énergie nucléaire. Energie d’origine chimique: réactions chimiques (ouverture/fermeture de liaisons interatomiques fournit de l’énergie) Ex. combustibles, pile électrique…

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, les éoliennes, … 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 dissipent de 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’un appareil. Source Econsommée (Es) Convertisseur Eutile Récepteur (Eu) Pertes vers l’environnement (air ambiant…) Exemple: chaîne énergétique d’une lampe de poche. Pile (énergie chimique) Courant électrique Filament chaleur perdue + rayonnement IR Rayonnement visible chaleur perdue Objet regardé Lampe à incandescence Rayont visible Oeil On appelle « rendement » , le rapport entre l’énergie utilisée et l’énergie fournie par la source. R=Eu/Es < 1.

La maîtrise de l’énergie: Le choix des sources d’énergie répond à des considérations techniques et économiques, mais aussi à des choix politiques. Exemple 1: 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?

Exemple 2: le chauffage solaire. 1) L’énergie solaire photovoltaïque: Capteurs photoélectriques à base de silicium. Conversion énergie lumineuse / énergie électrique. Rendements moyens (16 % max. ) Fragilité des photopiles. Haut coût de fabrication. 2) Les capteurs solaires thermiques: 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 vitrage qui ne laisse passer les IR lointains réémis par l’absorbeur chaud.

FIN Prochain cours: La lumière.

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. 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.

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 une fréquence n. Qu’est-ce qu’une onde ? Champ magnétique, B distance Onde propagative. Cliché instantanné La vibration se transmet de proche en proche, à la vitesse (célérité) c. L’oscillation se répète toutes les 1/n secondes. La distance entre 2 points dans le même état de vibration est la longueur d’onde l. l = c / n La lumière blanche est composée d’un grand nombre d’ondes de fréquences différentes, dans le domaine visible.

10 -14 10 -12 10 -8 10 -6 10 -5 10 -3 10 -2 10 -1 1 Longueur d’onde, en mètre Christiaan Huygens (1629 – 1695) Augustin Fresnel (1788 – 1827)

La lumière est aussi décrite par une … …corpuscule de masse nulle: le photon. Chaque photon véhicule un quantum d’énergie E = h. n = h. c/l. Ceci permet d’expliquer l’effet photo-électrique. C’est la dualité onde-corpuscule. fréquence Mise en évidence par les figures d’interférences construites photon par photon: …photon après photon… Louis de Broglie (1892 -1987) Albert Einstein (1879 -1955)

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 à gaz, de lampe à pétrole…: carbone porté à l’incandescence). Les ampoules 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. L’air diffuse la lumière du soleil. L’arc en ciel est de la lumière réfractée par des gouttes d’eau. La lune réfléchit la lumière du soleil

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 vide v ≈ 225 000 km/s dans l’eau (dépend alors de la fréquence n) 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. partie transmise peut être absorbé. 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.

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: soleil goutte d’eau ge vio oeil let rou Le bleu, plus énergétique, Interagit plus avec la matière. Il est plus dévié.

Exemple 3: les mirages. ciel T 1 T 2 > T 1 (n 2<n 1) Image du ciel sol 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 dans le 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. Diffraction: Une ouverture « diffracte » la lumière: la lumière réfléchie est renvoyée dans toutes les directions, sans sélection de longueur d’onde.

Les ombres: zone sombre due à l’interception de la lumière par un corps opaque (c’est-à-dire ne transmettant pas la lumière). Exemple: Construction de l’ombre d’un objet. Zone ombrée pénombre propre ombre portée 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 ~ 20 km.

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.

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. 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.

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 comportement raisonné face aux risques électriques. Cycle 3: Le monde construit par l’homme: circuits électriques alimentés 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 e - circuit fermé Courant I - 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’énergie électrique est égale au produit de la tension par la charge, soit le produit de la tension par le courant par le temps écoulé U. I. Dt. neutre V- V+ phase V+ - V- = 220 V La lampe est une résistance qui dissipe de l’énergie. Le potentiel est + faible en aval.

-La résistance électrique: effet « passif » d’un matériau qui revient à faire diminuer localement la tension. Exemple: ampoule à incandescence ampoule Energie dissipée dans l’ampoule par élévation de température et rayonnement. pile Attention au branchement. . . Le courant traversant l’ampoule dépend 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 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 m. A (seuil de sensation) à 65 m. A (seuil de fibrillation…) V = 120 V, I = V / R = 2, 4 m. A avec bottes = 80 m. A pieds nus ! N’oubliez pas de mettre des bottes en caoutchouc !

Exemples de circuits électriques: montage de récepteurs (lampes) en série, et en dérivation. U 2 U 1 I 2 I + - I U I 1 + U montage en série I = cste U = U 1 + U 2 montage en dérivation I = I 1 + I 2 U = cste Rfil = 0 ; I 8 Cas d’un court-circuit. + - 8 U = 4, 5 Volts = 0 x La très forte intensité du courant peut conduire à un échauffement. Vérifier l’état des fils. Eviter les contacts avec d’autres conducteurs.

- Fonctionnement d’un générateur d’électricité: la pile Volta. Alessandro Volta (1745 -1837) Pile Volta (1800): Empilement de disques de cuivre et de zinc, reliés entre eux par des disques de carton imbibés d’eau salée (électrolyte). V+ - V- ~ 1 V 1800: présentation de la pile Volta à Napoléon I V+ e. V- Cu 2++ 2 e- Cu Zn 2+ + 2 eoxydo - réduction Pile Daniell (1836)

Autres exemples de générateurs d’électricité: fer cuivre Le citron joue le rôle de l’électrolyte. Expérience de Galvani (18 e s. ) La cuisse de grenouille joue 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…

La sécurité des installations: Installation électrique: 2 fils arrivent aux prises du secteur, le fil de phase, et le neutre, relié à la terre (la masse, de tension nulle). Ces deux fils portent la même intensité de courant (schéma). 220 V I Fil de phase 0 V Fil de terre I Fusibles et coupes circuits: dispositif de sécurité empêchant une circulation 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 » ) 220 V circuit ouvert fuite ? I = 0

La prise de terre: permet un court circuit de la carcasse des appareils électriques à la terre, de façon à éviter qu’un éventuel courant de fuite circule dans l’utilisateur. sans prise de terre: 220 V I Fil de phase e- 0 V fuite Fil de terre I’ avec prise de terre: Rhomme > 0 220 V I Fil de phase 0 V Le courant par le fil de terre. Fil de terre I’ Le courant ne passe pas par là. efuite

La sécurité des personnes: Les dangers du courant électrique sur le corps humain: c’est le courant électrique qui est dangereux. -Seuil de sensation: 0. 2 – 0. 4 m. A -Seuil de lâcher prise: 10 -15 m. A (ou de rester pris = tétanisation) -Seuil d’asphyxie: 15 -25 m. A (spasme du diaphragme) -Seuil de fibrillation: 65 -100 m. A 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. I 2. t Quelques règles de sécurité: C’est la tension ou différence de potentiel, et la résistance, qui conduisent 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 k. W. 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 (>CE 1) 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 80 -dossier 90 mn + 10 mn de relecture -2. proposition d’un enchaînement d’activités -3. relations interdisciplinaires (maths, ed. civique, Bien connaître les programmes du cycle 3. français …) http: //www. education. gouv. fr/pid 97/siac 1. html http: //eduscol. education. fr http: //www. cndp. fr/archivage/valid/38285 -5692 -5495. pdf

Bibliographie: Annales: « Les sciences et la technologie au concours de professeur des écoles » Hachette éducation. « concours de professeur des écoles: Sciences expérimentales et technologie Composante majeure » Hatier Concours. « Concours enseignement – Sciences et technologie » Foucher. Sites web: programme officiel de l’épreuve http: //www. education. gouv. fr/pid 97/siac 1. html Accompagnement en sciences et technologie en primaire Site 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 -5692 -5495. pdf Site de La Main à la Pâte http: //www. lamap. fr Réseau Lyonnais d’Ingéniérie Educative http: //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 à destination 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, CE 2, édition Hatier. Tiré d’un livre de documents complémentaires, accessible dans le commerce, à destination des élèves de classe CE 2. Niveau concerné: classe de CE 2 Type 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 destination des élèves. Concepts sous-jacents: concevoir un circuit électrique. Notion de circuit ouvert / fermé. Conducteurs / isolants. Générateurs de courant. Démarche systématique de recherche de panne.

Document 4: Tiré de «Découvrir les sciences » CP-CE 1, edition Bordas. Niveau: cycle 2. Type: productions d’élèves. Concepts sous-jacents: réalisation d’un circuit électrique simple. Ampoule à incandescence. Générateur (la pile). Circuit ouvert / fermé. Notion de court-circuit. Adopter un regard critique. Document 5: Niveau : 6 e. Type: Livre de cours 6 e pouvant être utilisé en document pédagogique. Concepts sous-jacents: Règles de sécurité. 1) court-circuit; conducteur / isolant. 2) Fuite de courant. 3) Endommagement 4) Générateur de tension. Respect des consignes de sécurité.

REDACTION DU RAPPORT: Première partie: présentation de la problématique. -Rappels de programme -Liste des concepts sous-jacents aux documents -Objectifs fixés (pour éveiller la curiosité tout en prévenant les 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. . .

Analyse de documents (à faire au brouillon). Connaître les programmes. http: //eduscol. education. fr/D 0048/primacc. htm Exemples d’activités. http: //www. lamap. fr http: //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’interprétation rencontrées chez les enfants.

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. Cours n° 7: Mécanique: équilibres (balances et leviers) – La transmission du mouvement. Cours n° 8: Astronomie: le ciel et la terre. La Terre et la Lune, le jour et la nuit, l’année et les saisons. Cours n° 9: Astronomie: le système solaire et l’univers. Cours n° 10: Géophysique: la Terre – volcans et séismes.

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 usages peut être reliée à la réalisation de maquettes et de constructions: usage d’un axe, d’une manivelle… Cycle 3: 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/article 89. html

Notion de force: Unité: le Newton (N) L’exemple du poids: P (N)= m. g (kg. m/s 2). 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. Principia mathematica (1687) m. a = S F (1643 – 1727) 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) Equilibre d’un solide mobile autour d’un axe: Leviers: d 1 M 1 = M 2 équilibre des moments. F 1 d 2 ex: casse-noix, ciseaux, pied de biche, décapsuleur… F 2 F 1 = F 2. d 2 / d 1 >> F 2 Balances: mesure d’une force: le poids. équilibre des moment. d d balance de Roberval balance romaine Le plus lourd doit se rapprocher… balançoire

Transmission du mouvement: force -> accélération -> trajectoire. Mouvements de translation: Translation rectiligne: Translation circulaire. Seul le centre bouge. Mouvements de rotation: Les axes tournent aussi (ex. 1 tour par jour) Exemples de transmission de mouvement: Les poulies: permet de modifier la direction d’un mouvement. 50 N 100 N poulies composées. la force est divisée

Engrenages: permet de modifier la vitesse de rotation (mouvements surmultipliés ou démultipliés) Même vitesse linéaire au point de contact. donc vitesse de rotation 1 * d 1 = w 2 * d 2 avec vitesse de rotation en (tours / seconde). d 1 >> d 2 donc w 2 >> w 1 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: (CM 2)

Exemples: Cette voiture peut-elle avancer ? Un cinquième engrenage est-il possible entre (1) et (4) ? NON… (1) (4) Pignon / crémaillère NON. . Pignon / crémaillère engrenages

Prochain cours: le ciel et la terre.

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. Cours n° 7: Mécanique: équilibres (balances et leviers) – La transmission du mouvement. Cours n° 8: Astronomie: le ciel et la terre. La Terre et la Lune, le jour et la nuit, l’année et les saisons. Cours n° 9: Astronomie: le système solaire et l’univers. Cours n° 10: Géophysique: la Terre – volcans et séismes.

LE CIEL ET LA TERRE. Le ciel et la terre, à l’école primaire: Cycle 3: 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 son évolution 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.

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

Les points cardinaux: nord (étoile du nord fixe, boussole, gnomon), sud, est, ouest. N O E S Une boussole est sensible au champ magnétique terrestre et aux pôles magnétiques qui sont proches des pôles géographiques. La différence donne la déclinaison magnétique (~2° en France, ~30° au Québec…) Pôle Nord magnétique 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’étoile polaire, 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 24 h. 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 24 h± 30 s (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 la même orientation par rapport aux étoiles = 23 h 56 mn 4 s.

Détermination de la durée du jour sidéral / jour solaire: Jour sidéral Jour solaire a a 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 terre autour du soleil, elle doit tourner de a° supplémentaire pour retrouver la même orientation par rapport au soleil. a = 2. p / 365, 25 radians ≈ 1° (angle parcouru par la terre en un jour autour du soleil ) Durée d’un jour solaire = 24 h = (2. p + a) / w Durée d’un jour sidéral = 2. p / w = jour solaire – a / w = 23 h 56 mn 4, 09 s Avec w: vitesse de rotation de la terre sur elle-même = (2. p + a) / 24 h = 0. 00007 radian/s (soit une vitesse de 1667 km/h à la surface de la terre…)

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 ± 12 h. … -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. « équinoxe » de printemps (égale durée du jour et de la nuit) N printemps hiver ~ 150 000 km été S automne « équinoxe » d’automne 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

été hiver : hauteur du soleil Mouvement apparent du soleil: rotation autour L de l’axe des pôles.

L Le mouvement apparent du soleil (mouvement diurne et son évolution 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 des pôles incliné par rapport au plan de l’écliptique). Le soleil ne se couche strictement “à l’ouest” qu’aux équinoxes! Hauteur du soleil: entre 0 et 23° Soleil de minuit pôle Nord Cercle polaire: 66° 33’ de latitude

Le mouvement apparent du soleil en différents endroits de la terre: pôle Nord Cercle polaire: 66° 33’ de latitude zénith Tropiques: 23° 27’ de latitude le soleil passe au zénith au solstice d’été, au midi solaire. Equateur: 0° de latitude L’axe Nord-Sud est orienté selon l’axe des pôles.

L Les cadrans solaires: l’axe du stylet est orienté selon le pôle nord céleste (axe de rotation du mouvement apparent du soleil). L est la latitude de l’endroit. Graduations égales dans le cas d’un cadran solaire “équatorial” (table perpendiculaire au stylet). L l Le stylet est dirigé selon l’axe des pôles. Le cadran est incliné de telle sorte qu’il est parallèle au plan équatorial.

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 la même direction. L’héliokinescope: repérer les points dont l’ombre cache toujours le même endroit (par ex. le centre). Tracer ainsi le mouvement apparent du soleil sur la demi-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: Cycle 3: 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 son évolution 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) ~ 20 km. 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. Éclipse totale de soleil, vue de la terre.

La Lune est un satellite de la terre, tournant avec une période de rotation 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 360 000 km à 400 000 km. La lune est 100 x 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 Aspects de la lune aux différentes phases, vu de l’hémisphère terrestre nord. Nouvelle Premier Lune Croissant Premier Quartier remier Lune Gibbeuse Pleine Lune Gibbeuse dernier Quartier dernier Croissant ernier

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).

Le télescope Hubble. Une galaxie spirale, vue par le téléscope 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 consume en 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, Mars planètes telluriques (rocheuses) Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune planètes gazeuse, géantes. Pluton; planète, ou astéroïde? 1 u. a. (unité astronomique) = distance Terre-Soleil = 150 000 km Planète diamètre (km) distance (u. a. ) Soleil 1 400 0 Mercure 4 860 0, 4 Vénus 12 100 0, 7 Terre 12 760 1 (150. 106 km) Mars 6 800 1, 5 Jupiter 143 000 5, 2 Saturne 120 000 9, 5 Uranus 52 000 19, 2 Neptune 50 000 30, 1 Pluton 2 300 39, 4 révolution/soleil ~ 88 jours ~ 225 jours ~ 365, 4 jours ~ 1 an 321 jours ~ 11 ans 324 jours ~ 29 ans 167 jours ~ 84 ans 7 jours ~164 ans 280 jours ~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…

Le système solaire: Mercure Vénus Terre (Lune) Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

Étoiles et constellations: Une étoile est une boule de gaz (principalement hydrogène et hélium), lieu de réactions de fusion nucléaire, à l’origine d’une émission d’énergie rayonnante par incandescence, et d’une température de plusieurs milliers de degrés Celsius. La couleur d’une étoile dépend de sa masse et de son âge. Les étoiles 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 dépendant de la culture (ex. astrologie). En fait, les étoiles d’une même constellations peuvent être à des distances gigantesques les unes des 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.

La grande Ourse:

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

VOLCANS ET SEISMES. Volcans et séismes, à l’école primaire: Cycle 3: 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. ca 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 de propriétés différentes. Lithosphère: solide. manteau Asthénosphère: plastique. 3 000 °C 5 000 °C Temp. Surface ~13 °C Min = - 88°C asthénosphère GUTENBERG LEHMANN noyau

( Asthénosphère )

La tectonique des plaques: un mouvement permanent de 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 au frottement 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’énergie libérée 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 produisent dans 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 arc insulaire cordillière

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… mesures d’émissions de gaz carbonique. visualisation par satellite des émissions de gaz, de cendres, des explosions. panache de l’Etna vu par satellite (2001). En France: massif central (+ de 70 volcans), inactifs depuis 8000 ans, et vallée du Rhin, ainsi que territoires d’outre-mer.

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 !