Conquêtes : science et technologie, 1er cycle du secondaire – 2e année. Cahier d’apprentissage – Savoirs et activités [1-2] 9782765031222

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SCIENCE ET TECHNOLOGIE 1er cycle du secondaire • 2e année

Cahier d’apprentissage Savoirs et activités

Inés Escrivá Jacynthe Gagnon Jean-Sébastien Richer

Conforme à la PROGRESSION des apprentissages

La démarche expérimentale Voici les quatre étapes de la démarche expérimentale. On recourt à cette démarche lorsqu’on a un problème d’ordre scientique à résoudre.

Cerner le problème. a) b) c) d)

Décrire le problème à résoudre dans ses mots. Formuler le but à atteindre. Formuler les questions auxquelles l’investigation devra répondre. Si possible, avancer une explication du problème ou tenter une prédiction (hypothèse) liée aux questions.

Choisir un scénario d’investigation scientique. a) Envisager divers scénarios pouvant aider à résoudre le problème et choisir le plus approprié. b) Préciser les variables à observer et à mesurer. c) Dresser la liste du matériel à utiliser et illustrer le montage au besoin. d) Fixer les étapes du protocole à suivre. Ce dernier doit indiquer clairement toutes les étapes à suivre, et celles-ci doivent être numérotées. Le protocole doit utiliser tous les éléments gurant dans la liste du matériel et tenir compte des consignes de sécurité à respecter au laboratoire.

Concrétiser sa démarche. a) Effectuer l’expérience de façon sécuritaire. b) Recueillir les données et noter les observations qui peuvent être utiles. Les ordonner à l’aide de tableaux ou de diagrammes.

Analyser les résultats. a) Analyser les résultats an de répondre à la ou aux questions posées au départ. b) Tirer des conclusions des résultats et apporter des explications. Établir des relations avec la prédiction, s’il y a lieu. c) Proposer des moyens d’améliorer l’expérience, formuler un nouveau problème qui découle des résultats, etc.

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SCIENCE ET TECHNOLOGIE 1er cycle du secondaire • 2e année

Cahier d’apprentissage Savoirs et activités

Inés Escrivá Jacynthe Gagnon Jean-Sébastien Richer

Conquêtes Science et technologie 1er cycle du secondaire – 2e année

Remerciements

Cahier d’apprentissage – Savoirs et activités Inés Escrivá, Jacynthe Gagnon, Jean-Sébastien Richer © 2011 Chenelière Éducation inc. Édition : Anne Lavigne, Murielle Belley Coordination : Samuel Rosa, Caroline Vial, Garance Mousseau-Maltais Révision linguistique : Yvan Dupuis Correction d’épreuves : Danielle Maire Illustrations : Michel Rouleau, Martin Gagnon Conception graphique : Protocole Infographie : Interscript Conception de la couverture : Protocole Recherche iconographique : Marie-Chantal Laforge, Patrick St-Hilaire Impression : Imprimeries Transcontinental

TOUS DROITS RÉSERVÉS. Toute reproduction, en tout ou en partie, sous toute forme ou média et par quelque procédé que ce soit, est interdite sans l’autorisation écrite préalable de Chenelière Éducation inc. ISBN 978-2-7650-3122-2 Dépôt légal : 2e trimestre 2011 Bibliothèque et Archives nationales du Québec Bibliothèque et Archives Canada Imprimé au Canada 1

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Nous reconnaissons l’aide financière du gouvernement du Canada par l’entremise du Programme d’aide au développement de l’industrie de l’édition (PADIÉ) pour nos activités d’édition. Gouvernement du Québec – Programme de crédit d’impôt pour l’édition de livres – Gestion SODEC.

Pour leur précieux travail de consultation, l’Éditeur tient à remercier : Hélène Maheu, Commission scolaire des Trois-Lacs ; Denis Trottier, Commission scolaire de Montréal ; Philippe Wuidard, Collège français. Pour leur travail de révision scientifique réalisé avec expertise, l’Éditeur tient à remercier : Daniel Borcard, chargé de cours, Université de Montréal (Univers vivant, chapitre 4) ; Michel Caillier, professeur, Université Laval (Terre et espace, chapitre 5) ; Denis Fyfe, consultant (Univers technologique) ; Jeffrey Wayne Keillor, professeur, Université de Montréal (Univers matériel) ; Kim McAleer, enseignante, Cégep Saint-Jean-sur-Richelieu (Univers vivant, chapitre 3) ; François Wesemael, professeur, Université de Montréal (Terre et espace, chapitre 6).

Table des matières L’univers matériel . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

L’univers vivant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

57

Sommaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Sommaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Chapitre 1 L’organisation de la matière . . . . . . . . . 3

Chapitre 3 La reproduction humaine . . . . . . . . . . . . 59

1.1 Les atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.1 Les organes reproducteurs . . . . . . . 60

1.2 Les éléments et le tableau périodique des éléments . . . . . . . . . . . . 9

3.2 Les gamètes et la fécondation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

1.3 Les molécules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.3 La grossesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.4 Les stades du développement humain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Chapitre 2 Les transformations de la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1 Les changements physiques et chimiques. . . . . . . . . . . . . . 26 2.2 La conservation de la matière . . . . 34 2.3 Les mélanges et les solutions . . . . . 40 2.4 La séparation de mélanges. . . . . . . . . 47 Outil Séparer des mélanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.5 La contraception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.6 Les infections transmissibles sexuellement et par le sang (ITSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Chapitre 4 La diversité et le maintien de la vie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 4.1 La cellule, les gènes et les chromosomes. . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.2 Les intrants et les extrants . . . . . . . 112 4.3 La diffusion et l’osmose . . . . . . . . . . . 115 4.4 La respiration cellulaire et la photosynthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

III

La Terre et l’espace . . . . . . . . . . . . 135

L’univers technologique . . . 215

Sommaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Sommaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Chapitre 5 La Terre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Chapitre 7 Les systèmes technologiques . . . . 217 7.1 La gamme de fabrication . . . . . . . . . 218

5.1 Les types de roches . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 5.2 Les minéraux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Outil Utiliser divers outils technologiques . . . . . . . . . . . . 223

5.3 Les types de sols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

7.2 Les systèmes technologiques . . . 230

5.4 L’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

7.3 Les composantes d’un système technologique . . . . 239

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Chapitre 6 Le système solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6.1 La gravitation universelle . . . . . . . . . 182 6.2 L’organisation du système solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 6.3 Les aurores polaires . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Chapitre 8 Les forces et les mouvements . . . . 253 8.1 Les transformations de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 8.2 Les machines simples . . . . . . . . . . . . . . 261 8.3 Les mécanismes de transmission du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Outil Utiliser les symboles normalisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

6.4 Les comètes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

8.4 Les mécanismes de transformation du mouvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

6.5 Les météorites et les impacts météoritiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

IV

Sources des photos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

L’organisation du cahier Le début d’une partie

Le cahier est divisé en quatre parties : l’univers matériel, l’univers vivant, la Terre et l’espace et l’univers technologique.

Un sommaire présente les chapitres d’une partie et leurs sections. Un texte d’introduction donne un aperçu du contenu d’une partie.

Le début d’un chapitre Un texte d’introduction annonce le contenu du chapitre.

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L’organisation du cahier

V

Le contenu d’un chapitre

Un chapitre est divisé en plusieurs sections. Chaque section porte sur un concept à l’étude.

La rubrique Flash apporte de l’information complémentaire.

Les dénitions des concepts sont mises en évidence.

Les activités sont constituées d’un grand nombre d’exercices et de problèmes qui portent sur les notions abordées dans la section. La rubrique Outil présente des techniques et des stratégies utiles en science et technologie.

VI

L’organisation du cahier

La rubrique Rappel propose un retour sur les concepts à l’étude en 1re année du 1er cycle.

Les activités Pour faire le point permettent d’établir des liens entre des concepts vus dans les sections qui précèdent.

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L’univers matériel

Tout ce qui nous entoure constitue l’univers matériel : du moindre caillou au plus haut édice, tout est fait de matière. La matière peut se trouver à l’état naturel : l’eau, les roches et les arbres en sont des exemples. Elle peut aussi avoir été transformée naturellement ou par l’être humain : la chaleur intense au centre de la Terre transforme les roches en lave (voir la photo ci-haut), l’être humain fait fondre du minerai de fer pour fabriquer, par exemple, des outils (voir la photo à gauche). Du bois qui brûle, un lac qui gèle en hiver, ce cahier, les chaises et les pupitres présents dans une classe, les repas cuisinés, une automobile sont tous de la matière transformée. La matière, qu’elle soit naturelle ou transformée, constitue l’univers matériel. Dans la partie intitulée « L’univers matériel », vous pénétrerez au cœur de la matière, dans le monde inniment petit des atomes et des molécules, et vous découvrirez comment la matière s’organise et se transforme.

1

L’univers matériel Chapitre 1

Chapitre 2

L’organisation de la matière                           3

Les transformations de la matière                         25

1.1 Les atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2.1 Les changements physiques et chimiques . . . . . 26

1.2 Les éléments et le tableau périodique des éléments . . . . . 9

2.2 La conservation de la matière. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

1.3 Les molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3 Les mélanges et les solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4 La séparation de mélanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Outil Séparer

des mélanges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2

Chapitre 1 L’organisation de la matière De quoi la matière est-elle faite ? Comment s’organise-t-elle ? Depuis toujours, désireux de percer le mystère de la matière, l’être humain tente de répondre à des questions de ce genre. Les philosophes grecs de l’Antiquité ont jeté les bases de notre conception de la matière en faisant simplement appel à leur imagination. Par la suite, le développement des sciences expérimentales a permis de comprendre la nature et l’organisation de la matière, et ce, à l’échelle de l’inniment petit. On a ainsi découvert que la vitamine C présente dans une orange, par exemple, est composée de minuscules atomes de carbone, d’oxygène et d’hydrogène (voir la photo à droite). Dans ce chapitre, vous découvrirez les atomes, ces minuscules particules qui constituent la matière. Vous étudierez aussi le tableau périodique des éléments, où sont classés tous les atomes ainsi que les molécules qu’ils forment en s’unissant les uns aux autres.

3

Nom :

Groupe :

L’univers matériel 1.1

1.1

Date :

Les atomes

Les substances et les objets qui nous entourent sont constitués de matière, présente sous trois états : solide, liquide ou gazeux. Par exemple, le bois et la pierre sont à l’état solide, l’eau et l’huile sont à l’état liquide, alors que l’air que l’on respire est à l’état gazeux. Mais de quoi exactement est constituée la matière ? On peut étudier la matière à l’aide d’une loupe ou d’un microscope. On découvre alors, par exemple, que le bois est fait de longs laments breux et que l’eau contient de petits organismes vivants dont on ne soupçonnait pas la présence. Mais même un micro­ scope très puissant ne peut nous renseigner sur la composition des bres de bois ou sur celle de l’eau elle­même. C’est d’abord en faisant appel à l’imagination qu’on a pu découvrir ce qui se cache à l’intérieur de la matière.

La conception de Démocrite

Définition

Figure 1 Démocrite. Il y a environ 2500 ans, Démocrite a émis l’idée que la matière était constituée d’atomes. Il pensait qu’un objet en fer était constitué de minuscules atomes de fer.

4

L’univers matériel

Il y a près de 2500 ans, le philosophe grec Démocrite (voir la gure 1) a émis une idée originale concernant la composition de la matière. Il a supposé que la matière était constituée de particules indivisibles. Il les a nommées atomos ou atomes. Il pensait que, si on coupait un morceau de fer en parties de plus en plus petites, à la n on arriverait à un minuscule morceau de fer qu’il serait impos­ sible de diviser à nouveau. On aurait alors la plus petite particule de fer possible : un atome de fer. Toujours selon Démocrite, les différentes substances seraient composées d’atomes différents. Ainsi, de minuscules atomes de pierre formeraient la pierre et de minuscules atomes d’eau formeraient l’eau. Démocrite était très proche de la vérité. Seule­ ment, il ne disposait d’aucun moyen pour prouver ce qu’il avançait.

Les atomes sont les plus petites particules de matière qui soient. Ils sont les constituants de base de toutes les substances et de tous les objets qui nous entourent. Les atomes peuvent se lier les uns aux autres pour former des molécules.

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.1

Le modèle atomique de Dalton Ce n’est que longtemps après que le chimiste et physicien anglais John Dalton (voir la gure 2) réussit à prouver l’existence des atomes grâce à des expériences menées sur les gaz. Il a isolé et classé six atomes diérents que l’on nomme aussi « éléments » : l’hydrogène (H), le carbone (C), l’azote (N), l’oxygène (O), le phosphore (P) et le soufre (S). Ses découvertes l’ont amené à élaborer un « modèle atomique ». Ce modèle constitue une représentation des atomes puisque ceux-ci sont trop petits pour être visibles. Voici les principales caractéristiques du modèle atomique de Dalton. • La matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), est constituée d’atomes (voir la gure 3). • Les atomes sont trop petits pour être visibles. • Les atomes sont indivisibles. Ce sont les plus petits constituants de la matière.

Figure 2 John Dalton (1766-1844). Par des expériences menées sur les gaz, John Dalton a pu prouver l’existence des atomes.

• Les atomes d’un même élément sont identiques entre eux. Ils ont la même masse et les mêmes propriétés. Par exemple, tous les atomes de carbone sont identiques et possèdent les mêmes propriétés. • Des atomes d’éléments diérents ont des masses et des propriétés diérentes. Par exemple, les atomes de carbone et d’oxygène sont diérents et ils possèdent des propriétés diérentes. • Des atomes peuvent s’unir pour former un groupe d’atomes liés ensemble, que l’on nomme « molécule ». Les molécules ont des propriétés diérentes de celles des atomes qui les composent. A

B

C

Figure 3 La matière est constituée d’atomes. A Un clou est composé d’atomes de fer (Fe). B La mine d’un crayon est composée d’atomes de carbone (C). C La tête d’une allumette contient des atomes de soufre (S). Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 1 • L’organisation de la matière

5

L’univers matériel 1.1

Nom :

Groupe :

Date :

Une des découvertes de Dalton est que les atomes peuvent se lier les uns aux autres pour former des structures plus complexes qu’on appelle des « molécules ». Les atomes sont donc semblables aux blocs d’un jeu de construction, qui sont les plus petites unités du jeu. Les possibilités de combinaison des atomes sont innies, comme celles des blocs. De même que les blocs, on ne peut pas couper les atomes : ils sont indivisibles (voir la gure 4). Depuis John Dalton, de très nombreux scientiques ont étudié les atomes. Certains ont proposé des modèles atomiques plus Figure 4 Les atomes se lient complexes (voir la gure 5). On a fait aussi d’autres découvertes. entre eux. Les atomes sont Ainsi, on connaît aujourd’hui la taille des atomes. Pour donner semblables aux blocs d’un jeu de construction : ils peuvent une idée de leur petitesse, un seul grain de sable contient s’assembler d’une multitude environ 1018 atomes. C’est 1 000 000 000 000 000 000 d’atomes ! de façons. On sait aussi maintenant que l’atome est constitué de particules Particules plus petites et qu’il n’est donc pas indivisible. Les réactions Noyau nucléaires provoquées à l’aide d’ une technologie sophistiquée permettent d’ailleurs de briser des atomes en deux. Ce type de réaction est notamment utilisé dans les réacteurs nucléaires servant à produire de l’électricité, mais aussi dans les bombes atomiques.

Figure 5 Une représentation moderne de l’atome. On sait aujourd’hui que l’atome est constitué de particules plus petites.

Flash

histoire

Même s’il existe des particules plus petites que lui, on considère que l’atome est le plus petit constituant de la matière. On connaît un peu plus d’une centaine d’atomes diérents. Ils sont classés dans le tableau périodique des éléments, que nous étudierons dans la section 1.2. Ces atomes sont les éléments de base de toute la matière existante.

Les quatre éléments

Pendant très longtemps, on a cru que le feu, l’eau, l’air et la terre étaient les éléments de base de la matière, et qu’ils s’assemblaient de manière complexe et mystérieuse. Selon cette théorie qui remonte à l’époque de la Grèce antique, toutes les choses seraient constituées d’un ou de plusieurs de ces éléments. Par exemple, un animal serait un mélange d’air, d’eau, de feu et de terre. En effet, l’animal serait constitué d’air et d’eau puisqu’il en a besoin pour vivre. Sa température, relativement élevée, indiquerait la présence d’un feu brûlant à l’intérieur de son corps. Il contiendrait aussi de la terre, car la nourriture qu’il mange vient de celle-ci. Cette théorie paraît aujourd’hui farfelue, mais elle était très répandue chez les savants et les penseurs de l’Antiquité, et on y a cru pendant des siècles.

6

L’univers matériel

Le feu, l’eau, l’air et la terre ont longtemps été considérés comme les éléments de base de la matière.

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Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.1

Nom :

Activités 1

Qu’est-ce qu’un atome ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Où trouve-t-on des atomes ?

3

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) Les atomes sont trop petits pour être visibles. b) Les atomes sont tous identiques. c) Tous les atomes d’oxygène sont identiques. d) Selon Dalton, il est impossible de couper un atome en deux. e) Seuls les solides et les liquides sont composés d’atomes. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

4

Pourquoi dit-on que l’atome est la plus petite particule de matière ?

5

Comment appelle-t-on un groupe d’atomes liés ensemble ?

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Chapitre 1 • L’organisation de la matière

7

L’univers matériel 1.1

Nom :

8

Groupe :

Date :

6

Démocrite et Dalton avaient une conception semblable de la matière. Ils croyaient tous deux que la matière est composée d’atomes. Comment Dalton a-t-il exploité l’idée de Démocrite ?

7

Associez chacun des énoncés suivants à la caractéristique correspondante du modèle atomique de Dalton. a) L’oxygène contenu dans un ballon et une tige de cuivre sont composés d’atome différents.

1) Des atomes peuvent se réunir pour former des molécules.

b) On trouve des atomes dans les solides, les liquides et les gaz.

2) Les atomes sont indivisibles.

c) Dans une feuille d’aluminium, tous les atomes sont identiques.

3) Les atomes sont trop petits pour être visibles.

d) On fait réagir l’hydrogène avec l’oxygène pour former de l’eau.

4) Des atomes d’éléments différents ont des masses et des propriétés différentes.

e) Un atome de carbone ne peut pas se couper en deux.

5) Des atomes d’un même élément sont identiques entre eux.

f) Il est impossible de distinguer les atomes sur un ruban de magnésium.

6) La matière, quelle que soit son état, est constituée d’atomes.

8

Les atomes peuvent être comparés aux blocs d’un jeu de construction. En quoi les atomes et les blocs de construction se ressemblent-ils ?

9

Le mot « atome » vient du mot grec atomos qui signie : « que l’on ne peut diviser ou couper ». Cette dénition de l’atome n’est pas tout à fait exacte. Expliquez pourquoi.

L’univers matériel

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10

Groupe :

Date :

Des atomes différents ont des propriétés différentes. Indiquez au moins une propriété pour chacun des éléments suivants. a) Oxygène : b) Hydrogène : c) Fer : d) Hélium : e) Mercure : f) Soufre : g) Or :

Les éléments et le tableau périodique des éléments

Toute la matière présente dans l’Univers est constituée d’atomes. Ceux-ci sont comparables aux blocs d’un jeu de construction : ils ne sont pas identiques, ils ont des tailles et des propriétés diérentes. On dénombre un peu plus d’une centaine d’atomes distincts que l’on nomme éléments. Ils sont classés dans le tableau périodique des éléments. Le mot « élément » désigne non seulement les atomes groupés dans le tableau périodique, mais aussi des substances formées d’un seul type d’atome. Par exemple, un morceau de fer pur (Fe), qui contient uniquement des atomes de fer, est considéré comme un élément (voir la gure 6, à la page suivante). Une molécule peut elle aussi être considérée comme un élément si elle ne contient qu’un seul type d’atome. Par exemple, l’azote (N2) et l’oxygène (O2), les deux principaux gaz présents dans l’air que nous respirons, sont des éléments, car leurs molécules sont constituées d’atomes identiques (voir la gure 7, à la page suivante). L’eau (H2O), par contre, est constituée de deux types d’atomes diérents : l’hydrogène (H) et l’oxygène (O), liés entre eux pour former des molécules. L’eau n’est donc pas un élément. La plupart des substances, telles que le gaz carbonique (CO2), le sel (NaCl), Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Définitions

1.2

Un élément est une substance pure cons­ tituée d’un seul type d’atome. On nomme aussi « élément » les dif­ férents types d’atomes représentés dans le tableau périodique des éléments. Le tableau pério­

dique des éléments groupe et classie tous les éléments présents dans l’Univers. Il four­ nit des indications sur chacun d’entre eux : le nom de l’élément, le symbole chimique, la masse atomique relative, le nombre atomique, etc.

Chapitre 1 • L’organisation de la matière

9

L’univers matériel 1.2

Nom :

Nom :

Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.2

le plastique et l’essence, sont formées de molécules ou de mélanges de molécules diérentes. Ces substances ne sont donc pas des éléments.

Oxygène (O2)

Figure 6 Un atome de fer et un morceau de fer pur. Ils sont tous deux considérés comme des éléments parce que tous leurs atomes sont identiques.

Figure 7 Une molécule d’oxygène et le gaz contenu dans une bonbonne d’oxygène. Ils sont tous deux considérés comme des éléments parce que tous leurs atomes sont identiques.

Le tableau périodique des éléments Tous les éléments qui composent l’Univers sont groupés dans le tableau périodique des éléments (voir le tableau 2, à la page 13). Chacun d’entre eux y occupe une case. Ils sont classés par ordre croissant de nombre atomique. Sauf quelques exceptions, les éléments sont aussi rangés par ordre croissant de masse atomique. En plus de classer les éléments selon un ordre logique, le tableau périodique donne habituellement pour chacun d’eux les indications suivantes : le nombre atomique, la masse atomique relative, le nom de l’élément et le symbole chimique.

Le nombre atomique C’est le numéro de l’atome. Il sert, entre autres, à sa classication.

La masse atomique relative Les atomes sont beaucoup trop petits et légers pour qu’il soit possible de mesurer leur masse en grammes. Ainsi, l’atome d’uranium, qui est l’atome naturel le plus massif, a une masse de 4 × 10−22 g, soit 0,000 000 000 000 000 000 000 4 g. An de simplier l’expression de la masse atomique et les calculs qui s’y rapportent, on compare entre elles les masses des atomes. 10

L’univers matériel

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.2

C’est ce qu’on appelle la « masse atomique relative ». On compare les diérents atomes à celui de l’hydrogène, dont la masse est de 1. Il en résulte que la masse de l’atome d’oxygène (masse atomique : 16) et celle de l’atome d’uranium (masse atomique : 238) sont respectivement 16 fois et 238 fois plus grandes que celle de l’hydrogène (voir la gure 8). On utilise parfois l’« unité de masse atomique » (uma) pour indiquer la masse des atomes. Par exemple, la masse de l’uranium est de 238 uma.

Figure 8 La masse atomique relative. Celle de l’atome d’oxygène (O) est de 16. Cela signie qu’un atome d’oxygène est 16 fois plus massif qu’un atome d’hydrogène (H).

Le nom de l’élément Les noms des différents éléments ont des origines diverses. Par exemple, certains éléments découverts dans un passé assez récent ont été nommés en l’honneur d’un scientifique. C’est le cas de l’einsteinium (Es), qui rend hommage au physicien Albert Einstein (1819-1955). Le nom d’autres éléments évoque des dieux grecs ou romains. C’est le cas de l’uranium (U), dont le nom est associé au dieu romain du ciel Uranus. Le nom d’un élément peut aussi se rapporter au lieu de sa découverte ou de sa production, comme le californium (Cf), découvert en Californie. Parfois, ce sont les propriétés d’une substance qui lui ont valu son nom. Par exemple, le mot hydrogène vient des mots grecs hydro et gène, et signie « qui engendre de l’eau », parce que l’hydrogène produit de l’eau en brûlant.

Le symbole chimique Chaque élément est représenté par un symbole chimique. Celui-ci est formé d’une lettre majuscule qui est parfois accompagnée d’une lettre minuscule. Les symboles chimiques sont souvent des abréviations du nom latin des éléments qu’ils représentent (voir le tableau 1, à la page suivante). Les symboles chimiques servent à désigner les éléments qui composent une molécule. Par exemple, la molécule d’eau peut Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 1 • L’organisation de la matière

11

L’univers matériel 1.2

Nom :

Groupe :

Cu Cobre Espagnol

Cu Cuivre Français

Date :

être représentée par la formule chimique H2O, qui nous indique qu’elle contient des atomes d’hydrogène (H) et d’oxygène (O). Alors que les noms des éléments peuvent changer d’une langue à l’autre, les symboles chimiques restent toujours les mêmes (voir la gure 9). Cela facilite la communication entre les chimistes du monde entier. Ainsi, le fer, qui se dit iron en anglais, eisen en allemand, hierro en espagnol et ferro en italien, a le même symbole (Fe) dans toutes les langues. Tableau 1 Quelques éléments et leur symbole chimique Élément

Symbole chimique

Nom latin

Fe

Ferrum

Cu

Cupreum

Au

Aurum

C

Carbo

Sb

Stibium

Cu Copper Fer Anglais

Cu Cupreum

Cuivre

Latin

Figure 9 Le cuivre dans différentes langues. Quelle que soit la langue, les éléments conservent le même symbole chimique.

Or

Carbone

Antimoine

La couleur de la case Un tableau périodique en couleur fournit des renseignements additionnels sur l’état de l’élément à la température ambiante (25 °C). La couleur de la case indique ainsi si tel ou tel élément est solide, liquide ou gazeux. Une couleur diérente est attribuée aux éléments synthétiques, c’est-à-dire à ceux qu’on ne trouve pas dans la nature parce qu’ils ont été fabriqués par l’être humain. 12

L’univers matériel

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1

23

24

25

26

27

28

29

30

13

22

Bore 11

Béryllium 9

Lithium 7

5

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Scandium 45

39

Calcium 40

Potassium 39

Yttrium 89

57–71

Strontium 88

Rubidium 85

40

Radium 226

Francium 223

105

Thorium 232

Actinium 227

91

90

Th

89

Ac

Praséodyme 141

Cérium 140

Lanthane 139

59

Chapitre 1 • L’organisation de la matière Protactinium 231

Pa

Pr

58

Ce

57

Dubnium 268

Db

Rutherfordium 267

Rf

Tantale 181

Ta

73

Nobium 93

Nb

41

Vanadium 51

V

Uranium 238

U

92

Néodyme 144

Nd

60

Seaborgium 271

Sg

106

Tungstène 184

W

74

Molybdène 96

Mo

42

Chrome 52

Cr

Neptunium 237

Np

93

Prométhium 145

Pm

61

Bohrium 272

Bh

107

Rhénium 186

Re

75

Technétium 98

Tc

43

Manganèse 55

Mn

Plutonium 244

Pu

94

Samarium 150

Sm

62

Hassium 270

Hs

108

Osmium 190

Os

76

Ruthénium 101

Ru

44

Fer 56

Fe

Ds

110

Platine 195

Pt

78

Palladium 106

Pd

46

Nickel 59

Ni

Rg

111

Or 197

Au

79

Argent 108

Ag

47

Cuivre 64

Cu

Cn

112

Mercure 201

Hg

80

Cadmium 112

Cd

48

Zinc 65

Zn

Américium 243

Am

95

Europium 152

Eu

63

Curium 247

Cm

96

Gadolinium 157

Gd

64

Berkélium 243

Bk

97

Terbium 159

Tb

65

Californium 251

Cf

98

Dysprosium 163

Dy

66

Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium 276 281 280 285

Mt

109

Iridium 192

Ir

77

Rhodium 103

Rh

45

Cobalt 59

Co

Uuq

114

Plomb 207

Pb

82

Étain 119

Sn

50

Germanium 73

Ge

32

Silicium 28

Si

14

Carbone 12

7

Uup

115

Bismuth 209

Bi

83

Antimoine 122

Sb

51

Arsenic 75

As

33

Phosphore 31

P

15

Azote 14

N

8

Uuh

116

Polonium 209

Po

84

Tellure 128

Te

52

Sélénium 79

Se

34

Soufre 32

S

16

Oxygène 16

O

Einsteinium 254

Es

99

Holmium 165

Ho

67

Fermium 257

Fm

100

Erbium 167

Er

68

70

Nobélium 259

No

102

Ytterbium 173

Yb

9

Lawrencium 260

Lr

103

Lutécium 175

Lu

71

Astate 210

At

85

Iode 127

I

53

Brome 80

Br

35

Chlore 35

Cl

17

Fluor 19

F

2

Ununoctium 294

Uuo

118

Radon 222

Rn

86

Xénon 131

Xe

54

Krypton 84

Kr

36

Argon 40

Ar

18

Néon 20

Ne

10

Hélium 4

He

L’univers matériel 1.2

Mendélévium 258

Md

101

Thulium 169

Tm

69

Ununtrium Ununquadium Ununpentium Ununhexium 284 289 288 293

Uut

113

Thallium 204

Tl

81

Indium 115

In

49

Gallium 70

Ga

6

C

Élément liquide

Élément synthétique

Groupe :

La

89–103

104

88

Ra

87

Fr

Hafnium 178

Baryum 137

Césium 133

72

Hf

56

Ba

55

Zirconium 91

Zr

Cs

Y

38

Sr

37

Rb

Titane 48

Ti

31

Sc

20

Ca

19

K

Aluminum 27

Magnésium 24

Sodium 23

Al

12

Mg

11

Na

B

4

Be

3

21

Masse atomique

Élément gazeux

Li

Hydrogène 1

H

Nom de l’élément

Symbole chimique

H Hydrogène 1

Numéro atomique

1

Élément solide

Tableau 2 Le tableau périodique des éléments

Nom : Date :

13

L’univers matériel 1.2

Nom :

Groupe :

Date :

Le tableau périodique peut contenir des indications supplémentaires sur la taille ou les points de fusion et d’ébullition des éléments. Notons que la disposition de ces diverses indications dans les cases peut varier d’un tableau périodique à l’autre. Il est donc important de toujours se reporter à la légende lorsqu’on consulte un tableau périodique.

Flash

histoire

Dimitri Ivanovitch Mendeleïev

Le chimiste russe Dimitri Ivanovitch Mendeleïev a été l’un des premiers à s’intéresser à la classication des éléments. Il a remarqué que les propriétés de ces derniers reviennent périodiquement avec l’augmentation de la masse atomique. Par exemple, le sodium (Na), le potassium (K), le rubidium (Rb) et le césium (Cs) ont des propriétés très semblables, bien que les masses atomiques de ces éléments soient assez éloignées les unes des autres. C’est cette « périodicité » qui a donné son nom au tableau « périodique ». Se fondant sur les résultats de ses travaux, Mendeleïev a conclu qu’il était possible de prévoir les propriétés d’éléments non encore découverts. Le 101e élément, le mendélévium (Md), synthétisé en 1955, a été nommé en son honneur.

Dimitri Ivanovitch Mendeleïev (1834-1907).

Activités 1

Qu’est-ce qu’un élément ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) Le tableau périodique classe les éléments selon leur état. b) Le nombre atomique du fer est 56. c) Le symbole chimique du fer est FE. d) Le numéro atomique du cuivre est 29. e) On mesure la masse des atomes en grammes.

14

L’univers matériel

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.2

Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

3

Quelle est l’utilité du tableau périodique ?

4

Indiquez le symbole chimique de chacun des éléments suivants :

5

a) Hélium

b) Sodium

c) Fluor

d) Potassium

e) Hydrogène

f) Tungstène

Indiquez le nom de chacun des éléments suivants : a) Li

b) B

c) Ar

d) Cr

e) Am

f) Cs

6

Classez les éléments suivants par ordre croissant de nombre atomique : Ag, As, O, C, I, Al, Na.

7

Classez les éléments suivants par ordre croissant de masse atomique : N, H, Au, Ne, Te, K, Fe.

8

L’eau (H2O) est-elle un élément ? Justiez votre réponse.

9

Le gaz hydrogène (H2) est-il un élément ? Justiez votre réponse.

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Chapitre 1 • L’organisation de la matière

15

L’univers matériel 1.2

Nom :

10

Groupe :

Date :

Indiquez si les éléments gurant dans le tableau suivant se trouvent à l’état solide, liquide ou gazeux à la température ambiante (25° C). Indiquez aussi ceux qui sont synthétiques (fabriqués par les humains). Éléments

Solide

Liquide

Gazeux

Synthétique

Lithium Azote Plutonium Oxygène Mercure Titane Carbone Brome Technétium Chlore

11

Pourquoi utilise-t-on différentes couleurs dans les cases du tableau périodique ?

12

Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de masse atomique. Il y a toutefois quelques exceptions. Trouvez deux de ces exceptions, c’est-à-dire deux couples d’éléments qui sont classés par ordre décroissant de masse atomique.

13 Dessinez sur les plateaux de droite le nombre approprié d’atomes de l’élément spécié de façon à équilibrer les balances. a) Équilibrez la balance avec des atomes d’hydrogène.

b) Équilibrez la balance avec des atomes de bore.

16

L’univers matériel

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Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.2

Nom :

c) Équilibrez la balance avec des atomes d’hydrogène.

d) Équilibrez la balance avec des atomes d’oxygène.

e) Équilibrez la balance avec des atomes de titane.

14

Complétez le tableau suivant à l’aide du tableau périodique. Symbole chimique

Nom de l’élément

Nombre atomique

Masse atomique

Hydrogène 4 6 N Sodium 75 I 79 Hg

15 Il est important d’utiliser adéquatement les lettres majuscules et minuscules dans les symboles chimiques. Illustrez cette afrmation en expliquant la différence entre « CO » et « Co ». CO :

Co :

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Chapitre 1 • L’organisation de la matière

17

16

Groupe :

Une molécule est un assemblage d’au moins deux atomes identiques ou différents, unis par des liens chimiques.

2 atomes d’oxygène 1 atome de cabone

Figure 10 La formule chimique du gaz carbonique est CO2.

18

Date :

D’après vous, quel avantage y a-t-il à utiliser les mêmes symboles chimiques quelle que soit la langue que l’on parle ?

1.3 Définition

L’univers matériel 1.3

Nom :

L’univers matériel

Les molécules

La plupart des objets qui nous entourent sont formés de substances qui ne se trouvent pas dans le tableau périodique des éléments. En eet, il n’existe pas d’atomes de sucre, de plastique ou d’eau. Ces substances sont en fait constituées de molécules, c’est-à-dire d’atomes unis par des liens chimiques. On appelle les substances formées de molécules des « composés ». Une molécule est habituellement désignée par sa formule chimique. Cette dernière s’écrit avec les lettres représentant les symboles chimiques des éléments présents dans la molécule. Les nombres inscrits en indice (en bas, à la droite des éléments) indiquent combien d’atomes de chaque élément sont contenus dans la molécule. Si aucun nombre n’apparaît en indice, il n’y a qu’un seul atome de ce type dans la molécule (voir la gure 10). Les molécules peuvent être formées seulement de deux atomes. Parfois, ces atomes sont de la même sorte, comme dans l’oxygène (O2) que nous respirons. Le plus souvent, les molécules renferment plus d’un type d’élément. L’eau (H2O), par exemple, contient de l’hydrogène (H) et de l’oxygène (O). Les molécules peuvent contenir un grand nombre d’atomes. Ainsi, la vitamine A (C20H30O), présente dans les carottes, est un assemblage de 51 atomes (voir le tableau 3, à la page suivante).

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Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.3

Nom :

Tableau 3 Quelques molécules communes Formule chimique

Nom de la molécule

Description

N2

Azote

Gaz qui représente près de 80 % de l’air.

H2O

Eau

Eau.

O2

Oxygène

Gaz présent dans l’air qui est essentiel à la respiration des êtres vivants.

NH3

Ammoniac

Ingrédient présent dans les nettoyants pour vitres.

CO2

Dioxyde de carbone

Gaz carbonique, rejeté entre autres par les voitures.

C3H8

Propane

Gaz inammable utilisé dans les barbecues.

C6H12O6

Glucose

Sucre.

NaCl

Chlorure de sodium

Sel de table.

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Représentation

Chapitre 1 • L’organisation de la matière

19

L’univers matériel 1.3

Nom :

Groupe :

Date :

Des propriétés différentes En se combinant pour former des molécules, les éléments perdent leurs propriétés initiales pour en acquérir de nouvelles. Ainsi, l’hydrogène, dans sa forme élémentaire (H2), est un gaz explosif alors que l’oxygène (O2) est un gaz nécessaire à la respiration. Lorsque des liens chimiques les unissent, ces deux éléments forment des molécules d’eau (H 2O), qui ne sont ni explosives ni bonnes à respirer (voir la gure 11).

Figure 11 L’eau, un composé. Les propriétés de l’eau (H 2O) diffèrent de celles de l’hydro­ gène (H2) et de l’oxygène (O2).

Les propriétés du composé dièrent donc de celles des éléments qui le constituent.

Diviser des molécules Contrairement aux atomes, les molécules sont divisibles. Il est possible de séparer les atomes qui forment les molécules en brisant les liens chimiques qui les unissent. C’est ce qui se passe lorsqu’on fait circuler un courant électrique dans de l’eau. Ce procédé s’appelle « l’électrolyse de l’eau ». Dans l’électrolyse, des bulles de gaz se forment à la surface des deux électrodes. Ces gaz sont l’hydrogène (H 2) et l’oxygène (O 2). Ils sont constitués des atomes d’hydrogène et d’oxygène présents dans les molécules d’eau (H 2O) (voir la figure 12).

Flash

histoire

Électrodes Source du courant électrique

Figure 12 L’électrolyse de l’eau. Au cours de ce processus, les gaz hydrogène et oxygène sont libérés.

L’ADN : toute une molécule !

En 1953, les physiciens James Watson et Francis Crick ont découvert la structure d’une molécule d’ADN (sigle de l’acide désoxyribonucléique) à la suite d’études faites au moyen des rayons X. La molécule d’ADN est essentielle à la vie et est présente dans la plupart des cellules des êtres vivants. Elle contient les informations génétiques propres à chaque individu. C’est la plus grosse molécule que l’on connaisse. Une seule molécule d’ADN compte plusieurs milliards d’atomes. Une fois dépliée, elle prend la forme d’une spirale constituée d’une double hélice, et sa longueur peut atteindre un mètre !

20

L’univers matériel

Une courte section d’une molécule d’ADN.

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Groupe :

Date :

L’univers matériel 1.3

Nom :

Activités 1

Qu’est-ce qu’une molécule ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) L’oxygène (O2) est une molécule. b) Les molécules sont toujours constituées d’au moins deux atomes. c) Les molécules sont toujours constituées d’atomes différents. d) Une molécule peut être divisée. e) Une molécule possède les mêmes propriétés que les éléments qui la composent. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

3

4

Donnez la formule chimique des quatre molécules suivantes. a) Oxygène :

b) Eau :

c) Gaz carbonique :

d) Sel de table :

Indiquez les noms des éléments qui composent les molécules suivantes ainsi que le nombre d’atomes de chaque élément. a) H2O

b) NaCl

c) C3H8

d) Fe2O3

e) MgCl2

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Chapitre 1 • L’organisation de la matière

21

L’univers matériel 1.3

Nom :

Groupe :

Date :

5

L’hydrogène et l’oxygène sont des gaz qui ont des propriétés différentes. Qu’arrive-t-il à ces propriétés lorsque l’hydrogène et l’oxygène sont combinés chimiquement pour donner de l’eau ?

6

Quelle molécule obtiendra-t-on si on combine les atomes suivants ? Donnez la formule chimique de la molécule. a) 1 atome d’azote et 3 atomes d’hydrogène b) 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène c) 2 atomes de chlore d) 4 atomes de carbone et 10 atomes d’hydrogène e) 2 atomes d’hydrogène et 2 atomes d’oxygène f) 6 atomes de carbone, 12 atomes d’hydrogène et 6 atomes d’oxygène

7

Le sodium (Na) et le chlore (Cl2) sont deux éléments dangereux. Le sodium est un métal qui s’enamme au contact de l’eau alors que le chlore est un gaz irritant et toxique. Lorsque ces deux éléments s’unissent, ils forment un composé : le chlorure de sodium (NaCl), qu’on appelle aussi le sel de table. Étant donné que le sel est composé de deux éléments dangereux, est-il risqué d’en mettre sur nos aliments ? Justiez votre réponse.

22

L’univers matériel

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Groupe :

Pour faire 1

Date :

L’univers matériel

Nom :

le

point

Indiquez si les substances suivantes sont des composés ou des éléments. a) L’eau

b) L’oxygène

c) CH4

d) Na

e) Le sel de table

f) H2O

g) Le sucre

h) L’argon

i) Pb

j) Le propane

2

Expliquez pourquoi l’eau ne gure pas dans le tableau périodique des éléments.

3

Pour chacun des énoncés suivants, indiquez si on a affaire à un atome ou à une molécule. a) Je suis indivisible. b) On me nomme aussi « élément ». c) Je contiens au moins deux éléments. d) Je suis divisible. e) Je gure dans le tableau périodique des éléments. f) On me nomme aussi « composé ». g) Les êtres vivants respirent de l’oxygène. h) Un clou est constitué de fer. i) Je suis composée d’atomes.

4

Complétez les phrases suivantes. Une molécule est un assemblage d’au moins deux d’une seule sorte d’atome, on l’appelle présents, la molécule est un

. Si une

est formée

. Si au moins deux sortes d’atomes sont . Le mot

est utilisé pour désigner un type

d’atome particulier.

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Chapitre 1 • L’organisation de la matière

23

L’univers matériel

Nom :

5

Groupe :

Indiquez sous chacune des illustrations s’il s’agit d’un élément ou d’un composé.

a) 6

Date :

b)

c)

d)

e)

À partir de la masse atomique des différents atomes, calculez la masse des molécules suivantes. a) H2O

b) CO2

c) N2

d) CH4

e) C6H12O6 7

24

À la température ambiante, l’hydrogène et l’oxygène sont tous deux à l’état gazeux. Pourtant, lorsqu’ils se combinent pour former de l’eau, celle-ci se présente habituellement à l’état liquide. Pourquoi la molécule d’eau ne se présente-t-elle pas sous le même état que les éléments qui la composent ?

L’univers matériel

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Chapitre 2 Les transformations de la matière Au l des saisons, nous voyons le paysage se transformer. Les feuilles des arbres changent de couleur, la neige fond et se transforme en ruisseaux. Si le monde qui nous entoure semble changer constamment, c’est en partie parce que la matière elle-même change et se transforme. L’être humain est l’initiateur de plusieurs changements de la matière. Il est capable de transformer à peu près tout ce que l’on trouve dans la nature an de satisfaire ses besoins. Ainsi, la plupart des objets que nous utilisons sont le résultat de plusieurs transformations. Par exemple, l’être humain extrait la bauxite du sol (voir la photo ci-dessous) pour la transformer en aluminium et fabriquer ensuite des canettes de jus ou de boissons gazeuses, par exemple. Dans ce chapitre, vous aurez l’occasion de découvrir deux types de transformation de la matière : les transformations physiques et les transformations chimiques. Vous verrez que ces changements obéissent à la loi de la conservation de la matière. Vous vous familiariserez également avec différentes techniques de séparation de mélanges.

25

Nom :

Groupe :

L’univers matériel 2.1

2.1

Date :

Les changements physiques et chimiques

Tous les jours, on observe des transformations de la matière ou on utilise des objets ou des substances qui ont subi des transformations. On constate que certaines de ces transformations sont profondes et irréversibles. On peut penser, notamment, à un fruit qui pourrit, à une vieille automobile qui rouille ou à un immeuble rasé par un incendie. D’autres transformations sont plus supercielles : elles ne changent pas la nature des substances, comme l’eau d’un lac qui gèle, par exemple, ou le bois qu’on coupe. On distingue deux types de transformations : les changements physiques et les changements chimiques. Pour comprendre ces deux types de changements, il faut pénétrer au cœur de la matière.

Les changements physiques

H2O (solide)

H2O (liquide)

Définition

Lorsque la nature de la substance demeure la même pendant une transformation, on a aaire à un changement physique (voir le tableau 4, à la page suivante). Le fait que la nature de la subs­ tance demeure inchangée signie que la substance est composée des mêmes molécules avant et après la transformation. Un verre qu’on échappe et qui se brise en morceaux reste du verre. De l’eau qui gèle ou de la glace qui fond reste de l’eau (voir la gure 13).

Un changement physique est une transformation qui ne change pas la nature d’une substance. Les mêmes molécules sont présentes avant et après la transformation.

Des propriétés généralement conservées

Figure 13 Un changement physique. Les molécules d’eau (H2O) sont les mêmes, que l’eau soit à l’état solide (glace) ou à l’état liquide.

26

L’univers matériel

Puisqu’une substance reste la même pendant un changement physique, elle conserve certaines de ses propriétés caractéris­ tiques. Une propriété caractéristique est toujours la même pour une substance donnée. Elle permet généralement d’identier celle­ci. Par exemple, un morceau de fer est toujours conducteur d’électricité, quelle que soit la forme qu’on lui donne. Même si on le coupe en deux, le point de fusion du fer reste inchangé. Par contre, les changements d’état et les mélanges peuvent modi­ er certaines propriétés caractéristiques d’une substance. Ainsi, Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Nom :

Groupe :

Quelques exemples de changements physiques

Changements physiques

L’univers matériel 2.1

Tableau 4

Date :

Exemples • Redresser un clou plié. • Casser les vitres d’une fenêtre. • Découper du papier.

Changements de forme • Mélanger du sel et de l’eau. • Séparer l’eau du sel par évaporation.

Mélanges ou séparation de mélanges • La condensation de l’eau. • Faire fondre du plomb.

Changements d’état

la masse volumique d’une substance est plus élevée à l’état solide qu’à l’état liquide (à l’exception de l’eau et de quelques autres substances). De plus, l’eau devient un excellent conducteur d’électricité si elle est mélangée à du sel, alors que, à l’état pur, elle est peu conductrice.

Des changements généralement réversibles Les changements physiques sont généralement réversibles. Il est souvent possible de revenir en arrière après un changement physique et de rétablir la substance dans l’état où elle était avant la transformation. Les changements d’état, par exemple, sont tous réversibles. Ainsi, si on abaisse susamment sa température, l’eau passe à l’état solide. On peut par la suite la ramener à l’état liquide si on fait passer sa température au-dessus du point de fusion. Il en va de même avec plusieurs autres substances. Un mélange est aussi une transformation réversible parce qu’il est toujours possible de séparer les substances qui ont été mélangées. Par exemple, un mélange d’eau et de sel peut être séparé par évaporation de l’eau, comme nous le verrons à la section 2.4. Les changements physiques peuvent aussi être irréversibles. C’est le cas lorsque la substance change de forme. Par exemple, lorsque l’on coupe ou brise une brique en morceaux, il est impossible de rétablir sa forme d’origine. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 2 • Les transformations de la matière

27

Nom :

Groupe :

Date :

L’univers matériel 2.1

Les changements chimiques Lorsqu’une transformation modie la nature d’une substance, on parle alors de changement chimique. Les molécules présentes après la transformation ne sont pas les mêmes qu’avant la transformation. Les atomes qui formaient ces molécules ont brisé les liens qui les unissaient, puis se sont combinés ensemble de façon diérente. Ainsi, après un changement chimique, la substance obtenue n’est plus la même que la substance d’origine. Elle ne possède plus les mêmes propriétés caractéristiques.

Définition

Figure 14 Un changement chimique. Un feu de bois transforme le bois et l’oxygène de l’air en cendres et en fumée (gaz carbonique et vapeur d’eau).

La combustion est un exemple de transformation chimique. Pendant une combustion, une substance combustible, habituellement à base de carbone, se transforme en gaz, libérant une certaine quantité d’énergie. Un feu de bois est un exemple de combustion (voir la gure 14). Les cendres et la fumée ont des propriétés diérentes de celles du bois et de l’oxygène. Les propriétés caractéristiques de la substance ont donc complètement changé. La gure 15 illustre la transformation des molécules pendant la combustion du méthane, un des constituants du gaz naturel.

Un changement chimique est une transformation qui modie la nature d’une substance. La transformation a pour effet de créer des molécules différentes possédant d’autres propriétés.

CH4

+

2 O2

CO2

+

2 H2O

Figure 15 Une transformation de molécules. La combustion du méthane (CH4) combiné à l’oxygène (O2) transforme ces gaz en gaz carbonique (CO2) et en vapeur d’eau (H2O). Des molécules différentes se sont formées avec les mêmes atomes.

28

L’univers matériel

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Changements chimiques

Exemples

Combustion

L’univers matériel 2.1

Tableau 5 Quelques exemples de changements chimiques Descriptions Un combustible brûle en présence d’oxygène. Il y a libération d’énergie sous forme de chaleur et de lumière. La combustion d’une allumette Corrosion

Un métal se dégrade à la suite d’un contact prolongé avec l’oxygène. La formation de rouille

Polymérisation

Des molécules identiques sont attachées les unes aux autres pour former de très longues chaînes appelées « polymères ». La fabrication du plastique

Synthèse

La fabrication d’une molécule en laboratoire. La synthèse est très utilisée dans l’industrie pharmaceutique. La fabrication de médicaments

Différents types de changements chimiques Les possibilités de transformations chimiques de la matière sont pratiquement innies. Le tableau 5 présente quelques exemples de changements chimiques.

Des changements généralement irréversibles Les changements chimiques sont souvent irréversibles. Dans bon nombre de cas, il n’est pas possible de revenir en arrière et de rétablir les molécules telles qu’elles étaient à l’origine. Lors de la combustion du méthane, il est impossible de prendre la vapeur d’eau et le gaz carbonique qui ont été produits pour les transformer à nouveau en méthane et en oxygène. Pas plus qu’il n’est possible de refaire une bûche de bois avec la fumée et les cendres. Il existe toutefois certains types de réactions chimiques réversibles. Ces réactions ne seront cependant pas étudiées ici.

Des indices de changements chimiques Comme les molécules ne sont pas observables parce que trop petites, il faut d’autres indices pour déterminer s’il y a changement chimique. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 2 • Les transformations de la matière

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L’univers matériel 2.1

Tableau 6 Les principaux indices de changements chimiques Indices

Exemples (en gras, l’exemple illustré)

Changement de couleur

• • • •

Dégagement de gaz ou effervescence (production de gaz dans un liquide)

• Une pastille antiacide produit des bulles de gaz dans l’eau. • Des bulles apparaissent à la surface d’un métal plongé dans l’acide. • Un feu dégage de la fumée.

Dégagement ou absorption de chaleur

• La cuisson des aliments demande (absorbe) de la chaleur. • Le compost dégage de la chaleur durant sa décomposition. • Un feu dégage de la chaleur.

Émission de lumière

• Une luciole brille dans le noir par l’effet d’une réaction chimique. • Le magnésium émet une lumière vive en brûlant. • Un feu émet de la lumière.

Formation d’un précipité

• Une substance solide résulte du mélange de deux solutions liquides.

Le papier tournesol tourne au bleu au contact d’une base. Le fer qui rouille devient rouge-orangé. Une pomme coupée en deux brunit après quelques minutes. Le bois noircit en brûlant.

Le tableau 6 présente les principaux indices permettant de reconnaître un changement chimique. Il faut noter que ces indices ne nous assurent pas que l’on a aaire à un changement chimique. La production de gaz, le dégagement de chaleur ou même l’émission de lumière peuvent être dus à des changements physiques. Toutefois, les échanges de chaleur dans les changements chimiques sont généralement plus considérables que dans les changements physiques.

Les changements chimiques chez les êtres vivants Les êtres vivants sont le siège de très nombreuses transformations chimiques. Par exemple, tous les êtres vivants respirent. La respiration est une transformation très proche de la combustion, par laquelle nous allons chercher l’énergie contenue dans notre nourriture à l’aide de l’oxygène présent dans l’air. Les végétaux 30

L’univers matériel

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L’univers matériel 2.1

font aussi la photosynthèse, un processus qui leur permet de produire le sucre et l’oxygène qui seront utilisés par la suite dans la respiration. Les animaux, de leur côté, digèrent les aliments qu’ils mangent. La digestion permet de dégrader la nourriture avant son absorption dans le tube digestif. De nombreuses molécules sont aussi synthétisées par les êtres vivants. Les changements chimiques chez les êtres vivants ne ressemblent pas tout à fait aux changements chimiques qui se produisent dans la matière inerte. La plupart de ces transformations sont facilitées par des enzymes. Les enzymes sont de très grosses molécules présentes chez les êtres vivants et qui jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement de l’organisme. Elles lui permettent de faire rapidement des changements chimiques qui, autrement, se feraient très dicilement. Les transformations chimiques qui ont lieu chez les êtres vivants se nomment « réactions biochimiques ».

Flash

info

La chimie dans la cuisine

La cuisine est un véritable laboratoire. De nombreuses transformations se produisent au cours de la préparation d’un repas. Bien sûr, le mélange des différents ingrédients constitue une transformation physique. Mais il y a aussi des transformations chimiques. La plupart des changements chimiques proviennent de la cuisson des aliments. Le noircissement des aliments lorsqu’on les fait griller et le blanchissement des blancs d’œufs durant la cuisson sont des indices de changements chimiques. De même, le gonement de la pâte durant la cuisson (pain, biscuits, pizza, etc.) s’explique par un dégagement de gaz dû à un changement chimique. Quand nous faisons la cuisine, Un changement chimique se produit lors de nous sommes un peu chimistes ! la cuisson d’un œuf.

Activités 1

Qu’est-ce qu’un changement physique ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Qu’est-ce qu’un changement chimique ? Donnez une dénition dans vos mots.

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

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L’univers matériel 2.1

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3

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Date :

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) Un changement physique conserve les mêmes molécules. b) Les changements d’état sont des changements chimiques. c) De nouveaux atomes se forment à la suite d’un changement chimique. d) Une production de gaz indique toujours un changement chimique. e) En général, une substance conserve ses propriétés à la suite d’un changement physique. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

4

Pour chacune des transformations suivantes, indiquez s’il s’agit d’un changement physique ou chimique. a) Une banane devient noire quand elle est trop mûre. b) On fait fondre un bijou en argent. c) On fabrique des planches avec un tronc d’arbre. d) On brûle des bûches dans un feu de camp. e) On fait bouillir de l’eau. f) On prépare une vinaigrette avec de l’huile et du vinaigre. g) Une plaque de cuivre change de couleur au contact d’un acide. h) Un jouet uorescent devient lumineux lorsqu’on brise la paroi qui sépare les deux liquides qu’il contient. i) On peut plier du verre si on le chauffe sufsamment. j) La digestion des aliments.

5

Parmi les transformations de la question 4, indiquez lesquelles sont réversibles et lesquelles sont irréversibles. • Transformations réversibles : • Transformations irréversibles :

6

32

Lorsqu’une chandelle brûle, un changement chimique se produit. Quels sont les indices de ce changement ?

L’univers matériel

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7

Groupe :

Date :

Pour chacune des transformations suivantes, donnez un exemple qui diffère de ceux qui ont été donnés jusqu’ici. a) Changement physique :

b) Changement chimique :

c) Transformation réversible :

d) Transformation irréversible :

8

Expliquez pourquoi la plupart des propriétés d’une substance sont conservées à la suite d’un changement physique.

9

Pour chacun des énoncés suivants, indiquez s’il s’agit d’un changement chimique ou d’un changement physique. Énoncés

Changement chimique

Changement physique

a) Transformation généralement réversible. b) Transformation généralement irréversible. c) La substance conserve certaines de ses propriétés. d) La substance perd ses propriétés. e) Changement qui implique beaucoup d’énergie (chaleur). f) Changement qui implique peu d’énergie.

10

a) Que signie l’énoncé : « Un changement physique ne change pas la nature de la substance » ?

b) Donnez un exemple de transformation dans laquelle la nature de la substance reste inchangée.

11

Expliquez l’énoncé suivant à l’aide d’un exemple : « Les changements chimiques modient les propriétés d’une substance. »

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

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L’univers matériel 2.1

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L’univers matériel 2.2

2.2

Date :

La conservation de la matière

Les changements physiques ou chimiques modient souvent de façon marquée l’apparence de la matière. Qu’on pense à un objet métallique qui rouille ou à un bonhomme de neige qui fond au printemps. Dans les changements subis par la matière, une chose essentielle demeure cependant inchangée : les atomes. Les atomes sont indivisibles et par conséquent indestructibles. (Les réactions nucléaires font exception.) Au cours d’une transformation physique ou chimique, les atomes restent les mêmes. Leur nombre ne change pas non plus. Ce sont là des faits qui se rattachent à la « loi de la conservation de la matière » (voir le tableau 7). Tableau 7 La loi de la conservation de la matière Aspect de la loi

Description

Conservation de la masse

La masse totale des substances présentes avant la transformation est égale à la masse totale de celles présentes après la transformation.

Conservation du nombre d’atomes

Le nombre d’atomes des différents éléments est le même avant et après une transformation.

Conservation de la nature des atomes

Un élément reste le même au cours d’une transformation.

La conservation de la masse La découverte de la loi de la conservation de la matière est due à Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), un chimiste français ayant vécu avant la découverte de l’atome par John Dalton. Lavoisier, qui utilisait toujours une balance dans ses expériences, remarqua que la masse des produits qu’il obtenait à la suite d’une transformation était toujours égale à la masse des substances présentes au début de l’expérience. La quantité de matière était donc conservée pendant la transformation. Lavoisier énonça alors la phrase célèbre : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » Figure 16 La conservation de la masse au cours d’un changement physique. La glace qui fond et l’eau qui résulte de la transformation ont la même masse.

34

L’univers matériel

Pour nous en convaincre, il sut de peser de la glace dans un récipient fermé et de peser l’eau obtenue une fois la glace fondue. La masse de la glace et celle de l’eau sont égales (voir la gure 16). Il en va de même avec les changements chimiques. Par exemple, si au cours du mélange de deux solutions liquides, il y a apparition d’un précipité solide, la balance conrme que la masse totale des Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

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L’univers matériel 2.2

deux liquides est égale à la masse totale du liquide et du solide obtenus (voir la gure 17). Les apparences peuvent cependant être trompeuses. En eet, si on pèse une feuille de papier, puis ses cendres après l’avoir brûlée, on constate que la masse des cendres est beaucoup plus petite que celle du papier. Une partie de la matière n’est pas disparue durant la transformation : elle s’est échappée en fumée. Si on veut constater aisément la conservation de la matière au cours d’un changement chimique, il vaut mieux s’intéresser aux transformations qui ne font pas intervenir des gaz.

La conservation des atomes À partir de l’existence des atomes ainsi que des caractéristiques des changements chimiques et physiques, on peut expliquer pourquoi il y a conservation de la masse au cours de ces transformations. La gure 18 illustre la combustion du méthane, vue à la section 2.1 (page 28). Attardons-nous aux atomes qui composent chacune des molécules présentes dans l’équation. On voit, à gauche de la èche, le méthane (CH4) et l’oxygène (O 2) servant à sa combustion. On compte au total, dans ces molécules, 1 atome de carbone (C), 4 atomes d’hydrogène (H) et 4 atomes d’oxygène (O).

Figure 17 La conservation de la masse au cours d’un changement chimique. La masse de la matière n’a pas changé au cours de cette transformation, malgré l’apparition d’un précipité solide (en jaune).

Au cours de la combustion, le méthane et l’oxygène se sont transformés en gaz carbonique (CO2) et en vapeur d’eau (H2O) (à droite de la èche). Combustion CH4

+

2 O2

Avant la transformation

CO2

+ 2 H2O

Après la transformation

Figure 18 La combustion du méthane. La nature et le nombre d’atomes sont les mêmes avant et après la combustion. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 2 • Les transformations de la matière

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Date :

L’univers matériel 2.2

Mais on retrouve dans ces nouvelles molécules les mêmes atomes qu’avant la transformation, et dans la même quantité, soit 1 atome de carbone (C), 4 atomes d’hydrogène (H) et 4 atomes d’oxygène (O). Ce sont les mêmes atomes, ils sont simplement liés entre eux de façon diérente. Puisque les atomes sont les mêmes avant et après la transformation, la masse ne change pas durant la transformation. Pour reprendre la comparaison avec le jeu de construction, c’est comme si on pesait une maison faite de blocs de construction, qu’on la démolissait et qu’on utilisait tous les blocs pour construire un vaisseau spatial. Si on le pèse, on constate que le vaisseau spatial a la même masse que la maison (voir la gure 19).

Figure 19 La conservation des atomes et de la masse. Les deux constructions, faites avec les mêmes blocs, ont la même masse.

Flash

histoire

L’alchimie

L’alchimie ré­ gnait en maître au Moyen Âge. À cette époque, la chimie, telle qu’on la connaît aujourd’hui, n’existait pas encore. Elle est née avec les travaux de Lavoisier, plusieurs siècles plus tard. Les alchimistes possédaient quelques notions de chimie et effectuaient des transformations dans leur laboratoire. Leur but ultime était de découvrir la « pierre philosophale », censée avoir la propriété de transformer des métaux vils comme le plomb et le fer en métaux nobles tels que l’or et l’argent. Pendant des siècles, les alchimistes ont en vain cherché cette pierre ou tenté de découvrir un moyen de changer les métaux en or. On sait aujourd’hui que ce genre de transformation est impossible.

36

L’univers matériel

Au cours d’une transformation, les atomes conservent à la fois leur nombre et leur nature. Autrement dit, un changement physique ou chimique ne peut pas avoir pour eet de transformer un élément en un autre. Seules les réactions nucléaires peuvent modier la nature d’un atome.

Un alchimiste dans son laboratoire. Les alchimistes cherchaient un moyen de transformer les métaux vils en argent ou en or.

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Groupe :

Date :

L’univers matériel 2.2

Nom :

Activités 1

Que signie l’expression « conservation de la matière » ? Donnez une explication dans vos mots.

2

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) La masse est conservée au cours d’un changement physique. b) La masse n’est pas conservée au cours d’un changement chimique. c) Les atomes sont conservés au cours d’un changement chimique. d) Les molécules sont conservées au cours d’un changement chimique. e) Un atome peut se transformer en un autre atome au cours d’un changement chimique. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

3

Comment peut-on expliquer la conservation de la masse au cours d’un changement chimique ou physique ?

4

Pierre congèle 50,00 g d’eau. Quelle masse de glace devrait-il obtenir ?

5

Alicia fait réagir 21,63 g de la substance A avec 17,89 g de la substance B pour produire une nouvelle substance C. Réaction : Substance A + Substance B → Substance C Quelle sera la masse de la substance C ?

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

37

L’univers matériel 2.2

Nom :

6

Groupe :

Date :

En faisant longtemps chauffer 80,00 g de la substance X, Murielle obtient deux nouvelles substances : Y et Z. Réaction : Substance X

Substance Y + Substance Z

Quelle masse de la substance Y Murielle a-t-elle recueillie si la transformation a produit 31,44 g de la substance Z ?

7

Véronique pèse 15,88 g de cuivre en poudre qu’elle fait ensuite chauffer dans un bol de céramique. Elle mélange le tout et, après quelques minutes, la poudre de cuivre rosée est devenue noire. Elle pèse de nouveau la poudre noire obtenue et constate que la masse de celle-ci est de 19,88 g. Comment la masse a-t-elle pu augmenter au cours de cette transformation ? Expliquez votre réponse.

8

Pasqual afrme qu’il peut peser la fumée produite en brûlant des feuilles mortes. Voici sa méthode : • Il pèse les feuilles mortes sur une balance. • Il fait brûler les feuilles mortes. • Il recueille les cendres et les pèse. • Il dit que la masse de la fumée est égale à la masse des feuilles mortes moins celle des cendres. Voici une description sommaire de la transformation liée à la combustion des feuilles mortes : Réaction : Feuilles mortes + Oxygène → Cendres + Fumée Est-ce que la méthode de Pasqual permet vraiment de connaître la masse de la fumée ? Expliquez votre réponse.

9

La transformation chimique suivante est-elle possible ? Expliquez pourquoi. 3 NH3 + 2 O2

38

L’univers matériel

4 CO2 + AlH9

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10

Groupe :

Date :

En vous inspirant de la loi de la conservation de la matière, dessinez le nombre exact de molécules de chaque sorte pour compléter les réactions suivantes. Pour vous aider, dénombrez les atomes de chaque élément avant et après la transformation. a) H2O(liquide)

? H2O(gaz)

b) 2 H2O

? H2

c) C3H8

+ 5 O2

d) 2 Na + Cl2

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+ ? O2

? CO2

+ ? H2O

? NaCl

Chapitre 2 • Les transformations de la matière

39

L’univers matériel 2.2

Nom :

Groupe :

Définition

2.3

Un mélange est une association de plusieurs substances.

Date :

Les mélanges et les solutions

À peu près tout ce qui nous entoure est composé de plusieurs substances. C’est le cas, par exemple, de l’air que nous respirons, du livre que nous lisons et de l’ampoule qui nous éclaire. Tous sont constitués de plusieurs substances : ce sont des mélanges (voir la gure 20). L’eau du robinet est principalement composée de molécules d’eau, mais elle contient aussi d’autres substances telles que des sels et des minéraux dissous (sodium, chlore, calcium, etc.). Il existe deux types de mélanges : les mélanges homogènes et les mélanges hétérogènes.

Les mélanges homogènes et hétérogènes On classe les mélanges selon qu’ils contiennent une ou plusieurs phases. On désigne par « phase » les diérentes parties qu’il est possible de distinguer dans le mélange. Une phase peut être so­ lide, liquide ou gazeuse. Le tableau 8, à la page suivante, présente quelques exemples de mélanges comportant une ou plusieurs phases.

A

B

Figure 20 Des mélanges autour de nous. A L’air que nous respirons et B l’eau que nous buvons sont des mélanges.

Un mélange comportant plusieurs phases est un mélange hétérogène (voir la gure 21A). Il est possible de distinguer les dié­ rents constituants de ce type de mélange. C’est le cas de la soupe aux légumes dans laquelle on voit clairement les légumes et le bouillon. Dans le cas d’un biscuit aux pépites de chocolat, on dis­ tingue les pépites et la pâte, qui constituent deux phases solides. A

B

Phase liquide (huile)

Définition

L’univers matériel 2.3

Nom :

40

Phases solides (herbes et épices)

Un mélange hétérogène est constitué de phases dont on peut distinguer les différents constituants.

L’univers matériel

Phase liquide (vinaigre)

Figure 21 Hétérogène ou homogène ? A Cette vinaigrette est un mélange hétérogène. On y distingue l’huile et le vinaigre, tous deux en phase liquide, ainsi que les différentes herbes et épices en phases solides. B Le chocolat est un mélange homogène. On ne peut distinguer ses constituants : le cacao, le sucre et le gras. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Nom :

Groupe :

Mélanges

Quelques exemples de mélanges Phases présentes

L’univers matériel 2.3

Tableau 8

Date :

Type de mélange

Soupe aux légumes

Liquide : bouillon Solide : légumes

Hétérogène

Biscuit aux pépites de chocolat

Solides : pépites de chocolat et pâte à biscuit

Hétérogène

Boisson gazeuse

Liquide : boisson sucrée Gazeuse : gaz carbonique (CO2)

Hétérogène

Jus d’orange

Liquide : jus Solide : pulpe

Hétérogène

Vin

Liquide : vin (eau, alcool, sucres, minéraux, etc.)

Homogène

Air

Gazeuse : azote (N2), oxygène (O2)

Homogène

Eau potable

Liquide : eau (H2O), sels minéraux, etc.

Homogène

Bronze

Solide : cuivre (Cu), étain (Sn)

Homogène

Un mélange dans lequel on peut distinguer à l’œil nu plusieurs couleurs est aussi un mélange hétérogène (voir la gure 22). Lorsqu’un liquide est opaque, comme de la peinture ou un jus d’orange, cela indique la présence de petites particules, généralement solides, en suspension dans le liquide. Deux phases sont alors présentes, même s’il faut un microscope pour pouvoir les distinguer. Le mélange est hétérogène. On parle d’un mélange homogène lorsqu’il n’y a qu’une seule phase visible (voir la gure 21B, à la page précédente). C’est le Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Figure 22 Un mélange hétérogène. Une crème glacée napolitaine est un mélange hétérogène.

Chapitre 2 • Les transformations de la matière

41

Nom :

Groupe :

Date :

Définition

L’univers matériel 2.3

cas du bronze, car on ne distingue qu’une seule phase solide, constituée par le cuivre et l’étain. L’air et l’eau potable sont des mélanges homogènes, car il est impossible de distinguer leurs diérents constituants.

Un mélange homogène présente une seule phase visible. Les différents constituants sont impossibles à distinguer.

Les solutions Une solution est un mélange homogène dans lequel une substance est dissoute dans une autre. La substance qui se dissout, que l’on nomme le « soluté », se désagrège : ses molécules se séparent les unes des autres et s’associent à celles de l’autre substance. Cette autre substance, que l’on nomme le « solvant », est celle dans laquelle se fait la dissolution. Le solvant est toujours en plus grande quantité que le soluté. Par exemple, le sel et l’eau dans lequel il est dissous forment une solution. Le sel est le soluté et l’eau, le solvant. Le soluté et le solvant peuvent être à l’état solide, liquide ou gazeux. L’eau constitue le solvant le plus courant. Les solutions dans lesquelles le solvant est l’eau ont la caractéristique d’être translucides avec une seule phase visible (voir la gure 23). Comme les autres solutions, elles forment des mélanges homogènes. Définition

Figure 23 Un mélange homogène. Cette solution transparente d’eau et de sulfate de cuivre est un mélange homogène.

Flash

histoire

Une solution est un mélange homogène dans lequel un soluté, généralement solide, est dissous dans un solvant, généralement liquide.

L’âge du bronze

L’origine de la métallurgie remonte à environ 4500 ans av. J.-C. Ayant acquis la maîtrise du feu et disposant de fours pouvant atteindre une température supérieure à 1000 °C, les êtres humains ont pu créer des alliages de métaux en les faisant fondre ensemble. C’est ainsi que le bronze, un alliage de cuivre et d’étain, est apparu. Composé de plus de 60 % de cuivre, le bronze donnait des armes et des outils plus résistants. Il peut aussi contenir de petites quantités de plomb, d’aluminium ou d’autres métaux. On peut augmenter sa dureté en lui ajoutant un peu d’arsenic. Le bronze fut largement utilisé avant d’être supplanté par le fer, vers l’an 1000 av. J.-C.

42

L’univers matériel

Ces armes faites de bronze datent de 4500 ans av. J.-C.

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Groupe :

Date :

L’univers matériel 2.3

Nom :

Activités 1

Qu’est-ce qu’un mélange ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Qu’est-ce qui distingue un mélange homogène d’un mélange hétérogène ? Mélange homogène :

Mélange hétérogène :

3

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) Un mélange homogène comporte une seule phase. b) Un mélange hétérogène comporte toujours des phases différentes. c) Une solution transparente est un mélange homogène. d) L’eau pure est un mélange d’hydrogène et d’oxygène. e) Un mélange est toujours composé de deux substances. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

43

L’univers matériel 2.3

Nom :

4

Groupe :

Date :

Dans le tableau suivant : a) Indiquez par un crochet si les mélanges sont homogènes ou hétérogènes. Ne cochez pas s’il ne s’agit pas d’un mélange. b) Indiquez les phases présentes (solide, liquide, gazeuse) dans chacun des exemples. Il peut y avoir plusieurs phases pour un même état (exemple: solide-solide). Mélange homogène

Mélange hétérogène

La ou les phases présentes

Sirop d’érable

Eau salée

Gâteau aux noix

Fer

Jus de tomate

Laiton (alliage de cuivre et de zinc)

Air

Eau du robinet

Vinaigrette

Boisson gazeuse

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L’univers matériel

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5

Groupe :

Date :

Pour chacune des caractéristiques suivantes, indiquez si elle correspond à un mélange homogène ou à un mélange hétérogène. a) Liquide opaque : b) Liquide transparent : c) Présente une phase : d) Présente plusieurs phases : e) Contient un solide et un liquide : f) Présente plusieurs couleurs :

6

Le lait tiré directement de la vache est riche en gras (A). Lorsqu’on laisse le lait reposer, le gras monte à la surface et forme une couche de crème (B). À l’usine de transformation, une partie de ce gras (la crème) est enlevée. Le reste du gras est homogénéisé avec la partie liquide du lait. Le gras est alors réduit en gouttelettes tellement petites qu’elles ne peuvent pas monter à la surface (C). A.

B.

C.

a) Une fois reposé, le lait tiré directement de la vache est-il un mélange homogène ou un mélange hétérogène ? Expliquez votre réponse.

b) Le lait homogénéisé est-il un mélange homogène ou un mélange hétérogène ? Expliquez votre réponse.

7

Qu’est-ce qu’une solution ? Donnez une dénition dans vos mots.

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

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L’univers matériel 2.3

Nom :

L’univers matériel 2.3

Nom :

8

Groupe :

Date :

Une scientique prépare une solution en faisant dissoudre de l’hydroxyde de sodium solide dans de l’eau. a) Identiez le soluté. b) Identiez le solvant. c) S’agit-il d’un mélange homogène ou d’un mélange hétérogène ? Expliquez pourquoi.

9

Dans une solution, est-ce le soluté ou le solvant qui se trouve en plus grande quantité ?

10

Décrivez l’interaction entre le soluté et le solvant.

11

Voici trois étapes dans la « vie » d’une boisson gazeuse. Pour chacune de ces étapes, indiquez s’il s’agit d’un mélange homogène ou d’un mélange hétérogène, et expliquez votre réponse. a) Une bouteille de boisson gazeuse qui n’est pas ouverte.

b) On débouche la bouteille et on vide son contenu dans un verre.

c) Une bouteille ouverte depuis plusieurs semaines.

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2.4

Groupe :

Date :

L’univers matériel 2.4

Nom :

La séparation de mélanges

Nous avons vu que bon nombre d’objets, de préparations et d’aliments sont des mélanges de plusieurs substances. S’il n’est pas rare que nous soyons en présence de mélanges, il arrive parfois que l’on doit en séparer les constituants.

C’est toutefois dans les laboratoires que les techniques de séparation de mélange sont le plus utilisées. En eet, il est souvent nécessaire, pour obtenir une substance pure, de la séparer de toutes les autres substances qui l’accompagnent. La séparation comporte parfois plusieurs étapes successives.

Définition

Par exemple, on pourrait vouloir séparer un mélange de sable et de gravier an de récupérer le gravier pour un autre usage. En camping, pour que l’eau d’un lac ou d’une rivière puisse être consommée en toute sécurité, il est nécessaire d’en éliminer certains constituants nuisibles à la santé. Les

techniques de séparation de mélange servent à isoler ou à séparer des cons­ tituants des mélanges dans lesquels ils se trouvent.

Il existe plusieurs techniques de séparation de mélanges : par exemple, la ltration, la décantation, la centrifugation, l’évaporation, la distillation et le tamisage. Le choix de la technique varie en fonction du mélange, de la substance que l’on doit séparer du reste du mélange Flash histoire La distillation : une technique et des phases du mélange. L’outil gurant aux pages suivantes présente les principales techniques de séparation de mélanges ainsi que quelques-unes de leurs applications dans la vie courante. Plusieurs de ces techniques peuvent être utilisées successivement pour séparer un mélange qui contient plus de deux substances. Dans les usines d’épuration des eaux usées, par exemple, le procédé comporte des étapes successives de tamisage et de décantation.

vieille de 4000 ans

Bien qu’elle puisse paraître moderne à cause de sa relative com­ plexité, la technique de la distillation a été inventée il y a environ 4000 ans. Les peuples de Mésopotamie (aujourd’hui l’Irak) utilisaient la distillation pour préparer des parfums. Cette technique fut populaire auprès des alchimistes grecs et à l’époque de l’Empire romain, surtout en raison de la demande croissante en alcools forts (eaux de vie), qui s’obtiennent seulement par la distilla­ tion de boissons fermentées. Comme, au cours de l’histoire, on a cherché constam­ ment à améliorer la qualité des alcools, on s’est sans cesse appliqué à perfectionner la technique de distillation. Aujourd’hui, la distillation se pratique aussi dans l’indus­ trie pétrolière, qui s’en sert pour séparer les Un alambic utilisé différents constituants du pétrole. pour la distillation.

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

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Nom :

Groupe :

L’univers matériel 2.4

Outil

Séparer des mélanges Technique de séparation de mélanges

Méthode

Filtration La ltration est le passage d’un mélange contenant des particulessolides au travers d’un ltre de tissu ou de papier. Les liquides passent au travers du ltre alors que les particules solides sont retenues. Le liquide débarrassé des particules solides se nomme « ltrat ». On peut aussi ltrer des gaz tels que l’air pour enlever les poussières et les particules en suspension. Types de mélanges séparés Mélange hétérogène, solide/liquide ou solide/gazeux

1° Placer un entonnoir sur un récipient (bécher). 2° Placer un papier ltre dans l’entonnoir, le mouiller pour qu’il adhère bien. 3° Verser le mélange à ltrer dans le papier ltre. 4° Laisser le liquide s’écouler dans le récipient. 5° Recueillir la ou les substances désirées.

Quelques applications • Systèmes de ventilation • Mécanique (ltres à huile, à essence, etc.) • Cuisine • Filtre à eau du robinet

On prépare le café par ltration. Le café moulu reste dans le ltre et le liquide s’écoule au travers.

Tamisage Le tamisage est le passage au tamis d’un mélange contenant des particules solides. Les liquides et les particules solides plus petites que les trous du tamis passent au travers alors que les particules plus grosses sont retenues dans le tamis. Types de mélanges séparés Mélange hétérogène, solide/solide ou solide/liquide Quelques applications • Industries de la fabrication du papier, du ciment, de la peinture • Épuration des eaux • Cuisine

1° Placer le tamis au-dessus d’un grand récipient. 2° Verser le mélange à tamiser dans le tamis. 3° Secouer le tamis au-dessus du grand récipient. 4° Recueillir la ou les substances désirées.

Après avoir fait cuire des pâtes, on les égoutte avec une passoire (une sorte de tamis) pour éliminer l’eau de cuisson.

Décantation La décantation est un processus naturel par lequel des particules solides en suspension dans un liquide se déposent lentement au fond, du fait de leur masse volumique plus élevée et de la gravité. On nomme « sédiments » les dépôts solides obtenus et « surnageant » la partie liquide du dessus.

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Date :

L’univers matériel

1° Verser le mélange solideliquide à décanter dans un récipient transparent. 2° Laisser les particules solides se déposer au fond du récipient (cette étape demande parfois beaucoup de temps ; on peut laisser le mélange décanter 24 heures).

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Groupe :

Technique de séparation de mélanges

Date :

L’univers matériel 2.4

Nom :

Méthode

Décantation (suite) Des liquides non miscibles (qui ne se mélangent pas, comme l’eau et l’huile) peuvent aussi être séparés dans une ampoule à décantation comme celle qui est illustrée ci-dessous.

Liquide de plus petite masse volumique Liquide de plus grande masse volumique Robinet

3° Certains solides de faible masse volumique peuvent remonter à la surface, on peut alors les écumer avec une spatule ou une cuillère. 4° Sinon, verser doucement le liquide surnageant dans un autre récipient en prenant soin de laisser le dépôt solide au fond du premier récipient. 5° Recueillir la ou les substances désirées.

Une ampoule à décantation.

Types de mélanges séparés Mélange hétérogène, solide/ liquide ou liquide/liquide Quelques applications • Industrie chimique • Assainissement des eaux • Cuisine

Les usines d’assainissement des eaux possèdent des bassins de décantation dans lesquels se déposent la majeure partie des impuretés.

Centrifugation Si la décantation se fait trop lentement, on peut l’accélérer par centrifugation. Les échantillons à séparer sont placés à l’intérieur d’une centrifugeuse qui tourne à très grande vitesse. Les particules solides plus lourdes que le liquide sont alors poussées vers les parois du récipient. La force centrifuge créée par la rotation remplace ici la gravité. Si un tamis ou un ltre est placé à l’intérieur de la centrifugeuse, ce sont les liquides qui sont poussés vers les parois. Types de mélanges séparés Mélange hétérogène, solide/ liquide ou liquide/liquide Quelques applications • Industrie alimentaire (production du lait, du miel, d’une huile) • Laboratoires de recherche L’essoreuse à salade ou la machine et laboratoires médicaux à laver utilisent la centrifugation pour enlever une partie de l’eau après le rinçage de la laitue ou du linge.

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1° Placer le mélange à centrifuger dans un récipient allant dans la centrifugeuse. 2° Placer le récipient dans un des compartiments de la centrifugeuse. 3° Équilibrer la centrifugeuse en plaçant un second récipient contenant la même quantité de liquide dans un compartiment faisant face au premier. 4° Actionner la centrifugeuse et la laisser tourner jusqu’à ce que les constituants soient séparés (le temps varie suivant la nature des constituants et la vitesse de rotation de la centrifugeuse). 5° Arrêter la centrifugeuse. 6° Verser le liquide surnageant dans un autre récipient. 7° Recueillir la ou les substances désirées.

Chapitre 2 • Les transformations de la matière

49

L’univers matériel 2.4

Nom :

Groupe :

Date :

Technique de séparation de mélanges

Méthode

Évaporation L’évaporation consiste à éliminer la partie liquide d’un mélange ou le solvant d’une solution en les transformant en gaz. Le liquide peut s’évaporer de lui-même, ou on peut accélérer le processus en le chauffant. Lorsque tout le liquide est transformé en gaz, on récupère la partie solide. L’évaporation sert aussi à concentrer le soluté d’une solution pour obtenir une plus petite quantité de liquide. Types de mélanges séparés • Mélange hétérogène, solide/liquide • Mélange homogène (solution)

1° Placer le mélange dans un récipient résistant à la chaleur. 2° Placer le récipient sur une plaque chauffante. 3° Amener le liquide à ébullition. 4° Attendre l’évaporation complète du liquide. (L’évaporation peut aussi se faire à la température ambiante, mais elle demandera beaucoup plus de temps.) 5° Retirer le récipient de la plaque chauffante et laisser refroidir. 6° Recueillir le solide au fond du récipient.

Quelques applications • Séchages en tous genres • Cuisine • Production de sel de mer • Produits de l’érable

On obtient le sel de mer en laissant s’évaporer l’eau de mer dans de grands bassins, sous la chaleur du Soleil.

Distillation La distillation consiste à évaporer un seul des constituants liquides d’un mélange en le chauffant jusqu’à son point d’ébullition, sans toutefois dépasser celui des autres substances. La vapeur produite est recueillie et refroidie de façon à la condenser à nouveau dans sa forme liquide. Le liquide ainsi obtenu se nomme « distillat ». Types de mélanges séparés • Mélange hétérogène, liquide/liquide ou liquide/solide • Mélange homogène (solution) Quelques applications • Rafneries de pétrole • Industrie chimique • Production d’alcool, de parfums

1° Placer le mélange à distiller dans un erlenmeyer surmonté d’un tube collecteur (voir le montage ci-dessous). 2° Placer le bout du tube collecteur dans un autre récipient. 3° Placer l’erlenmeyer contenant le mélange sur une plaque chauffante et amener le liquide à ébullition. S’assurer de ne pas dépasser le point d’ébullition des autres constituants du mélange. 4° Recueillir la ou les substances désirées.

La distillation débarrasse le pétrole de ses nombreuses impuretés.

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L’univers matériel

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Groupe :

Date :

L’univers matériel 2.4

Nom :

Activités 1

Que signie l’expression « séparation de mélange » ? Donnez une explication dans vos mots.

2

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) On utilise la ltration pour séparer des solides de tailles différentes. b) La décantation sert à séparer un mélange qui comporte plusieurs phases. c) La différence de masse volumique permet de séparer des substances par décantation. d) On doit chauffer le mélange pour séparer ses constituants par évaporation. e) On peut séparer deux liquides par ltration. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

3

Associez les principes de séparation suivants à la technique de séparation appropriée. a) Utilise la gravité.

1) Tamisage

b) Basé sur la différence des points d’ébullition.

2) Filtration

c) Basé sur la différence de taille des particules.

3) Décantation

d) Utilise la force centrifuge.

4) Distillation

e) Utilise une membrane qui retient les solides.

5) Centrifugation

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

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L’univers matériel 2.4

Nom :

4

5

6

Groupe :

Date :

Associez les types de mélange suivants à la technique de séparation qui convient le mieux. a) Particules solides de tailles diverses.

1) Décantation

b) Mélange homogène de deux liquides.

2) Tamisage

c) Particules solides en suspension dans un liquide.

3) Évaporation

d) Mélange hétérogène de deux liquides (deux phases).

4) Distillation

e) Mélange homogène d’un solide dissous dans un liquide.

5) Filtration

Identiez les techniques de séparation illustrées ci-dessous. a)

b)

d)

e)

c)

Pour chacun des exemples suivants, indiquez quelle technique de séparation serait la plus appropriée. a) Geneviève veut enlever la pulpe de son jus d’orange. b) On veut retirer le sel de l’eau de mer pour la rendre potable. c) Sergio doit séparer le gravier du sable. d) Jonathan a ajouté du vin à une sauce pour en améliorer le goût. Il veut maintenant en retirer l’alcool. e) Félicia a mis trop d’huile dans sa vinaigrette et elle veut en enlever. f) Dans un laboratoire, on veut rapidement recueillir des protéines solides en suspension dans l’eau. g) Perdue en forêt, Amélie veut nettoyer l’eau d’un lac avant de la boire. h) Charlie racle le fond d’une rivière à la recherche de pépites d’or.

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L’univers matériel

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Nom :

Date :

Indiquez quelle technique de séparation a été utilisée dans chacun des exemples suivants.

L’univers matériel 2.4

7

Groupe :

a) Sophie a « recyclé » sa vieille peinture en la passant au travers d’un bas de nylon pour en retirer les grumeaux. b) Émile verse doucement dans un verre son jus de pomme fait maison pour éviter de boire le dépôt qui se trouve au fond de la cruche. c) Les grains de riz qu’on a mis dans une salière ne s’en échappent pas lorsqu’on la renverse. d) On a fait bouillir de l’eau et on a recueilli la vapeur pour obtenir de l’eau pure. e) On obtient du sucre d’érable en faisant bouillir très longtemps l’eau d’érable. 8

Pour chacune des étapes du processus d’épuration des eaux présentées, indiquez le nom de la technique de séparation de mélange qui est utilisée. a) Au cours du dégrillage, l’eau est passée à travers des grilles an d’enlever les plus gros débris. b) Au cours du dessablage, le sable se dépose au fond du bassin. c) Au cours du dégraissage, les graisses et les huiles qui remontent à la surface sont raclées.

9

On vous fournit un mélange constitué de plusieurs substances : eau, sable, huile et sel (dissous dans l’eau). Dans le tableau suivant, indiquez dans l’ordre les différentes techniques à utiliser pour séparer et recueillir chacune des quatre substances. Décrivez les manipulations à réaliser et précisez, s’il y a lieu, quelle substance est séparée des autres. Technique de séparation

Manipulations

Substance séparée

1)

2)

3)

4)

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Chapitre 2 • Les transformations de la matière

53

L’univers matériel

Nom :

Groupe :

Pour faire 1

Date :

le

point

À l’aide de quelques expériences, Martin veut démontrer à ses parents la conservation de la matière au cours d’une transformation. Malheureusement, tout ne fonctionne pas comme prévu. Aidez Martin en lui expliquant ce qui cloche avec ses expériences. Martin pose un bécher rempli de glaçons sur une balance à éaux. Il note une masse de 181,43 g. Une fois les glaçons fondus, il constate que l’aiguille de sa balance a baissé légèrement.

a) La masse du contenu du bécher a-t-elle augmenté ou diminué ?

b) Expliquez pourquoi Martin n’a pas observé la conservation de la masse.

c) Proposez une solution pour résoudre ce problème.

Martin refait la même expérience en posant un couvercle sur son bécher. La masse du bécher avec les glaçons est de 188,07 g. Une fois les glaçons fondus, il est surpris de voir que l’aiguille de la balance est maintenant au-dessus du « 0 ».

54

L’univers matériel

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers matériel

d) La masse du contenu du bécher a-t-elle augmenté ou diminué ?

e) Expliquez pourquoi Martin n’a pas pu observer la conservation de la masse.

f) Proposez une solution pour résoudre ce problème.

2

Vériez la conservation de la masse en calculant la masse totale des molécules avant et après chacune des transformations suivantes. Utilisez les masses atomiques pour calculer la masse des différentes molécules. a)

CH4

+

2 O2

CO2

+

2 H2O

Avant

Après

CH4 :

CO2 :

2 O2 :

2 H2 O :

Masse totale :

Masse totale :

b) 2 H2

+

O2

2 H2O

Avant 2 H2 :

Après 2 H2 O :

O2 : Masse totale :

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Masse totale :

Chapitre 2 • Les transformations de la matière

55

L’univers matériel

Nom :

Groupe :

c)

C3H8

+

5 O2

3 CO2

+

Avant

3

Date :

4 H2O

Après

C3H8 :

3 CO2 :

5 O2 :

4 H2O :

Masse totale :

Masse totale :

Expliquez, en vos mots, le principe de fonctionnement des techniques de séparation suivantes. a) Décantation de deux liquides non miscibles :

b) Distillation de deux liquides miscibles (formant un mélange homogène) :

4

56

La dissolution peut être utilisée comme technique de séparation. Donnez un exemple dans lequel la dissolution permettrait de séparer les constituants d’un mélange.

L’univers matériel

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L’univers vivant

Tous les êtres vivants sont le fruit de stratégies de reproduction qui ont réussi. Ils sont aussi tous composés d’une ou de plusieurs cellules, l’unité de base de la vie. Ce sont les chromosomes à l’intérieur des cellules qui assurent la transmission des caractères génétiques d’une génération à l’autre (voir la photo ci-contre). Les cellules permettent aussi de nombreux échanges avec le milieu, nécessaires au maintien de la vie. Sans cellule, il n’y a pas d’êtres vivants. Dans la partie « L’univers vivant », vous découvrirez le processus de reproduction des êtres humains. Vous approfondirez aussi vos connaissances concernant certaines fonctions des cellules comme la transmission des caractères génétiques, les échanges avec le milieu, la photosynthèse et la respiration cellulaire. Vous serez ainsi en mesure de mieux comprendre la diversité et le maintien de la vie.

57

L’univers vivant Chapitre 3

Chapitre 4

La reproduction humaine                                 59

La diversité et le maintien de la vie          105

3.1 Les organes reproducteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.1 La cellule, les gènes et les chromosomes. . . . . . . . . 106

3.2 Les gamètes et la fécondation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.2 Les intrants et les extrants . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

3.3 La grossesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.3 La diffusion et l’osmose . . 115

3.4 Les stades du développement humain . . . . 81

4.4 La respiration cellulaire et la photosynthèse . . . . . . . . . 120

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

3.5 La contraception . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.6 Les infections transmissibles sexuellement et par le sang (ITSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Pour faire le point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

58

Chapitre 3 La reproduction humaine Les êtres humains se reproduisent de manière sexuée grâce à des organes reproducteurs et à des processus complexes. La rencontre des gamètes mâle et femelle est la première étape sur la voie qui mène à la formation d’un nouvel individu (voir la photo ci-dessous). Par la suite, une gestation de neuf mois permettra à l’individu d’assurer son plein développement. À la naissance, l’espèce humaine est la moins autonome du règne animal. L’être humain doit franchir plusieurs stades de développement avant d’atteindre la pleine autonomie. La reproduction ne se borne pas à la perpétuation des espèces. Dans plusieurs pays, il est nécessaire de limiter les naissances et d’assurer le contrôle des infections transmissibles sexuellement et par le sang (ITSS) pour garantir la survie de la population. Au Canada, les individus peuvent recourir à plusieurs méthodes de contrôle des naissances. Dans ce chapitre, vous étudierez les organes reproducteurs humains et les gamètes (spermatozoïdes et ovules), et vous découvrirez leur rôle dans la fécondation. Vous vous familiariserez également avec les étapes de la grossesse et les stades du développement humain. Vous distinguerez divers moyens de contrôler les naissances et vous en apprendrez plus sur les infections transmissibles sexuellement et par le sang.

59

Nom :

Groupe :

L’univers vivant 3.1

3.1

Date :

Les organes reproducteurs

Définition

Le système reproducteur humain regroupe l’ensemble des organes qui servent à la reproduction, c’est-à-dire les organes qui permettent de donner naissance à de nouveaux individus. Comme bon nombre de plantes et d’animaux qui ont une reproduction sexuée, les êtres humains sont dotés d’organes reproducteurs. Ces derniers produisent soit des gamètes mâles (spermatozoïdes), soit des gamètes femelles (ovules). Ces deux types de gamètes doivent s’unir pour former un nouvel individu. La féconda tion est interne. Aussi, l’être humain est vivipare, comme la majorité des mammifères ; le développement de l’ovule puis de l’embryon se fait à l’intérieur du corps de la mère. Les organes reproduc­ teurs sont l’ensemble des organes qui servent à la reproduction.

Les organes reproducteurs de la femme et de l’homme dièrent entre eux (voir la gure 1). Les principaux organes reproducteurs féminins sont les ovaires, les trompes de Fallope, l’utérus et le vagin. Le pénis et les testicules constituent les principaux organes reproducteurs masculins; ils s’associent à divers canaux et glandes pour remplir leurs fonctions.

A

Les organes reproducteurs de l’homme

B

Les organes reproducteurs de la femme

Figure 1 Localisation des organes reproducteurs. A Les organes reproducteurs masculins sont situés à l’extérieur du corps et dans le bas de l’abdomen. B Les organes reproducteurs féminins sont situés à l’intérieur du corps, dans le bas de l’abdomen.

60

L’univers vivant

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.1

Les organes reproducteurs féminins Les organes reproducteurs féminins sont principalement des organes internes situés au bas de l’abdomen (voir la gure 2). Ils produisent les gamètes femelles (les ovules) et assurent le développement du futur bébé.

Les organes internes La femme possède deux ovaires situés de chaque côté de l’utérus. Les ovaires produisent des ovules et sécrètent des hormones sexuelles. Ces substances jouent un rôle entre autres dans le développement de caractères sexuels tels que l’accroissement du volume des seins, l’élargissement du bassin et la formation de la pilosité (les poils). Habituellement, l’un des deux ovaires produit un ovule chaque mois. Après son expulsion de l’ovaire (ovulation), l’ovule est capté par l’une des deux trompes de Fallope. De petits cils qui tapissent la paroi de la trompe aident l’ovule à avancer tranquillement vers l’utérus (un déplacement qui dure environ sept jours). Pour qu’il y ait fécondation, les spermatozoïdes doivent trouver l’ovule dans la trompe au maximum 24 heures après l’ovulation. L’utérus est un organe creux en forme de poire renversée, très extensible et constitué de beaucoup de muscles. Il est situé audessus de la vessie. Chaque mois, la paroi interne de l’utérus riche en vaisseaux sanguins (l’endomètre) s’épaissit an de se préparer à une éventuelle grossesse. C’est dans l’endomètre que l’ovule Un ovaire

Les trompes de Fallope

Une trompe de Fallope

Les ovaires L’utérus La vessie Le col de l’utérus Le vagin

Figure 2 Les principaux organes reproducteurs féminins. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

61

Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.1

fécondé ira se nicher. Pendant toute la durée de la grossesse, l’utérus protège l’embryon puis le fœtus et il lui fournit tout ce qui est nécessaire à son développement. Le col de l’utérus ferme l’ouverture de l’utérus, mais laisse passer les spermatozoïdes au cours de la relation sexuelle. Il contribue à retenir l’embryon ou le fœtus à l’intérieur de l’utérus pendant la grossesse et à le protéger des infections. Le vagin est un passage de 7 à 10 cm de longueur, très extensible. Il sert à la copulation : c’est dans ce passage que le pénis pénètre et libère le sperme au cours d’une relation sexuelle. Comme le vagin relie l’utérus à l’extérieur, il sert aussi à l’écoulement du ux menstruel et fournit un passage pour l’expulsion du bébé au terme de la grossesse. L’entrée du vagin est située dans la vulve.

Les organes externes La vulve est formée des organes génitaux externes (voir la gure 3). Ceux-ci ne font pas partie des organes reproducteurs, mais ils sont cependant essentiels à la protection des organes internes et à la copulation qui permet la reproduction. La vulve comprend les grandes lèvres, deux replis poilus de peau qui protègent les petites lèvres. Les petites lèvres sont aussi des replis de peau, mais non poilus ; elles protègent l’entrée du vagin. L’hymen est une ne membrane qui ferme partiellement l’entrée du vagin. Si l’hymen n’a pas été déchiré au cours d’une activité sportive intense par exemple, il le sera durant la première relation sexuelle. Le clitoris est un organe très sensible au toucher. Situées de chaque côté de l’orice vaginal, les glandes de Bartholin lubrient le vagin. Le méat urinaire, placé au-dessus de l’orice vaginal, permet l’évacuation de l’urine provenant de la vessie.

Le clitoris Le méat urinaire

Les grandes lèvres

Les petites lèvres

L’hymen (déchiré)

L’entrée du vagin (l’orice vaginal)

Les glandes de Bartholin

Figure 3 Les parties de la vulve.

62

L’univers vivant

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L’univers vivant 3.1

Les organes reproducteurs masculins Les organes reproducteurs masculins sont situés en partie à l’extérieur du corps et en partie à l’intérieur (voir la gure 4). Ils produisent les gamètes mâles (les spermatozoïdes) et assurent le dépôt de ces derniers dans les voies génitales de la femme.

Les organes internes L’homme possède habituellement deux testicules logés dans un sac, le scrotum, situé à l’extérieur du corps. Les testicules produisent les spermatozoïdes. Ils en fabriquent en moyenne 350 millions par jour. Ils sécrètent aussi l’hormone responsable entre autres du développement de caractères sexuels tels que la pilosité, la mue de la voix et les particularités propres à la silhouette corporelle de l’homme. La chaleur du corps peut détruire les spermatozoïdes. Mais comme les testicules sont situés à l’extérieur du corps, dans le scrotum, les spermatozoïdes sont produits à une température légèrement inférieure à celle du corps, entre 33 °C et 34 °C. Une fois produits, les spermatozoïdes sont mis en réserve dans l’épididyme qui coie chacun des testicules. Ils y acquièrent leur capacité de nager (maturation). Au moment de l’éjaculation, les spermatozoïdes quittent l’épididyme et empruntent les deux canaux déférents. Ces deux longs tuyaux passent au-dessus de la vessie et traversent une glande, la prostate, où ils deviennent les canaux éjaculateurs. Dans la prostate, les canaux éjaculateurs rejoignent l’urètre.

La vessie Les vésicules séminales La prostate La glande de Cowper L’épididyme

Le canal déférent Le canal éjaculateur Le pénis Le corps spongieux Le corps caverneux L’urètre

Le testicule

Le gland Le prépuce

Le scrotum

Le méat urinaire

Figure 4 Les principaux organes reproducteurs masculins. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

63

Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.1

Lorsque les spermatozoïdes arrivent dans les canaux éjaculateurs, ils se mélangent aux substances sécrétées par les vésicules séminales et la prostate pour former le sperme. Ces substances activent et nourrissent les spermatozoïdes. Le sperme est constitué à 90 % de sécrétions des glandes et à 10 % de spermatozoïdes. L’urètre sert à la fois au transport de l’urine de la vessie à l’extérieur du corps et à celui du sperme au moment de l’éjaculation. Cependant, l’évacuation de l’urine et l’éjaculation ne peuvent survenir en même temps. Les glandes de Cowper, situées sous la prostate, sécrètent un liquide dans l’urètre au début de l’érection. Ce liquide lubrie l’urètre et en neutralise l’acidité de façon à faciliter le passage des spermatozoïdes et à assurer leur survie.

Les organes externes Le pénis est l’organe mâle qui permet la copulation. Avec le scrotum, il constitue la partie externe des organes génitaux masculins. La structure interne du pénis est formée de deux corps caverneux et d’un corps spongieux. Ces corps se remplissent de sang et produisent l’érection. Le pénis peut alors pénétrer le vagin an d’y déverser le sperme qui est expulsé par le méat urinaire, situé au bout du gland. Ce dernier, situé à l’extrémité du pénis, est protégé par le prépuce, un repli de peau attaché au-dessous du gland.

Flash

info

La circoncision

Pour des motifs d’hygiène, la circoncision, c’est-à-dire l’ablation du prépuce, a longtemps été pratiquée au Québec de manière presque systématique, dès la naissance. Aujourd’hui, cette pratique est moins courante : en 2009, l’Organisation mondiale de la santé estimait qu’environ 70 % des hommes dans le monde possédaient toujours leur prépuce. Au Québec, environ 3 % des garçons nouveau-nés sont circoncis dès la naissance, la plupart pour des raisons médicales. Dans certaines religions, la circoncision constitue un rite qui marque le passage de l’enfance à l’adolescence.

64

L’univers vivant

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Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.1

Nom :

Activités 1

Que sont les organes reproducteurs ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Quels sont les principaux organes reproducteurs féminins et masculins ? a) Féminins : b) Masculins :

3

Cochez les caractéristiques observées dans la reproduction des êtres humains.

4

Sexuée

Asexuée

Fécondation externe

Fécondation interne

Ovipare

Vivipare

Ovovivipare

Nommez les différentes parties du système reproducteur féminin identiées par les lettres A à K.

G H

D E

I J

A F

B

K

C

A.

G.

B.

H.

C.

I.

D.

J.

E.

K.

F. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

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L’univers vivant 3.1

Nom :

5

Groupe :

Date :

Nommez les différentes parties du système reproducteur masculin identiées par les lettres A à P.

A

I B

E

C

J

D F

K L M

G

N O P

H

6

66

A.

I.

B.

J.

C.

K.

D.

L.

E.

M.

F.

N.

G.

O.

H.

P.

Associez chacun des organes de la colonne de droite à leur rôle respectif dans la colonne de gauche. a) Accueillir l’ovule fécondé, le protéger et le nourrir.

1) Les ovaires

b) Permettre à l’ovule de descendre vers l’utérus.

2) Le pénis

c) Permettre la copulation chez l’homme.

3) Les testicules

d) Permettre la copulation chez la femme.

4) Les trompes de Fallope

e) Produire les ovules et sécréter des hormones.

5) L’utérus

f) Produire les spermatozoïdes et sécréter des hormones.

6) Le vagin

L’univers vivant

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7

Groupe :

Date :

Pour chacun des énoncés suivants, indiquez de quelle partie du système reproducteur féminin il s’agit. a) Ensemble des organes génitaux externes de la femme. b) Glandes qui libèrent des hormones assurant le développement des seins. c) Glandes contribuant à lubrier le vagin. d) Organe musculaire creux et très extensible en forme de poire renversée. e) Organes qui captent l’ovule et le dirigent vers l’utérus. f) Paroi interne de l’utérus. g) Organe assurant l’écoulement du ux menstruel. Il sert aussi de passage au bébé au moment de la naissance et au pénis lors de la copulation. h) Fine membrane qui peut être déchirée au cours d’une activité physique intense ou de la première relation sexuelle. i) Replis poilus de peau qui protègent les petites lèvres. j) Structure située dans la vulve et qui est très sensible au toucher. k) Structure qui relie le vagin et l’utérus.

8

Pour chacun des énoncés suivants, indiquez de quelle partie du système reproducteur masculin il s’agit. a) Fabriquent les spermatozoïdes. b) Structures sécrétant les liquides qui composent le sperme. c) Glandes sécrétant un liquide qui neutralise l’acidité de l’urètre. d) Lieux de maturation des spermatozoïdes. e) Orice par lequel le sperme et l’urine sont expulsés. f) Petite peau qui entoure le gland. g) Sac qui loge les testicules. h) Structures qui permettent l’érection du pénis. i) Tubes qui transportent les spermatozoïdes jusqu’aux canaux éjaculatoires. j) Tuyau situé dans le pénis et que traversent les spermatozoïdes et l’urine.

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

67

L’univers vivant 3.1

Nom :

Groupe :

3.2

Date :

Les gamètes et la fécondation

Les gamètes Définition

L’univers vivant 3.2

Nom :

Les gamètes sont des cellules sexuelles spécialisées qui ont pour fonction d’assurer la reproduction des individus.

Un gamète est une cellule mature capable de fusionner avec un autre gamète complémentaire pour engendrer un nouvel être vivant. Ce sont donc des cellules spécialisées dont le rôle est d’assurer la reproduction sexuée des individus. Chez les êtres humains, les gamètes sont les spermatozoïdes et les ovules. Ils sont produits par les gonades : les testicules et les ovaires.

Les gamètes mâles : les spermatozoïdes Les spermatozoïdes sont les gamètes mâles. Ce sont de petites cellules mobiles contenant peu de cytoplasme. À partir de la puberté, qui correspond à la période de maturation sexuelle, et normalement jusqu’à la mort de l’individu, les testicules fabriquent en moyenne 350 millions de spermatozoïdes par jour. Ces derniers peuvent séjourner quelques mois dans l’épididyme, après quoi ils seront tout simplement détruits s’ils ne sont pas expulsés du corps. Un spermatozoïde mesure environ 0,06 mm. Si on examine son anatomie (voir la gure 5), on constate qu’il est composé de trois parties : la tête, la pièce intermédiaire et le agelle. La tête contient le noyau de la cellule ainsi que des substances qui permettront au spermatozoïde de percer les couches protectrices de l’ovule. La pièce intermédiaire renferme les mitochondries, qui produisent l’énergie nécessaire au déplacement du spermatozoïde. Le agelle est une queue qui permet au gamète de se déplacer. Le spermatozoïde est protégé par la membrane cellulaire. La membrane cellulaire

Le noyau

Les mitochondries

La tête La pièce (longueur : 5 µm ; intermédiaire largeur : 3 µm) (7 µm)

1 µm = 0,001 mm

Le agelle (45 µm [environ])

Longueur totale : 60 µm

Figure 5 L’anatomie d’un spermatozoïde.

68

L’univers vivant

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Nom :

Groupe :

Date :

Les ovules sont les gamètes femelles. Généralement, à partir de la puberté, un ovule est amené chaque mois à maturité par un des deux ovaires. Cet ovule est alors expulsé et capté par l’une des deux trompes de Fallope : c’est l’ovulation. L’ovule a alors 24 heures pour être fécondé par un spermatozoïde, sinon il commencera à se dégrader. Contrairement à ce qu’on observe chez l’homme, la femme n’amène pas des ovules à maturité jusqu’à sa mort. On estime que la femme produira environ 400 ovules matures au cours de sa vie. Lorsque les ovaires ne contiennent plus suffisamment d’ovules, c’est la ménopause et la femme ne peut plus se reproduire. Comme chez la plupart des animaux, l’ovule est une cellule volumineuse contenant beaucoup de cytoplasme et d’organites. En fait, l’ovule est la plus grosse des cellules humaines (voir la gure 6). Il est 24 fois plus gros que la tête du spermatozoïde et son diamètre est égal à deux fois la longueur totale du spermatozoïde (0,12 mm). L’ovule est recouvert d’une couche externe formée de substances qui attirent les spermatozoïdes. Sous cette couche se Diamètre : 120 µm trouve une membrane qui ne laissera qu’un seul Figure 6 L’anatomie d’un ovule. spermatozoïde atteindre le noyau de l’ovule.

L’univers vivant 3.2

Les gamètes femelles : les ovules

1 µm = 0,001 mm

Le cytoplasme Le noyau

La rencontre des gamètes Chez l’être humain, la fécondation est la rencontre d’un spermatozoïde et d’un ovule qui fusionnent pour ne former qu’une seule cellule, le zygote. Mais tout n’est pas si simple ! Voyons ce qui se passe chez la femme et chez l’homme pour que cette fécondation ait lieu.

Les menstruations Pour qu’il y ait fécondation, il doit d’abord y avoir un ovule à féconder. Le processus par lequel la femme amène à maturité généralement un ovule par mois s’appelle le « cycle ovarien » ou le « cycle menstruel ». Chaque mois, de la puberté à la ménopause, le corps de la femme se prépare à une éventuelle grossesse. Il réagit comme si un ovule allait être fécondé et qu’un embryon allait se développer. L’endomètre subit diverses transformations. Entre autres, il épaissit jusqu’à ce que l’ovaire lui envoie un signal hormonal lui indiquant qu’il n’y a pas de grossesse. Le sang et les cellules ayant contribué à l’épaississement de la paroi de l’utérus sont alors expulsés. C’est le début des menstruations et du développement d’un nouvel ovule. Ce cycle dure en moyenne 28 jours. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

69

Définition

L’univers vivant 3.2

Nom :

Groupe :

Date :

Le parcours des spermatozoïdes La fécondation est l’union d’un spermatozoïde et d’un ovule pour former une seule cellule, le zygote.

Au cours de l’éjaculation, l’homme libère dans le vagin de la femme entre 2 et 5 mL de sperme contenant environ 600 millions de spermatozoïdes. Seulement quelques centaines d’entre eux parviendront à la bonne trompe de Fallope, et un seul réussira à féconder l’ovule. Une série d’obstacles attend donc les sper­ matozoïdes dans leur course. Dès leur arrivée dans le vagin, bon nombre de spermatozoïdes s’égareront. D’autres seront détruits par l’environnement acide du vagin. Seulement 1% (environ) des spermatozoïdes présents au départ traverseront le col de l’utérus et à peine quelques milliers d’entre eux atteindront les trompes de Fallope.

Figure 7 La fécondation. Des spermatozoïdes tentent de pénétrer un ovule. Un seul y réussit.

Flash

techno

Les spermatozoïdes disposent de 72 heures pour féconder un ovule. Seuls ceux qui choisissent la bonne trompe ont une chance d’y arriver. Ils doivent s’approcher de l’ovule qui se trouve dans le premier tiers de la trompe de Fallope, endroit où aura lieu la fécon­ dation. Ces spermatozoïdes libèrent alors les substances nécessaires à la pénétration des couches externes de l’ovule. Dès qu’un sperma­ tozoïde entreprend de percer ces couches, une barrière se forme pour empêcher les autres spermatozoïdes d’entrer dans l’ovule fécondé. Les noyaux de l’ovule et du spermatozoïde fusionnent : c’est la fécondation (voir la gure 7). Cette nouvelle cellule porte le nom de « zygote ». Elle constitue la première cellule de l’individu en devenir. C’est le début de la grossesse.

La fécondation in vitro

La fécondation in vitro est un procédé biotechnologique qui permet aux couples infertiles d’avoir un enfant. Après que les ovaires ont été stimulés pour amener plusieurs ovules à maturité, ceux-ci sont prélevés et mis en contact avec le sperme de l’homme. S’il y a fécondation, le développement du ou des zygotes débute. Les premiers jours de la « grossesse » se déroulent à l’extérieur du corps de la mère. L’embryon sera transféré dans l’utérus de la mère, deux à six jours après la fécondation. Il ira ensuite s’implanter dans l’endomètre pour poursuivre son développement comme un embryon issu de la fécondation naturelle.

Une des techniques utilisées dans la fécondation in vitro consiste à injecter des spermatozoïdes dans l’ovule à l’aide d’une ne aiguille de verre (à droite).

Le premier bébé issu de la fécondation in vitro a vu le jour le 25 juillet 1978. Depuis, on estime que 2 % des nouveau-nés des pays industrialisés ont été conçus selon cette méthode. Le taux de succès de la fécondation in vitro augmente d’ailleurs avec les années.

70

L’univers vivant

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Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.2

Nom :

Activités 1

Que sont les gamètes et quel est leur rôle ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Comment appelle-t-on les gamètes mâles et les gamètes femelles chez les êtres humains ?

3

Qu’est-ce que la fécondation ? Donnez une dénition dans vos mots.

4

Pour chacun des énoncés suivants, indiquez s’il s’agit d’une caractéristique des ovules (O) ou des spermatozoïdes (S). a) Gamètes ayant la durée de vie la plus longue. b) Gamètes fabriqués continuellement de la puberté à la mort. c) Gamètes fabriqués par les ovaires. d) Gamètes fabriqués par les testicules. e) Gamètes ayant la plus grande taille. f) Gamètes libérés tant que les gonades en contiennent en quantité sufsante. g) Gamètes libérés une fois par mois. h) Gamètes possédant un organe les rendant mobiles.

5

Établissez la che d’identité du spermatozoïde et de l’ovule. Chaque che doit comprendre un schéma, les noms des diverses structures ainsi que les renseignements demandés au bas de la che. FICHE D’IDENTITÉ D’UN SPERMATOZOÏDE

Taille : Nombre produit par jour : Nombre libéré au cours d’une éjaculation : Durée de vie totale : Durée de vie dans le corps de la femme :

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

71

L’univers vivant 3.2

Nom :

Groupe :

Date :

FICHE D’IDENTITÉ D’UN OVULE

Taille : Nombre produit par cycle ovarien : Durée de vie :

6

À quelle structure du spermatozoïde fait-on référence ? Énoncés

Structure du spermatozoïde

a) Organites qui produisent l’énergie nécessaire au déplacement du spermatozoïde. b) Partie du spermatozoïde qui contient des substances servant à percer les couches protectrices de l’ovule. c) Partie du spermatozoïde située entre la tête et la queue. d) Partie du spermatozoïde qui contient le noyau. e) Partie du spermatozoïde qui assure la mobilité du spermatozoïde. f) Structure qui protège le spermatozoïde.

7

72

Expliquez le processus menant à la fécondation chez l’être humain.

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Nom :

Date :

De quoi s’agit-il ?

L’univers vivant 3.3

8

Groupe :

a) L’endroit où a lieu la fécondation. b) Le cycle qui permet l’ovulation. c) La durée moyenne du cycle menstruel. d) Le changement apporté à l’utérus avant les menstruations. e) Le nombre de spermatozoïdes qui atteindront l’ovule. f) Le nombre moyen d’ovules libérés par la femme au cours d’une vie. g) La cause de la destruction de nombreux spermatozoïdes dans le vagin. h) Le nom donné à la cellule résultant de la fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule. 9

Quels sont les fonctions du cycle menstruel ou ovarien ?

3.3

La grossesse

Définition

La grossesse est un processus au cours duquel un nouvel être humain se développe à l’intérieur du corps de la femme. La grossesse débute dès la fécondation de l’ovule par le spermatozoïde. Il en résulte une cellule fusionnée, le zygote. Après seulement 40 semaines, cette simple cellule sera devenue un organisme complexe (voir la gure 8). Pendant les neuf mois de la grossesse, le zygote se transformera en embryon, puis en fœtus. Au terme de la grossesse, lors de l’accouchement, un être viable constitué de plusieurs centaines de milliards de cellules sera expulsé du corps de la mère.

La grossesse est un processus d’une durée d’environ 40 semaines au cours duquel le zygote issu de la fécondation devient successivement un embryon, un fœtus, puis un bébé qui sera expulsé du corps de la mère, lors de l’accouchement.

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Figure 8 Un fœtus juste avant l’accouchement. La grossesse dure environ 40 semaines. Chapitre 3 • La reproduction humaine

73

L’univers vivant 3.3

Nom :

Groupe :

3

Le noyau du spermatozoïde

La division cellulaire

Un zygote de huit cellules Le bouton embryonnaire

Date :

Le noyau de l’ovule

Un zygote de deux cellules

Un zygote de quatre cellules

La couche de cellules externes 2

La fécondation

La trompe de Fallope

L’utérus

4

Figure 9

L’implantation dans l’utérus (la nidation)

L’ovaire 1

L’ovulation

Le développement du zygote, depuis la fécondation jusqu’à la nidation.

Du zygote à l’embryon À la suite de la fécondation, le zygote continue à avancer lentement dans la trompe de Fallope vers l’utérus (voir la gure 9). Pendant le trajet, il subit quelques divisions successives : chaque cellule nouvellement formée se divise en deux jusqu’à former un amas d’une centaine de cellules. Vers le 7 e jour du développement, cet amas s’implante dans l’endomètre, la paroi de l’utérus : c’est la nidation. À partir de ce moment, le zygote se transforme en embryon. La nidation assure l’alimentation des cellules de l’embryon jusqu’à ce que le placenta et le cordon ombilical soient complètement formés. Dès la nidation, l’embryon sécrète une hormone qui déclenche une série de réactions. Ces réactions ont pour eet d’épaissir la paroi de l’utérus et d’assurer ainsi l’alimentation de l’embryon. L’absence de menstruations constitue le premier signe de la grossesse.

Les structures annexes de l’embryon et du fœtus Le sac amniotique et le placenta sont deux tissus essentiels au développement de l’individu. Ils se forment peu après la nidation (voir la gure 10, à la page suivante). L’embryon est enfermé dans le sac amniotique, une enveloppe remplie de liquide amniotique qui 74

L’univers vivant

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Groupe :

le protège des chocs. Après les trois premiers mois de formation, le placenta nourrira l’embryon, le débarrassera de ses déchets et assurera l’échange des gaz respiratoires (oxygène et gaz carbonique) avec la mère par le cordon ombilical. Ce dernier semble partir du nombril, mais en fait, il est formé de vaisseaux sanguins qui traversent l’abdomen et rejoignent la circulation sanguine de l’embryon (ou du fœtus).

La paroi de l’utérus

Date :

Le liquide amniotique

L’univers vivant 3.3

Nom :

Le placenta

De l’embryon au fœtus Après la nidation, les cellules de l’embryon continuent de se diviser et elles se diérencient pour remplir des fonctions précises. Ainsi, certaines formeront les reins, d’autres le cœur et les vaisseaux sanguins, d’autres encore les os ou les nerfs, etc.

Le sac amniotique Le cordon

ombilical À la n de la 8e semaine de la grossesse, la plupart des organes sont en place, l’embryon devient un fœtus. Il mesure 3 cm, et sa masse est d’envi- Figure 10 Les structures annexes à l’embryon ron 2 g. Dès la 12e semaine, le fœtus commence et au fœtus. Un fœtus d’environ 12 semaines ainsi que les structures qui le protègent et le nourrissent. à bouger et il est possible de déterminer son sexe (voir la gure 11). C’est la n du premier trimestre de la grossesse. À ce stade, il y a moins de risques de voir apparaître des malformations congé nitales, c’est-à-dire des malformations dues à un mauvais développement au cours de la grossesse.

Pendant le deuxième trimestre de la grossesse, dès la 16e semaine, les organes génitaux sont complètement formés, le squelette se constitue, le cerveau se développe rapidement et rend le système nerveux fonctionnel. Vers la 20e semaine, un n duvet nommé « lunago » recouvre le fœtus. Il sera remplacé par des cheveux peu avant la naissance. Le fœtus adopte la position fœtale : il se ramasse sur lui-même par manque d’espace. À la n du deuxième trimestre, soit vers la 24e semaine de grossesse, il mesure entre 27 cm et 35 cm, et sa masse est d’environ 700 g. 12 semaines

24 semaines

36 semaines

Figure 11 L’évolution du fœtus. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

75

Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.3

Durant le troisième et dernier trimestre de la grossesse, les dif­ férents organes et systèmes achèvent leur développement. Dès la 24e semaine, le fœtus est viable et il pourrait, en principe, se déve­ lopper hors du corps de la mère moyennant des soins intensifs. Vers la 28e semaine, le pourcentage de gras augmente grandement. Le fœtus peut ouvrir les yeux. Il dort entre 18 et 20 heures par jour et gigote le reste du temps. Vers la 34 e semaine, il mesure entre 41 cm et 45 cm, et sa masse est d’environ 2,2 kg. Vers la fin du 3e trimestre, sa croissance s’accélère. Un peu à l’étroit dans l’utérus, il se retourne et se place la tête en bas. Il est alors prêt à naître.

La naissance La grossesse prend fin avec l’accouchement, c’est­à­dire avec l’expulsion hors du corps de la mère d’un bébé constitué de plu­ sieurs centaines de milliards de cellules. L’accouchement survient normalement entre la 38e et la 40 e semaine de la grossesse. En moyenne, le nouveau­né mesure 50 cm, et sa masse est de 3,2 kg. Le signal de l’accouchement est donné par une glande située à la base du cerveau. Le fœtus étant complètement formé, elle sécrète une hormone qui stimule les contractions de l’utérus et le travail commence. Le travail est une série de phénomènes mécaniques qui accompagnent la naissance de l’enfant. Il se divise en trois étapes : la dilatation, l’expulsion et la délivrance (voir la gure 12). L’accou­ chement peut aussi être provoqué par une injection d’hormones A

B

Le cordon L’utérus ombilical

Le col de l’utérus

C

Le décollement du placenta

Le vagin

Le cordon ombilical

Figure 12 Les principales étapes de l’accouchement. A La dilatation. Les contractions de l’utérus poussent le bébé vers le bas et provoquent la dilatation graduelle du col de l’utérus. Habituellement, lors de la dilatation, la membrane du sac amniotique se déchire et le liquide s’écoule par le vagin. On dit alors que la mère « perd ses eaux ». La dilatation dure généralement de 6 à 12 heures.

76

L’univers vivant

B L’expulsion. Lorsque le col est complètement dilaté, les contractions de l’utérus deviennent très fortes et sont de plus en plus rapprochées, de telle sorte que le bébé est poussé à s’engager dans le col de l’utérus puis dans le vagin. Pour faciliter le passage de son corps dans le vagin, le bébé tourne la tête. L’expulsion dure habituellement de 20 à 120 minutes.

C La délivrance. Le placenta et une partie du cordon ombilical sont expulsés à leur tour. La délivrance survient habituellement dans les 30 minutes qui suivent la naissance du bébé.

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Date :

L’univers vivant 3.3

qui imitent le signal donné naturellement ou par une incision dans le sac amniotique. Le bébé peut également naître par césarienne, c’est-à-dire par une intervention chirurgicale consistant à pratiquer une incision dans la paroi de l’utérus an d’en sortir l’enfant.

Adopter de saines habitudes de vie Pendant la grossesse, les cellules se divisent et se spécialisent de façon à assurer la formation des organes et leur développement. Chaque étape de la grossesse est importante pour la formation du bébé. Il est donc souhaitable que la mère prenne certaines précautions pour réduire au minimum les risques liés à chacun des stades de la grossesse, surtout au cours du premier trimestre, car les risques de malformations sont alors plus élevés. La principale précaution à prendre consiste à éviter de consommer ou d’être en contact avec des substances susceptibles d’atteindre directement l’embryon ou le fœtus via le placenta ou le cordon ombilical. La mère a avantage, par exemple, à s’abstenir de prendre de l’alcool, de la drogue, ou des médicaments, ou encore d’absorber les substances contenues dans la fumée de cigarette. Il importe aussi que la mère ait une bonne hygiène de vie, ce qui signie notamment : • avoir une bonne qualité de sommeil ; • avoir une alimentation saine et équilibrée ; • vivre dans des lieux calmes et bien aérés ; • faire régulièrement de l’activité physique.

Flash

histoire

La césarienne : une opération pratiquée depuis la nuit des temps

À l’origine, la césarienne était pratiquée seulement lorsque la mère mourait, le plus souvent pendant l’accouchement. Puis, au début du 16e siècle, on pratiqua avec succès la première césarienne connue sur une femme vivante incapable d’accoucher naturellement. Cependant, jusqu’au 19e siècle, plus de 80 % des femmes accouchées par césarienne mouraient, le plus souvent des suites d’une infection contractée lors de l’opération. Vers la n du 19e siècle, grâce aux progrès de l’anesthésie et des méthodes de lutte contre l’infection, la césarienne devient une pratique courante. Aujourd’hui, bien que la technique soit parfaitement maîtrisée, la césarienne comporte des risques, comme toute intervention chirurgicale. C’est pourquoi elle n’est pas pratiquée sur demande, mais seulement lorsque la vie du bébé ou de la mère est en danger.

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Tout comme il le ferait lors d’un accou­ chement naturel, le père peut assister à un accouchement par césarienne.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

77

L’univers vivant 3.3

Nom :

Groupe :

Date :

Activités 1

Qu’est-ce que la grossesse ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Nommez l’étape du développement humain, lors de la grossesse, qui correspond à chacune des descriptions suivantes. Dans chacun des cercles, indiquez dans quel ordre ces étapes se déroulent. Organisme en développement dont les organes se forment petit à petit.

3

Organisme dont les organes sont formés et qui complète son développement.

Cellule fusionnée qui subit des divisions successives.

Que suis-je ? a) Le phénomène qui marque le début de la grossesse. b) La durée moyenne de la grossesse. c) Le phénomène qui assure l’alimentation de l’embryon avant que les structures annexes soient en place. d) Le premier signe visible de la grossesse. e) La semaine de la grossesse où le fœtus est devenu sufsamment viable pour pouvoir se développer hors du corps de la mère en cas de naissance prématurée.

78

L’univers vivant

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4

Groupe :

Date :

Pour chacune des semaines indiquées dans le calendrier de grossesse ci-dessous, donnez deux caractéristiques concernant le développement du fœtus.

Semaines

Caractéristiques

8e

12e

16e

20e

24e

28e

34e

5

Associez les passages de l’histoire suivante à une des trois étapes de l’accouchement (dilation, expulsion, délivrance). Surlignez la dilatation en jaune, l’expulsion en vert et la délivrance en bleu. Léa, Pilar et Alice se retrouvent au parc avec leurs nouveau-nés. Elles parlent de leur accouchement. Léa, qui accouchait pour la troisième fois, raconte qu’elle n’a poussé que deux minutes pour que son bébé sorte de la tête aux pieds. Pilar est bien jalouse. Ses contractions ont duré des heures, et son enfant est nalement né par césarienne. Quant à Alice, elle dit que l’accouchement s’est déroulé rondement et sans problème. Elle a été étonnée de constater, seulement quelques minutes après avoir pris son bébé dans ses bras, que le placenta était expulsé et que le cordon était très long. Son conjoint l’a d’ailleurs trouvé très difcile à couper.

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

79

L’univers vivant 3.3

Nom :

L’univers vivant 3.3

Nom :

6

Groupe :

Date :

Nommez les structures désignées par une lettre dans le schéma suivant et indiquez leur fonction.

A B C D

E

Structures

Fonctions

A.

B.

C.

D.

E.

7

80

Votre tante est enceinte. Donnez-lui trois conseils pour que son bébé soit en santé et que sa grossesse se déroule bien.

L’univers vivant

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Date :

Les stades du développement humain

Tout comme les autres animaux et les plantes, les êtres humains ont plusieurs stades de développement. Ces stades sont les étapes successives que traverse l’individu au cours de sa vie. Après les trois phases de la grossesse (zygote, embryon, fœtus) et la naissance, les êtres humains connaissent trois grands stades de développement : l’enfance, l’adolescence et l’âge adulte.

Définition

3.4

Groupe :

L’univers vivant 3.4

Nom :

Les stades de développement humain sont les étapes successives que traverse un individu au cours de sa vie.

L’enfance L’enfance est le premier stade du développement humain. Il débute dès la naissance et se poursuit jusqu’aux premiers signes de la puberté, vers l’âge de 10 ans chez les lles et de 12 ans chez les garçons. On divise le stade de l’enfance en quatre étapes : nouveau-né, nourrisson, petite enfance et enfance. Les deux premières étapes de l’enfance couvrent la période qui va de la naissance à l’âge de 2 ans. Entre la naissance et l’âge d’un mois, on a aaire à un nouveau-né. Ce premier mois est une période relativement instable, car le nouveau-né fait la transition entre sa vie à l’intérieur de l’utérus de la mère et sa vie dans le monde extérieur. De l’âge d’un mois jusqu’à 2 ans, l’individu est considéré comme un bébé ou un nourrisson. Complètement dépendant à la naissance, le nourrisson acquiert peu à peu une certaine autonomie pendant ce stade : il apprend à marcher, à communiquer, à manger seul, etc. (voir la figure 13). C’est aussi pendant cette période que la croissance de l’individu sera la plus forte. Le nouveau-né qui, en moyenne, mesurait 50 cm à la naissance aura grandi d’environ 35 cm après seulement 2 ans (voir la gure 14, à la page suivante). De 2 ans à 6 ans, c’est l’étape de la petite enfance. L’enfant acquiert de plus en plus d’autonomie sur le plan physique et mental. Ses mouvements sont de mieux en mieux coordonnés, il développe une certaine force physique, il apprend à socialiser avec son entourage, etc. La croissance est encore importante dans la petite enfance.

Figure 13 Le nourrisson. Pour le nourrisson, apprendre à manger seul est une étape importante vers l’autonomie.

De 7 ans à 10 ans, c’est l’étape de l’enfance. Durant cette étape, la croissance ralentit. L’enfant poursuit le développement de son autonomie, il fréquente l’école, et ses capacités mentales et physiques augmentent considérablement. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

81

Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.4

Nom :

Nourrisson 2 mois 55 cm

Début de la petite enfance Petite enfance 2 ans 4 ans 86 cm 110 cm

Enfance 7 ans 120 cm

Adolescence 12 ans 145 cm

Âge adulte 20 ans 175 cm

Figure 14 La croissance et les modications des proportions du corps depuis la naissance jusqu’à l’âge adulte. Les parties du corps se développent à des rythmes différents, et leurs proportions relatives se modient. Par exemple, la tête du nourrisson est proportionnellement beaucoup plus grosse que celle du jeune adulte.

L’adolescence L’adolescence est le passage de l’enfance à l’âge adulte. Ce stade du développement est marqué par la puberté, un ensemble de modications liées à la maturation sexuelle, et permettant à l’indi­ vidu de se reproduire. Ces modications sont d’ordre physique et psychologique (voir le tableau 1). Elles apparaissent vers 10 ans chez les lles et vers 12 ans chez les garçons. On assiste à une poussée de croissance qui prendra n vers l’âge de 18 ans chez les garçons et 2 ans après le début des menstruations chez les lles. Tableau 1 Sexe

82

L’univers vivant

Les changements à la puberté Changements observés

Fille

• Développement des seins et des hanches. • Modication de la vulve deux à trois ans avant les premières menstruations. • Apparition des menstruations.

Garçon

• • • •

Fille et garçon

• Apparition de poils (jambes, pubis, aisselles). • Mue de la voix (plus marquée chez le garçon). • Transpiration plus abondante (sur tout le corps chez la lle et plus localisée chez le garçon). • Besoin d’autonomie, d’émancipation. • Apparition de l’acné. • Apparition du désir sexuel.

Apparition de poils au visage et sur le corps. Développement de la musculature. Allongement des bras. Augmentation du volume du pénis et des testicules.

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.4

L’âge adulte Dans les pays occidentaux, l’adolescence se termine normalement au moment de la majorité civile, atteinte à l’âge de 18 ans au Canada. L’individu entre dans le dernier stade de son développement. Ce stade se poursuivra jusqu’à la mort. L’adulte est mature sexuellement, capable de se reproduire et de fonder une famille. Les femmes sont fertiles jusqu’à la ménopause, laquelle débute entre 45 ans et 55 ans. Les hommes sont théoriquement fertiles jusqu’à la n de leur vie. L’adulte est productif et actif socialement, et légalement responsable de ses actes.

Le vieillissement Biologiquement, l’âge auquel les organes et les tissus commencent à vieillir peut varier selon les individus. Le vieillissement devient souvent manifeste vers l’âge de 70 ans. Les signes annonciateurs sont nombreux : apparition de rides plus profondes, blanchiment et perte des cheveux, diminution de la masse musculaire, apparition de l’arthrite ou des rhumatismes, aaiblissement et ralentissement des fonctions urinaires et de la capacité cardiaque, etc. L’adulte vieillissant peut perdre en autonomie. Il modie puis réduit peu à peu ses activités, mais il demeure légalement responsable de ses actes jusqu’à sa mort.

Flash

histoire

L’adolescence : un stade qui n’a pas toujours existé

Avant le 19 e siècle, l’ado­ le scence n’existait pas. Bien sûr, les individus connaissaient les mêmes stades de développement qu’aujourd’hui, mais l’en­ fant devenait adulte dès qu’il avait atteint la pu­ berté. Encore aujourd’hui, dans certains pays, on sou­ ligne souvent la puberté par un rite, une épreuve ou une fête. Ainsi, en Angola, un pays d’Afrique, au cours de festivités qui peuvent durer jusqu’à sept jours, on enseigne à la jeune lle tout ce qu’elle doit savoir pour devenir une femme.

Au Kenya, de jeunes guerriers Masaï se préparent pour la cérémonie d’initiation qui marquera leur entrée dans le monde adulte.

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

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L’univers vivant 3.4

Nom :

Groupe :

Date :

Activités 1

Que sont les stades du développement humain ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Dans le tableau suivant, indiquez les principales caractéristiques des trois grands stades du développement humain. Stades

Caractéristiques

Enfance

Adolescence

Âge adulte

Âge

Croissance

Autonomie

Particularités

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L’univers vivant

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Groupe :

Date :

3

Illustrez par un dessin schématique l’afrmation suivante : « Au cours de la vie, les proportions du corps changent. »

4

Dans le tableau suivant, indiquez au moyen d’un crochet les changements observés à la puberté, attribuables à la lle, au garçon ou au deux. Changements

Fille

Garçon

a) Besoin d’autonomie b) Développement musculaire c) Menstruations d) Modication des organes génitaux externes e) Mue de la voix f) Apparition de la pilosité g) Transpiration plus abondante h) Apparition du désir sexuel

5

Nommez cinq signes du vieillissement de l’individu.

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

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L’univers vivant 3.4

Nom :

L’univers vivant 3.4

Nom :

6

Groupe :

Date :

Dans le tableau ci-dessous, indiquez au moyen d’un crochet le stade de développement humain que l’on peut associer à chacune des situations suivantes. Situations

Enfance

Adolescence

Âge adulte

a) Alice mange de la purée de banane pour la première fois. Elle adore ça ! Elle devrait goûter aux autres fruits bientôt. b) Claire et André emménagent ensemble dans leur premier appartement. c) Dima commence à fréquenter Alexis. Ils sont bien ensemble même s’ils sont un peu timides. d) Louis-Nicolas a un sourire édenté. Il a perdu ses premières dents de lait la semaine dernière. e) Odette a fait une chute sur la glace et s’est cassé la hanche. Elle se rend compte qu’elle a moins d’équilibre qu’avant et que ses os sont plus fragiles. f) Tanya s’est trouvé un premier emploi. Elle travaille à temps partiel pour payer ses cours de conduite automobile. g) Tran commence à se traîner et à explorer la maison. h) Tula réclame des heures de retour à la maison plus tardives les ns de semaine, ce qui crée des frictions avec ses parents qui la trouvent trop jeune. i) Depuis la naissance de ses enfants, Chantal fréquente moins ses amis. Elle travaille aussi de longues heures car elle souhaite obtenir une promotion.

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L’univers vivant

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Nom :

Groupe :

1

le

point

L’univers vivant

Pour faire

Date :

a) Nommez l’endroit où se déroule chacune des actions décrites ci-dessous. Énoncés

Réponses

1) Les spermatozoïdes peuvent y séjourner quelques mois s’ils ne sont pas évacués du corps lors d’une éjaculation. 2) Lieu de déversement des spermatozoïdes. 3) Organes qui servent à la copulation. 4) Lieu de la fécondation. 5) Organe où l’embryon s’implante. 6) Lieu de maturation de l’ovule. 7) Capte l’ovule qui sort de l’ovaire. b) Sur les schémas suivants, marquez d’un chiffre (1 à 7) chacun des endroits décrits à la question a).

2

Placez les étapes suivantes dans l’ordre, de la production des spermatozoïdes (1) jusqu’à la fécondation (9). a) Les spermatozoïdes sont déversés dans le vagin. b) Les spermatozoïdes traversent l’urètre. c) Les spermatozoïdes traversent l’utérus. d) Les spermatozoïdes circulent dans les canaux déférents. e) Les spermatozoïdes atteignent les trompes de Fallope. f) Les spermatozoïdes séjournent dans l’épididyme. g) Les testicules fabriquent des spermatozoïdes. h) Quelques spermatozoïdes s’approchent de l’ovule. i) Un des spermatozoïdes pénètre dans l’ovule.

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

87

Nom :

Date :

Voici quatre gures. Identiez le gamète femelle, le gamète mâle, le zygote et l’embryon.

L’univers vivant

3

Groupe :

a)

b)

c)

d)

4

L’utérus joue un rôle primordial au cours de la grossesse. Quelles différences observe-t-on dans cet organe selon qu’il y a grossesse ou non ?

5

Les termes de la colonne de gauche correspondent chacun à un stade du développement soit du fœtus, soit de l’être humain. Faites correspondre chacun de ces termes à la période appropriée.

88

a) Adolescence

1) De 2 ans à 6 ans

b) Adulte

2) De 18 ans à la mort

c) Embryon

3) De 7 ans à la puberté

d) Enfance

4) De la 9e semaine à la naissance

e) Fœtus

5) De la fécondation à la nidation

f) Petite enfance

6) De la n de la nidation à la 8e semaine

g) Zygote

7) De la puberté à 18 ans

L’univers vivant

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Groupe :

3.5

Date :

L’univers vivant 3.5

Nom :

La contraception

La contraception est l’ensemble des moyens utilisés pour éviter une grossesse. Elle désigne uniquement les procédés qui ont une action temporaire et réversible. Ceux qui entraînent la stérilité permanente sont donc exclus.

Définition

Il existe plusieurs moyens de contraception. Aucun n’est totalement infaillible. Leur ecacité dépend du respect de leurs conditions d’utilisation. Aucun ne convient parfaitement à tous ni durant toute la vie. Le choix d’un moyen de contraception est une décision personnelle, inuencée entre autres par les valeurs de chacun des partenaires, le but poursuivi, ainsi que l’ecacité et l’accessibilité du moyen retenu.

La contraception est l’ensemble des moyens qui sont utilisés pour éviter une grossesse et qui ont une action temporaire et réversible.

Les moyens de contraception La pilule contraceptive La pilule contraceptive contient des hormones semblables à celles fabriquées naturellement par la femme pendant son cycle menstruel. C’est un contraceptif oral qui s’obtient sur ordonnance médicale. Prise pendant 21 jours, à la même heure, la pilule libère des hormones et empêche l’ovulation. Pour permettre les menstruations, on cesse pendant 7 jours ou on prend des pilules sans hormones an de conserver l’habitude de prendre la pilule, d’éviter les oublis. Taux d’efcacité : 99,5 %. Avantages : Simple d’utilisation. Régularise les cycles menstruels et réduit les douleurs menstruelles. Inconvénients : Nécessite une régularité absolue. N’assure aucune protection contre les infections transmissibles sexuellement et par le sang (ITSS). Peut entraîner des effets secondaires.

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La pilule contraceptive à administration continue La pilule contraceptive à administration continue contient des hormones semblables à celles fabriquées naturellement par la femme pendant son cycle menstruel. C’est un contraceptif oral qui s’obtient sur ordonnance médicale. Prise pendant 28 jours, à la même heure, la pilule empêche l’ovulation en libérant des hormones chaque jour. Taux d’efcacité : 99,5 %. Avantages : Simple d’utilisation. Réduit la fréquence des menstruations dans une année et réduit les douleurs menstruelles. Inconvénients : Nécessite une régularité absolue. N’assure aucune protection contre les ITSS. Peut entraîner des effets secondaires. Doit être arrêtée pendant quelques jours s’il y a des saignements.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

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L’univers vivant 3.5

Nom :

Groupe :

L’anneau vaginal contraceptif L’anneau vaginal est un anneau de plastique souple qui mesure environ 5 cm de diamètre. Installé une fois par mois dans le vagin, l’anneau vaginal libère des hormones qui empêchent l’ovulation. Il demeure en place 21 jours, puis est retiré pendant 7 jours pour permettre les menstruations. L’anneau vaginal s’obtient sur ordonnance médicale. Taux d’efcacité : 99 %. Avantages : Ne requiert pas une attention quotidienne, donc diminue le risque d’oublis. Régularise les cycles menstruels et réduit les douleurs menstruelles. Inconvénients : N’assure aucune protection contre les ITSS. Peut entraîner des effets secondaires. L’insertion demande une certaine habileté.

Le timbre contraceptif Le timbre contraceptif est un petit carré qui, une fois collé sur la peau, libère des hormones qui empêchent l’ovulation. Le timbre doit être changé chaque semaine, toujours le même jour, pendant trois semaines. Puis on fait une pause d’une semaine pour permettre les menstruations. Le timbre contraceptif s’obtient sur ordonnance médicale. Taux d’efcacité : Environ 99 %. Avantages : Simple d’utilisation. Une application par semaine diminue le risque d’oublis. Régularise les cycles menstruels et diminue les douleurs menstruelles. Inconvénients : N’assure aucune protection contre les ITSS. Peut entraîner des effets secondaires. Peut provoquer une irritation de la peau dans la région d’application du timbre. Peut se décoller.

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L’univers vivant

Date :

Le spermicide Le spermicide est une substance chimique qui se dépose sur le col de l’utérus. Il immobilise, puis tue les spermatozoïdes avant qu’ils n’atteignent l’utérus. Le spermicide se présente sous plusieurs formes : éponge, gelée, crème, mousse ou suppositoire. Quelle que soit la forme choisie, le spermicide doit être utilisé avec un autre moyen de contraception, comme le condom ou le diaphragme ; seul, il n’est pas sufsamment efcace. Le spermicide est accessible sans ordonnance médicale. Taux d’efcacité : Entre 74 et 94 %. Avantage : Simple d’utilisation. Inconvénients : N’assure aucune protection contre les ITSS. Peut provoquer des allergies ou des irritations. Doit être utilisé avant chaque relation sexuelle.

La cape cervicale et le diaphragme La cape cervicale et le diaphragme sont des coupoles ou des dômes de latex qui s’appliquent sur le col de l’utérus. Ces deux dispositifs s’adaptent au col et recueillent les spermatozoïdes, les empêchant ainsi d’accéder à l’utérus. Ils s’utilisent avec un spermicide. La cape cervicale et le diaphragme s’obtiennent sur ordonnance médicale. Taux d’efcacité : Entre 60 et 91 %. Avantage : Peuvent être insérés peu de temps avant une relation sexuelle. Inconvénients : N’assurent aucune protection contre les ITSS. L’insertion demande une certaine habileté. Peuvent causer des allergies ou des irritations.

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Le condom masculin Le condom masculin est une enveloppe, généralement de latex ou de polyuréthane, qui recouvre le pénis en érection. Il recueille les spermatozoïdes, les empêchant ainsi d’atteindre l’appareil génital de la femme. Il existe des condoms avec spermicide qui augmentent l’efcacité de la contraception. Le condom masculin est accessible sans ordonnance médicale. Taux d’efcacité : 86 à 97 %. Avantages : Assure une protection contre les ITSS. Simple d’utilisation. Économique. Rôle actif joué par l’homme dans la contraception. Inconvénients : Doit être utilisé avant chaque relation sexuelle. Peut causer des allergies ou des irritations.

Le stérilet Le stérilet est un dispositif installé pour une période de 3 à 5 ans. Il a une structure de plastique en forme de T. Deux types de stérilet sont offerts sur le marché : le stérilet de cuivre et le stérilet hormonal. Le l de cuivre ou l’hormone du stérilet crée dans l’utérus un environnement défavorable aux spermatozoïdes. Le stérilet provoque également une inammation de l’endomètre qui empêche la xation du zygote dans l’utérus. L’installation du stérilet doit être faite par un médecin. Taux d’efcacité : Environ 99 %. Avantages : Simple d’utilisation. Pas de préoccupations quotidiennes. Moyen de contraception permanent généralement réservé aux femmes ayant déjà eu un enfant. Absence ou diminution des menstruations. Inconvénients : N’assure aucune protection contre les ITSS. Peut entraîner des effets secondaires. Risque d’infections.

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Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.5

Nom :

Le condom féminin Le condom féminin est un cylindre en polyuréthane comportant un anneau à chaque extrémité. Il est introduit dans le vagin avant une relation sexuelle. Le condom féminin couvre le vagin et la vulve. Il recueille les spermatozoïdes, les empêchant ainsi d’atteindre l’appareil génital. Le condom féminin est accessible sans ordonnance médicale. Taux d’efcacité : Entre 80 et 95 %. Avantages : Assure une protection contre les ITSS. Simple d’utilisation. Peut être inséré peu de temps avant une relation sexuelle. Inconvénients : L’insertion demande une certaine habileté. Assez coûteux. Peut causer des allergies ou des irritations.

Le contraceptif oral d’urgence Appelé dans le passé « pilule du lendemain », le contraceptif oral d’urgence est utilisé lorsque, par exemple, il y a eu relation sexuelle non protégée ou qu’une mauvaise utilisation du moyen de contraception fait douter de son efcacité. Il s’agit d’une méthode de contraception d’exception qui consiste en l’administration de deux doses massives d’hormones qui empêchent la fécondation ou la xation du zygote dans l’utérus. Le contraceptif oral d’urgence est accessible sans ordonnance médicale, mais sur demande seulement (dans les pharmacies, les cliniques et auprès des inrmières scolaires). Taux d’efcacité : 95 % s’il est pris au plus tard 12 heures après la relation sexuelle ; 60 % s’il est pris après 5 jours. Inconvénients : N’assure aucune protection contre les ITSS. Entraîne plusieurs effets secondaires.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

91

L’univers vivant 3.5

Nom :

Groupe :

Le contraceptif injectable Le contraceptif injectable est une hormone à effet prolongé administrée tous les trois mois par injection. Il empêche l’ovulation. Le contraceptif injectable s’obtient sur ordonnance médicale. Taux d’efcacité : 97 %. Avantages : Simple d’utilisation. Pas de préoccupations quotidiennes. Absence ou diminution des menstruations. Inconvénients : N’assure aucune protection contre les ITSS. Saignements irréguliers entre les cycles menstruels. Peut entraîner des effets secondaires. Peut retarder la fertilité à la suite de l’arrêt de la contraception.

Date :

En plus des moyens de contraception, deux méthodes de stérilisation permettent la planication des naissances : la vasectomie chez l’homme et la ligature des trompes de Fallope chez la femme. Ce sont des méthodes chirurgicales, généralement irréversibles.

Flash

histoire

À quand la pilule pour homme ?

Dès son apparition dans les années 1960, la pilule contraceptive a révolutionné la vie des femmes et transformé les sociétés industrialisées. Depuis, tous les nouveaux moyens de contraception mis en marché sont destinés aux femmes. Or, il semble que le contraceptif oral pour homme soit sur le point d’apparaître. En effet, une équipe de chercheurs australo-américains a bloqué la production de spermatozoïdes chez 97 % à 100 % des 1500 sujets à qui ils ont administré une contraception hormonale entre les années 1990 et 2005. Cependant, les effets secondaires sont assez nombreux et marqués, et les spermatozoïdes ne redeviennent fertiles que 10 semaines après l’arrêt de la contraception. Il faut en outre une ou plusieurs injections d’hormones par semaine. On peut tout de même s’attendre à avoir une pilule contraceptive pour homme pratique et efcace vers 2020. Les hommes pourront alors aussi mieux contrôler leur fertilité.

Activités 1

Qu’est-ce que la contraception ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Nommez deux facteurs qui peuvent inuencer le choix d’un moyen de contraception.

3

Expliquez les afrmations suivantes. a) Aucun moyen de contraception n’est totalement efcace.

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L’univers vivant

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Groupe :

Date :

b) Aucun moyen de contraception ne convient parfaitement à tous ni ne peut être utilisé durant toute la vie.

4

a) Deux critères permettent de déterminer si une méthode de planication des naissances est un moyen de contraception. Quels sont-ils ?

b) Pourquoi la ligature des trompes et la vasectomie ne sont-elles pas considérées comme des moyens de contraception, alors qu’elles permettent de planier les naissances ?

Protège contre les ITSS lorsqu’il est utilisé seul

Empêche l’ovulation

Contient des substances chimiques

Moyens de contraception

Utilisé(e) par l’homme

Marquez d’un crochet les caractéristiques qui s’appliquent à chacun des moyens de contraception énumérés dans le tableau suivant.

Utilisé(e) par la femme

6

Forme une barrière contre les spermatozoïdes

Pourquoi le contraceptif oral d’urgence doit-il être pris seulement dans une situation d’urgence ?

Empêche la xation du zygote dans l’utérus

5

a) L’anneau vaginal contraceptif b) La cape cervicale et le diaphragme c) La pilule contraceptive et à administration continue d) Le condom féminin e) Le condom masculin f) Le contraceptif injectable g) Le contraceptif oral d’urgence h) Le spermicide i) Le stérilet j) Le timbre contraceptif

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

93

L’univers vivant 3.5

Nom :

Date :

Le spermicide

Le stérilet

Le timbre contraceptif

Le contraceptif injectable

Le condom féminin

Le condom masculin

Avantages et inconvénients

La pilule contraceptive

Cochez les avantages et les inconvénients que présente chacun des moyens de contraception ci-dessous.

La cape cervicale et le diaphragme

7

Groupe :

L’anneau vaginal contraceptif

L’univers vivant 3.5

Nom :

Avantages a) Simple d’utilisation b) Protège des ITSS c) Moins de risques de l’oublier d) Effet prolongé e) Rôle actif joué par l’homme dans la contraception f) Peut être inséré peu de temps avant une relation sexuelle g) Régularise le cycle menstruel Inconvénients h) Requiert de la régularité i) Peut entraîner des effets secondaires j) Requiert une certaine habileté k) Peut provoquer des allergies ou des irritations l) N’offre aucune protection contre les ITSS m) Peut retarder la fertilité après l’arrêt de l’utilisation

8

Sophie et Jean se fréquentent occasionnellement depuis six mois. Ils prévoient avoir une relation sexuelle dans les prochains jours. Ils doivent choisir une combinaison de moyens de contraception qui tient compte des facteurs suivants : • Ils veulent un taux d’efcacité maximal et sont prêts à combiner plusieurs moyens pour l’obtenir. • Ils veulent éviter à la fois une grossesse et les ITSS. • Sophie a tendance à oublier de prendre ses médicaments. • Sophie ne veut pas se rendre dans une clinique tous les mois. Nommez une combinaison de moyens de contraception que Sophie et Jean pourraient utiliser. Expliquez le mode d’action de chacun de ces moyens. Moyen 1 : Moyen 2 :

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L’univers vivant

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Nom :

Date :

Carmen et André ont tous les deux 24 ans. Ils se fréquentent maintenant depuis deux ans, et des examens médicaux récents révèlent qu’ils ne souffrent d’aucune ITSS. Ils décident d’abandonner le condom au prot d’un autre moyen de contraception efcace. Leur choix doit prendre en compte les facteurs suivants :

L’univers vivant 3.6

9

Groupe :

• Ils sont prêts tous les deux à accepter que l’efficacité ne soit pas totale. • Carmen ne veut pas prendre d’hormones qui empêchent l’ovulation. • Ils désirent attendre au moins un an avant d’avoir un enfant. Nommez deux moyens de contraception que Carmen et André pour­ raient utiliser. Expliquez le mode d’action de chacun de ces moyens. Moyen 1 : Moyen 2 :

Définition

3.6

Les infections trans-

missibles sexuellement et par le sang (ITSS) sont des infec­ tions qui se transmet­ tent par voie sexuelle ou par le sang.

Les infections transmissibles sexuellement et par le sang (ITSS)

Les activités sexuelles peuvent comporter des risques pour la santé. Les infections transmissibles sexuellement et par le sang (ITSS) constituent un de ces risques. Certaines, comme le sida et la syphilis, peuvent être mortelles si elles ne sont pas traitées. Évidemment, les ITSS ne sont pas toutes aussi graves, mais elles présentent néanmoins un danger. De manière générale, les ITSS peuvent : • causer la stérilité chez l’homme ou la femme, c’est-à-dire les empêcher d’avoir des enfants ; • mettre en péril la santé du fœtus lors d’une grossesse et celle du bébé après la naissance ; • se propager facilement et rapidement entre les individus surtout lorsqu’il y a des relations sexuelles. Des données publiées en 2011 indiquent qu’au Québec, le nombre de personnes infectées chaque année par les ITSS

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.6

augmente au lieu de diminuer. Le problème est d’autant plus sérieux que bon nombre d’entre elles peuvent n’avoir aucun symptôme pendant un certain temps. Ces personnes ignorent qu’elles sont infectées et peuvent contribuer à transmettre l’infection à d’autres. Il importe donc de connaître les principales ITSS et de prendre les mesures nécessaires pour éviter leur propagation. Voici les ITSS les plus fréquentes, leurs symptômes et les moyens de les traiter.

La gonorrhée

contact sexuel, ou lors de Transmission : Le plus souvent par t alors être atte int d’une peu l’accouchement. Le nouveau-né sérieuse infection aux yeux. t inexistants ou apparaisSymptômes : Symptômes souven mination. Chez la femme : sant quelques jours après la conta inaux anormaux, sensaécoulements ou saignements vag s abdominales ou pentions de brûlure en urinant, douleur z l’homme : sensations de dant les relations sexuelles. Che souvent accompagné de brûlure en urinant, écoulement des testicules. douleur au pénis, douleur ou enure Traitement : Antibiotique. La bactérie de la gonorrhée : Neisseria gonorrhoeae.

L’infection à chlamydia Transmission : Le plus souvent par contact sexuel, mais aussi lors de l’accouchement, la mère infe ctant le nouveau-né. Symptômes : Symptômes souven t inexistants. S’ils apparaissent, les symptômes se man ifestent après une période d’incubation de une à quatre sem aines. Chez la femme : pertes vaginales ou saignements vag inaux anormaux, sensations de brûlure en urinant, douleur s abdominales accompagnées de èvre et de frissons, dou leurs pendant les relations sexuelles. Chez l’homme : sensati ons de brûlure en urinant, écoulement laiteux, sensati ons de lourdeur et enure des testicules. Traitement : Antibiotique. La bactérie de l’infection à chlamydia : Chlamydia trachomatis.

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L’univers vivant

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Groupe :

Date :

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Nom :

La syphilis

La bactérie de la syphilis : Treponema pallidum.

Transmission : Par contact sexuel et transmission au fœtus pendant la grossesse. Si la syphilis n’est pas traitée pendant la grossesse, les bébés infectés risquent d’être mortnés ou de mourir peu après leur nais sance. Symptômes : Premier stade (environ trois semaines après la contamination) : apparition d’un e plaie non douloureuse qui disparaît après quelques sem aines. Deuxième stade (dure de six semaines à six mois) : apparition puis disparition de douleurs musculaires et articulaires, de èvre, d’enure des ganglions et de rougeu rs sur la peau. Troisième stade (quelques années plus tard ) : apparition de lésions sévères à divers organes (cerveau, yeux, cœur, foie, etc.) qui peuvent entraîner la mort. Traitement : Antibiotique.

L’hépatite B

rme, les sécrétions vagiTransmission : Par le sang, le spe Le virus de l’hépatite B ve. sali nales et plus rarement la attaque le foie. mes chez la majorité des Symptômes : Absence de symptô t présents, les symppersonnes infectées. Lorsqu’ils son éralement entre deux et tômes suivants apparaissent gén que d’appétit, fatigue, six mois après la contamination : man t des yeux et de la men isse nausées et vomissements, jaun ominales. peau, urine foncée et douleurs abd cin peut être administré Prévention et traitement : Un vac onnes à risques, comme par mesure de prévention aux pers sanguins, celles faisant celles manipulant des produits plusieurs partenaires usage de drogues, celles ayant s, etc. L’hépatite B ctée sexuels, les bébés nés de mères infe et les individus ent tem trai se guérit généralement sans s certains cas, le trairésistent naturellement au virus. Dan er des antiviraux. tement peut être complexe et exig

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Le virus de l’hépatite B.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

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L’univers vivant 3.6

Nom :

Groupe :

Date :

L’herpès génital Transmission : Principalement par contact sexuel, mais également par simple contact ave c la peau, même en l’absence de symptômes. Le virus peut se transmettre de la mère au fœtus pendant la gros sesse ou au nouveau-né lors de l’accouchement. Symptômes : Souvent, aucun sym ptôme ne se manifeste lors de la première infection. Les symptômes consistent en de petites ampoules dans la région génitale, souvent accompagnées de sensations de pico tement. Après quelques jours, elles éclatent et créent de peti tes plaies qui s’assèchent puis disparaissent. Une fois infecté, le virus demeure dans le corps toute la vie. Certains n’au ront plus jamais de symptômes, alors que les symptô mes peuvent apparaître et disparaître chez d’autres personn es infectées. Le virus de l’herpès génital : Prévention et traitement : Il n’existe encore aucun moyen d’éliminer complètement l’herpès Her pes simplex. . Les traitements actuels permettent seulement de réduire les symptômes. Une bonne hygiène corporelle, consistant à con server les zones infectées sèches et propres, contribue à prév enir la contamination. Le traitement de cas chroniques peut exig er des antiviraux.

Le virus du papillome humain (VP

Le virus du papillome humain (VPH) : Papillomavirus.

98

L’univers vivant

H)

sexuel, soit par contact Transmission : Soit par contact Une fois infecté, le virus . ues direct de la peau avec les verr demeure dans le corps toute la vie. ion de trois semaines à Symptômes : Après une incubat années, le VPH cause des sept mois et plus, voire même des mes ») qui ressemblent à verrues (aussi appelées « condylo araissent surtout dans des choux-eurs. Ces verrues app ser le cancer du col cau t la région génitale. Le VPH peu de l’utérus. cin contre certains types Prévention et traitement : Un vac . En ce qui concerne les de VPH est disponible au Québec crème pour les faire condylomes, on peut appliquer une un médecin. disparaître ou les faire enlever par

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Les morpions et la gale Transmission : Les morpions son t des parasites, tout comme ceux qui causent la gale , une ITSS hautement contagieuse. Les morpions peuven t se transmettre par des contacts physiques intimes (sex uels ou non), mais ils peuvent aussi survivre jusqu’à deu x jours dans la literie, les serviettes et les vêtements de la personne infectée. Quant aux parasites qui causent la gale, un simple contact avec la région infectée peut sufre à leur propagation. Symptômes : Morpions : démang eaisons dans la région génitale ou dans d’autres end roits poilus du corps. Gale : démangeaisons intenses à dive rs endroits du corps, surtout le soir et la nuit , apparition de boutons rouges et de sillons qui ressemblent à des égra tignures. Traitement : Shampooing, crème ou lotion médicamentée Un morpion. en vente libre à la pharmacie ou des médicaments antiparasitaires. Désinfection du linge susceptible d’être contaminé.

Flash

info

Le vaccin anti-VPH

L’infection au VPH est l’ITSS la plus courante dans le monde. On estime qu’environ 75 % de la population sera infectée par ce virus au moins une fois dans sa vie. Depuis 2008, le vaccin utilisé au Québec protège contre les quatre types de VPH à l’origine de la majorité des cancers du col de l’utérus et des condylomes. L’administration de ce vaccin est offerte dès la 4e année du primaire aux lles dont les parents acceptent la vaccination. Depuis 2011, la vaccination anti-VPH est autorisée pour les garçons, mais elle n’est pas encore gratuite pour eux.

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Le vaccin contre le VPH peut aider à protéger contre le cancer du col de l’utérus.

Chapitre 3 • La reproduction humaine

99

L’univers vivant 3.6

Nom :

Groupe :

Date :

aine (VIH)/sida Le virus de l’immunodécience hum et les sécrétions vagiTransmission : Par le sang, le sperme lement le transmettre à nales. Une mère infectée peut éga lors de l’accouchement son enfant pendant la grossesse, le virus est décelable ou de l’allaitement. L’infection par ion. inat environ trois mois après la contam

manifeste, en moyenne Symptômes : Quand la maladie se dit que la personne est 10 ans après la contamination, on ience acquise (sida). éc nod atte inte du syndrome d’immu qui attaque le système Le sida est une maladie mortelle d’offrir une protection immunitaire et le rend incapable causent les maladies. contre les bactéries et les virus qui tement contre le sida ni Traitement : Il n’existe aucun trai peut que retarder l’apaucun vaccin contre le VIH. On ne ralentir la progression et parition des premiers symptômes ux. ivira ant du sida surtout grâce à des

Le virus du VIH.

La vaginite

Figure 15 Le champignon qui cause la vaginite à levures : Candida albicans.

La vaginite n’est pas considérée comme une ITSS. C’est une inammation du vagin qui peut survenir plusieurs fois dans la vie de la plupart des femmes. La prise d’antibiotiques et de contraceptifs oraux, le temps chaud, les vêtements humides ou trop serrés contribuent à son apparition. Il existe deux types de vaginite : la vaginite à levures et la vaginite à Trichomonas. La vaginite à levures est causée par un champignon (voir la gure 15), tandis que la vaginite à Trichomonas est causée par un parasite. Les symptômes généraux de la vaginite sont une envie fréquente d’uriner, des douleurs en urinant, des irritations et des démangeaisons. La vaginite à levures provoque des pertes vaginales blanches sans odeur. La vaginite à Trichomonas provoque des écoulements jaunâtres ou verdâtres et malodorants. Il arrive que les hommes soient infectés par le champignon ou le parasite. La vaginite à levures se traite par des médicaments ou une crème. La vaginite à Trichomonas se traite à l’aide de médicaments.

Des mesures à prendre Parmi les diérents moyens de contraception, le condom masculin ou féminin ore la meilleure protection contre la plupart des ITSS. Il est essentiel de passer un examen médical pour dépister 100

L’univers vivant

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Groupe :

Date :

L’univers vivant 3.6

toute ITSS avant l’arrêt de l’utilisation du condom avec un ou une partenaire stable. Cet examen permet de diminuer la propagation des ITSS. Lorsqu’une personne apprend qu’elle a une ITSS, elle doit avertir son ou ses partenaires sexuels récents, suivre les recommandations du médecin et s’abstenir d’avoir des relations sexuelles non protégées. Le médecin est dans l’obligation d’informer les parents lorsque le garçon ou la lle qui le consulte a moins de 14 ans.

Activités 1

Que sont les infections transmissibles sexuellement et par le sang (ITSS) ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Nommez trois risques liés à la plupart des ITSS.

3

Donnez deux raisons pour lesquelles les ITSS sont considérées comme un problème majeur lié à la santé sexuelle.

4

Décrivez trois comportements qui permettent d’éviter de contracter une ITSS.

5

Au cours d’une visite chez le médecin, un de vos amis apprend qu’il a contracté la gonorrhée. Nommez trois gestes responsables qu’il devrait accomplir maintenant qu’il se sait infecté.

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

101

L’univers vivant 3.6

Nom :

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6

Quelle est la principale différence entre les ITSS causées par des bactéries et celles qui sont causées par des virus ?

7

Quelle est l’ITSS la plus répandue ? Est-elle causée par un virus ou une bactérie ?

8

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) Yann a 13 ans et il a une ITSS. Le médecin a l’obligation d’en aviser ses parents. b) La plupart des ITSS se manifestent rapidement par des symptômes et sont très souffrantes. c) Une ITSS non soignée peut parfois disparaître seule. d) Le condom est un moyen de protection infaillible contre les ITSS. e) Pour guérir les ITSS, il suft d’appliquer un bon onguent acheté à la pharmacie. f) On peut attraper une ITSS en partageant des vêtements ou en dormant à l’hôtel. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

9

Encerclez les afrmations qui peuvent être associées à un risque de transmission du VIH/sida. a) S’asseoir sur un siège de toilette malpropre. b) Avoir une relation sexuelle avec une personne infectée sans utiliser adéquatement le condom. c) Serrer la main d’une personne infectée. d) Se servir d’une seringue déjà utilisée par une autre personne pour s’injecter un médicament. e) Être en contact avec le sang d’une personne infectée.

102

L’univers vivant

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Cochez toutes les ITSS auxquelles les caractéristiques suivantes s’appliquent.

L’univers vivant 3.6

10

Groupe :

VPH

VIH/sida

Syphilis

Morpions/gale

Infection à chlamydia

Herpès génital

Hépatite B

Gonorrhée

Caractéristiques

a) Transmise par contact sexuel b) Transmise par le sang c) Transmise par contact avec les plaies d) Transmise lors de la grossesse ou de l’accouchement e) Causée par une bactérie f) Causée par un virus g) Causée par des parasites h) Peut ne présenter aucun symptôme, du moins pendant un certain temps i) Cause des douleurs en urinant j) On observe un écoulement du pénis ou du vagin k) Cause des plaies, des boutons rouges ou des ampoules sur la peau l) Peut causer le cancer du col de l’utérus m) Attaque le système immunitaire n) Peut causer la mort o) Peut être prévenue par un vaccin p) Les médicaments ne traitent que les symptômes ou retardent la maladie q) Une bonne hygiène peut contribuer à diminuer la contamination

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Chapitre 3 • La reproduction humaine

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L’univers vivant

Nom :

Groupe :

Pour faire 1

le

point

Quels moyens de contraception protègent aussi des ITSS ? Expliquez le mode d’action de chacun de ces moyens ainsi que les ITSS qu’il permet d’éviter de contracter. Moyen de contraception

2

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Date :

Mode d’action

ITSS évitées

Si vous étiez responsable de la jeunesse au ministère de la Santé et des Services sociaux du Québec, quelles mesures prendriez-vous pour diminuer le taux d’ITSS et de grossesses non désirées chez les jeunes de moins de 18 ans ? Indiquez deux mesures.

L’univers vivant

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Chapitre 4 La diversité et le maintien de la vie Tous les êtres vivants sont composés de cellules, l’unité de base de la vie. Certaines structures des cellules effectuent les échanges avec l’extérieur, essentiels pour le maintien de la vie. D’autres structures gouvernent les activités de la cellule, contiennent les informations à transmettre à la prochaine génération, fournissent de l’énergie à l’organisme, etc. Dans ce chapitre, vous approfondirez l’examen du fonctionnement de la cellule en étudiant son noyau (voir la photo du bas). Vous découvrirez ce que sont les chromosomes (voir la photo de droite) et les gènes. Vous vous familiariserez aussi avec l’osmose et la diffusion, deux types d’échanges possibles entre la cellule et son milieu. Vous porterez ensuite votre réflexion sur deux réactions chimiques qui se déroulent à l’intérieur des cellules : la photosynthèse et la respiration cellulaire. Enn, vous déterminerez les intrants et les extrants liés à ces échanges et à ces réactions chimiques.

105

Nom :

Groupe :

L’univers vivant 4.1

4.1

Date :

La cellule, les gènes et les chromosomes

Rappel • Une espèce évolue parce que les caractères des individus qui en font partie se transmettent aux descendants, que ces caractères varient légèrement d’un individu à l’autre et qu’à long terme, certains d’entre eux permettent à l’espèce d’être parfaitement adaptée à son milieu de vie. • Un être vivant se dénit par un ensemble de caractéristiques. Une de ces caractéristiques est l’organisation en cellules. Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. • Les cellules animales et végétales typiques sont entourées d’une membrane cellulaire et ont un noyau qui baigne dans le cytoplasme avec d’autres organites (voir les gures ci-dessous). Mitochondrie

Cytoplasme

Membrane cellulaire

Membrane cellulaire

Chloroplastes

Noyau

Vacuoles

Vacuole

Mitochondrie Cytoplasme

Mitochondries Noyau

Le schéma d’une cellule animale.

Paroi cellulosique

Le schéma d’une cellule végétale.

• Le noyau dirige toutes les activités de la cellule et contient l’information nécessaire à sa division. Cette information se trouve dans les gènes situés sur l’ADN qu’il renferme.

Le noyau de la cellule Chez les êtres humains, presque toutes les cellules ont un noyau. Certaines, comme les globules rouges matures en circulation dans le sang, n’en ont pas. D’autres, comme les cellules musculaires, en ont plusieurs. Le noyau est le plus grand des organites de la cellule. Il constitue son centre de contrôle. En d’autres termes, les informations contenues dans le noyau détermineront de quel type sera la cellule et à quoi elle servira. Le noyau dirige aussi la division de la cellule, c’est-à-dire le processus qui assure la multiplication des cellules. Le noyau comporte trois parties distinctes : la membrane nucléaire, le nucléole et la chromatine (voir la gure 16, à la page suivante). 106

L’univers vivant

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Groupe :

La membrane nucléaire renferme une sub­ stance gélatineuse semblable au cytoplasme de la cellule ; c’est le « nucléoplasme ». Comme le cytoplasme, le nucléoplasme contient des nutriments, des sels et d’autres substances chi­ miques utiles au noyau. Le cytoplasme et le nucléoplasme échangent ces substances grâce aux pores de la membrane nucléaire. Chaque noyau comprend un ou plusieurs nucléoles. Les nucléoles jouent un rôle essen­ tiel dans le décodage de l’information contenue dans le noyau. La chromatine, pour sa part, est un enchevê­ trement de longs laments tellement serrés que, lorsque la cellule ne se divise pas, elle ressemble à une balle de laine. Ces longs laments sont des brins d’acide désoxyribonucléique (ADN).

Date :

Pores

Membrane nucléaire

Nucléole Chromatine

Réticulum endoplasmique Nucléoplasme

Figure 16 Le noyau de la cellule. Le noyau est le centre de contrôle de la cellule.

Les chromosomes

Définition

Lorsque la cellule se divise, l’ADN qui compose la chromatine se condense et s’épaissit. Chaque lament d’ADN prend alors la forme de petits bâtonnets en X ; ce sont les chromosomes (voir la gure 17). Chaque chromosome est formé de deux brins d’ADN reliés par le centre. Le nombre de chromosomes varie d’une espèce à l’autre.

Un chromosome est un brin d’ADN allongé et épaissi, visible dans le noyau de la cellule au moment de sa division. L’ensemble des chromosomes d’un individu contient les gènes de cet individu et est caractéristique d’une espèce.

Noyau de la cellule

Chromosome

Figure 17 Cellule et chromosome. Un chromosome est constitué de laments d’ADN condensés et épaissis, visibles seulement lorsque la cellule se divise. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

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L’univers vivant 4.1

Nom :

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Date :

L’univers vivant 4.1

L’ADN est une molécule complexe qui contient le code génétique de l’individu. On peut comparer l’ADN à un code secret qui donne accès à toute l’information héréditaire relative à un individu. Cette information est nécessaire au fonctionnement de tout l’organisme. Chez les espèces à reproduction sexuée, la plupart des cellules contiennent deux exemplaires de chaque chromosome : un exemplaire hérité du parent mâle, l’autre, du parent femelle. Par contre, les gamètes (cellules sexuelles) ne renferment qu’un exemplaire de chaque chromosome.

Figure 18 Les chromosomes d’un être humain de sexe masculin. Lorsqu’on extrait les chromosomes du noyau d’une cellule d’un être humain de sexe masculin, qu’on les colore et qu’on les classe par taille, on obtient cet assemblage.

Chez l’être humain, le noyau de chaque cellule, sauf celui des gamètes, contient une paire de chacun des chromosomes numérotés de 1 à 22, et une paire de chromosomes sexuels, nommés XX chez la femme et XY chez l’homme (voir la gure 18). Les chromosomes sexuels déterminent, entre autres, le sexe d’un individu.

Le nombre, la forme, le rôle des chromosomes et les gènes qu’ils contiennent varient selon les espèces. Ainsi, l’Ophioglossum vulgatum, une espèce de fougère, a 1260 chromosomes. Dans l’état actuel des connaissances, c’est l’être vivant qui en possède le plus. En comparaison, l’être humain en a 46, la mouche à fruits, 8, le chien et la poule, 78.

Un gène

Définition

Un gène est un segment d’ADN qui, après avoir été lu et décodé, transmet dans l’organisme l’ordre de fabriquer un élément. Cet élément est une molécule qui peut servir à dénir un caractère ou qui peut participer aux processus vitaux de la cellule et de l’organisme. Les êtres humains auraient entre 20 000 et 40 000 gènes diérents.

108

Certains caractères, comme le groupe sanguin, sont déterminés par un seul gène. Cependant, la plupart des caractères sont déterminés par plusieurs gènes. C’est le cas, par exemple, de la couleur et de la forme des yeux, de la pigmentation de la peau et de la forme du visage. Les gènes déterminent aussi certaines maladies dites héréditaires comme la brose kystique, la dystrophie musculaire, l’hémophilie Un gène est une région d’un chromo­ et la maladie de Parkinson. some qui transmet l’ordre de fabriquer une molécule remplissant une fonction dans l’organisme ou déterminant un caractère particulier. L’ensemble des gènes contient le code des caractères héréditaires, c’est­ à­dire des caractères qui peuvent être transmis à la génération suivante.

L’univers vivant

La transmission des gènes explique la présence de caractères identiques chez les parents et leurs descendants. Par contre, des caractéristiques acquises au cours de la vie comme des cicatrices sur la peau, la perte d’un membre et des maladies telles que le cancer ne sont pas héréditaires. La prédisposition à certaines maladies, elle, peut l’être. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Groupe :

Flash

info

Date :

L’univers vivant 4.1

Nom :

Un gène d’intérêt

Certains gènes présents chez une espèce donnent des ordres qui offrent un intérêt pour une autre espèce. Aujourd’hui, plusieurs de ces gènes ont été introduits chez des espèces qui ne les possédaient pas. Les espèces dont on a transformé le bagage génétique sont appelées « organismes génétiquement modiés » (OGM). Les OGM sont transgéniques, car ils possèdent un gène qui n’appartient pas réellement à l’espèce. Par exemple, un gène de uorescence présent chez la méduse a été introduit chez une espèce de souris. Un autre gène permettant la résistance à un herbicide a été implanté chez le soja ; un gène rendant la chair plus ferme a été incorporé dans une variété de to­ mate ; un gène « antigel » permet d’obtenir des fraises hâtives au printemps, etc. Les OGM sont réglemen­ tés dans bon nombre de pays. Leur utilisation et leur fabrication sont très controversées.

Des souris génétiquement modiées.

Activités 1

a) Qu’est­ce qu’un chromosome ? Donnez une dénition dans vos mots.

b) Qu’est­ce qu’un gène ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Quel est le rôle des gènes dans l’organisme et dans l’hérédité ? •

Dans l’organisme :

•

Dans l’hérédité :

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

109

L’univers vivant 4.1

Nom :

3

Groupe :

Date :

Quel rapport peut-on établir entre les structures suivantes ? a) La chromatine et l’ADN : b) Un chromosome et un gène :

4

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) Toutes les cellules de tous les êtres vivants possèdent un noyau. b) On peut comparer le nucléoplasme du noyau au cytoplasme de la cellule. c) La chromatine est formée de longs laments d’ADN enchevêtrés. d) Les chromosomes sont constitués de laments d’ADN qui diffèrent de ceux de la chromatine. e) Avec un microscope très puissant, on peut voir les chromosomes en tout temps. f) Chaque espèce possède un lot caractéristique de chromosomes. g) Les gamètes sont les seules cellules à ne posséder qu’un exemplaire de chaque chromosome. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

5

Remplissez la che d’identité suivante. Nom : Chromosomes humains. Nombre chez l’être humain : Nombre de paires : Forme : Noms particuliers : Provenance : Localisation : Rôle :

110

L’univers vivant

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6

Groupe :

Dessinez une cellule animale et indiquez le nom de ses structures. Dessinez ensuite un agrandissement de son noyau et nommez ses différentes parties. Utilisez pour ce faire la liste de mots suivante. • • • •

7

Date :

Chromatine Cytoplasme Membrane cellulaire Membrane nucléaire

• • • •

Mitochondries Noyau Nucléole Nucléoplasme

• Pores • Réticulum endoplasmique • Vacuoles

Voici une liste de caractéristiques. Encerclez celles qui sont héréditaires. a) Les cheveux épais et blonds de Clara. b) Le tatouage de Dina. c) L’absence de pilosité sur le torse de Louis due à des séances d’épilation au laser. d) Les dents friables de Nathalie, comme celles de sa mère. e) Le pouce court de Rachid. f) L’appétit vorace de Laurent.

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

111

L’univers vivant 4.1

Nom :

L’univers vivant 4.1

Nom :

8

Groupe :

Date :

Voici une liste de maladies ou de handicaps. Encerclez ceux qui sont héréditaires. a) La surdité de Fernando à la suite d’un accident de voiture. b) La brose kystique dont sont atteints Sarah et son petit frère. c) La cécité de Carol qui a regardé une éclipse de Soleil sans protection. d) Le cancer de la peau d’Anthony qui s’est longuement exposé au Soleil sans protection. e) Le syndrome de Guillain-Barré dont a souffert Brigitte après qu’une mauvaise grippe eut déréglé son système immunitaire et eut détruit ses cellules musculaires. f) Le rhume que Nasser attrape chaque année.

9

Commentez cette afrmation : « Les gènes sont les unités de base de l’évolution. »

4.2

Les intrants et les extrants

Qu’ont en commun un lapin, un tournesol, un être humain et une cellule ? Ce sont tous des systèmes, c’est-à-dire des ensembles organisés, composés de plusieurs éléments. Par exemple, le lapin est composé d’un estomac, de deux yeux, d’un cœur, etc. ; tous ces éléments jouent un rôle dans la survie du lapin.

Des systèmes Chaque cellule constitue aussi un système qui a un rôle à jouer. Celui-ci varie selon le type de cellules. Ainsi, chez les êtres humains, les cellules nerveuses ne remplissent pas le même rôle que les cellules du cuir chevelu, que les cellules sanguines ou que celles de la paroi de l’estomac. On peut donc dire que chaque être 112

L’univers vivant

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Groupe :

Date :

L’univers vivant 4.2

vivant ainsi que chacune des cellules dont est composé un être vivant pluricellulaire (c’est-à-dire constitué de plusieurs cellules) forment un système.

Pour fonctionner, un système doit échanger des substances avec son milieu. Chaque système est alimenté par un courant d’entrée. Le courant d’entrée permet au système de recevoir la matière et l’énergie dont il a besoin pour fonctionner. Chaque système évacue aussi, par un courant de sortie, la matière et l’énergie produites ou reçues, mais non utilisées. Tout ce qui entre dans un système constitue les intrants ; tout ce qui en sort constitue les extrants (voir la gure 19).

Définitions

Intrants et extrants Un intrant est un élément qui entre dans un système pour que ce dernier puisse obtenir la matière et l’énergie nécessaires à son fonctionnement. Un extrant est un élément qui sort du système ; c’est un élément qui n’a pas été utilisé ou qui constitue un déchet.

Intrants

Extrants

Eau, oxygène, nutriments (sels minéraux, vitamines, sucre, etc.), etc.

Excréments, eau, urine, gaz carbonique, énergie, etc.

Figure 19 Des systèmes vivants, avec leurs intrants et leurs extrants.

Les intrants et les extrants d’un être vivant sont les mêmes que les intrants et les extrants des cellules qui le composent. Ainsi, si des cellules ont besoin d’oxygène pour fonctionner, l’oxygène doit d’abord entrer dans l’être vivant avant d’atteindre les cellules. Par ailleurs, les intrants d’un système peuvent être les extrants d’un autre système. C’est ce qui permet la circulation de la matière et de l’énergie. Par exemple, le gaz carbonique est un des extrants de la respiration des animaux, mais aussi un intrant de la photosynthèse, une réaction chimique qui permet aux végétaux verts de fabriquer leur propre nourriture. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

113

Conçu de manière à respecter la et le programme de science et technologie du 1er cycle du secondaire, le cahier de la collection permet aux élèves de construire un solide bagage de connaissances. Pouvant être utilisé seul ou comme complément à tout matériel de base, il contribue au développement de l’autonomie des élèves. Le cahier d’apprentissage De courts textes d’information écrits dans un langage clair et accessible. Des schémas, des tableaux et des diagrammes qui synthétisent l’information. Des explications abondamment illustrées. Une multitude d’activités de niveaux de difculté variés. Des activités qui permettent ponctuellement de faire le point sur les apprentissages. Des rubriques, dont certaines à caractère historique ou technologique. Des outils qui décrivent des techniques utiles en science et en technologie. Le guide-corrigé (version papier) Le corrigé complet et en couleurs du cahier. Une banque de laboratoires, dont certains conçus pour faciliter l’évaluation de la compétence 1. Des tests de connaissances conçus pour faciliter l’évaluation de la compétence 2. Un accès à des sites Internet qui proposent des animations en lien avec certains concepts du programme. Le guide-corrigé (version numérique sur clé USB) La version interactive du guide-corrigé complet. Une clé USB facile d’utilisation qui intègre toutes les fonctionnalités du tableau blanc interactif (TBI). Une compatibilité avec tout type d’ordinateur, tout TBI et tout projecteur.

Les composantes de la collection

1re année

• 1er cycle du secondaire

2e année

• Cahier d’apprentissage

• Cahier d’apprentissage

• Guide-corrigé – Version papier

• Guide-corrigé – Version papier

• Guide-corrigé – Version numérique (clé USB)

• Guide-corrigé – Version numérique (clé USB)

4.3

Groupe :

Date :

L’univers vivant 4.3

Nom :

La diffusion et l’osmose

C’est grâce à des mécanismes d’échange que les cellules peuvent se procurer toutes les substances essentielles à leur survie (les « intrants ») et évacuer les déchets (les « extrants »). Les intrants et extrants entrent dans la cellule et en sortent en passant à travers la membrane cellulaire. Cette membrane constitue une barrière entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule car elle est dotée d’une perméabilité sélective. La membrane cellulaire est perméable à cause de ses minuscules pores qui permettent aux petites molécules de traverser la membrane. En plus d’être perméable, la membrane cellulaire est sélective : elle contient un certain nombre de substances qui agissent un peu comme des douaniers en laissant passer certaines molécules et en bloquant le passage à d’autres. Étant donné cette structure particulière de la membrane cellulaire, le cytoplasme de la cellule a une composition chimique qui dière de celle du milieu extérieur. On distingue deux types de transport des particules à travers la membrane cellulaire : un transport actif, qui requiert un apport d’énergie, et un transport passif, qui n’en requiert aucun. La diusion et l’osmose sont des mécanismes passifs par lesquels les cellules échangent des substances avec leur milieu. Ce seront les seuls types de transport traités dans cette section.

La diffusion Qu’est-ce que la diusion ? La diusion est le déplacement des molécules d’une substance dissoute à partir d’une région où elles sont concentrées vers une région où elles le sont moins. Ce déplacement a pour eet d’équilibrer les concentrations. La substance dissoute est appelée « soluté ». Pour illustrer le phénomène de la diusion, on pourrait verser de l’encre dans un récipient d’eau (voir la gure 20). Les molécules d’encre se déplacent d’abord dans tous les sens de manière désordonnée. Puis, elles entrent en collision et se dispersent ; c’est la diusion. La diusion se poursuit tant que la concentration de molécules est plus forte à un endroit qu’à un autre. Elle s’achève lorsque l’encre est uniformément dispersée dans l’eau.

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Figure 20 La diffusion de l’encre dans l’eau. L’encre se diffuse dans l’eau jusqu’à ce que la concentration de la solution devienne homogène.

Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

115

Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 4.3

Dans les échanges entre la cellule et son milieu, le principe de la diusion est le même que celui de l’encre dans l’eau, à cette diérence près que les molécules doivent traverser la membrane cellulaire pour accéder au milieu de concentration diérente (voir la gure 21). A

Avant

B

Après

Définition

Figure 21 La diffusion des molécules. Les molécules de soluté traversent la membrane cellulaire à partir du milieu où elles sont le plus concentrées pour aller vers le milieu où elles sont le moins concentrées. Les schémas A et B illustrent le passage des molécules à travers la membrane cellulaire vers l’intérieur de la cellule.

La diffusion est le mouvement dans lequel les molécules d’un soluté passent d’une région (ou d’une solution) où elles sont concentrées vers une région (ou une solution) où elles le sont moins.

Dans le corps humain, l’oxygène de l’air pénètre dans les poumons pendant l’inspiration. Le sang puis les cellules absorbent cet oxygène par le moyen de la diusion. En eet, les molécules de gaz tels que l’oxygène traversent facilement la membrane des cellules des alvéoles des poumons, puis celle des petits vaisseaux sanguins pour entrer dans le sang. Toujours par diusion, elles retraverseront ensuite la membrane des petits vaisseaux sanguins, puis celle des cellules.

L’osmose Les cellules sont composées d’environ 70 % d’eau. L’eau est en fait la substance la plus abondante tant à l’intérieur qu’à l’extérieur des cellules. Dans les cellules, elle est le solvant ; elle dissout des substances telles que des nutriments qui proviennent de l’alimentation, des gaz comme l’oxygène et le gaz carbonique, et des déchets. Ces substances dissoutes traversent dans les deux sens la membrane cellulaire, par diusion. Les molécules d’eau, parce qu’elles sont susamment petites, peuvent elles aussi traverser la membrane. Ainsi, au cours de l’osmose, la membrane laisse passer les molécules d’eau (le solvant) et retient les substances dissoutes (le soluté). Les molécules d’eau se déplacent alors de la solution où les substances dissoutes sont moins nombreuses, plus diluées, vers la solution où

116

L’univers vivant

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 4.3

elles sont plus nombreuses et plus concentrées (voir la gure 22). En diluant le soluté de la solution vers laquelle les molécules d’eau se dirigent, l’osmose rétablit les concentrations de part et d’autre de la membrane cellulaire. Ce phénomène permet de maintenir des concentrations idéales de nutriments à l’intérieur des cellules du corps.

Définition

C’est par suite d’une osmose que, par exemple, une laitue laissée sur un comptoir s’amollit. Les molécules d’eau de ses cellules traversent la membrane et s’évaporent dans l’air ambiant. Les feuilles de laitue se fanent. Si on les plonge dans l’eau, les molécules d’eau traverseront la membrane des cellules et pénétreront à l’intérieur, et les feuilles retrouveront leur fermeté. L’osmose permet donc de réhydrater les légumes fanés avant de les consommer.

L’osmose est le mouvement des molécules d’eau (solvant) à travers une membrane semi-perméable, de la solution la plus diluée vers la solution la plus concentrée en soluté.

Flash

techno

A

B

Des particules (nutriments, gaz carbonique, déchets) Eau (mesurée en millilitres)

A

B

Figure 22 Le déplacement de l’eau par osmose. Dans le bécher de gauche, l’eau passe du milieu le plus dilué B dans le milieu le plus concentré A jusqu’à ce qu’il y ait le même nombre de particules dissoutes par millilitre d’eau dans les deux solutions. À la n (bécher de droite), la concentration des particules est la même dans les deux.

L’osmose au service de l’industrie

Le principe de l’osmose est utilisé couramment dans l’industrie. Les solutions sont placées dans des contenants munis d’une membrane et, en exerçant une forte pression à l’intérieur de celle-ci, on force l’eau à traverser la membrane semi-sélective qui retient le soluté à l’intérieur. Comme l’eau passe de la solution la plus concentrée en soluté vers la solution la moins concentrée, il y a « osmose inverse ». Le procédé de l’osmose inverse est utilisé, par exemple, pour dessaler l’eau de mer et obtenir une eau potable. Il est aussi utilisé pour ltrer l’eau domestique et, en acériculture, pour concentrer l’eau d’érable et obtenir du sirop. Pour dessaler l’eau de mer ou obtenir du sirop d’érable, l’osmose inverse est moins coûteuse et moins énergivore que l’évaporation. Cependant, la perte en eau est encore considérable dans le dessalage, et les ltres coûtent très cher.

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Un osmoseur inverse.

Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

117

L’univers vivant 4.3

Nom :

Groupe :

Date :

Activités 1

Qu’est-ce que la diffusion ? Qu’est-ce que l’osmose ? Donnez des dénitions dans vos mots.

2

Pour chacun des énoncés suivants, indiquez s’il s’agit d’une diffusion ou d’une osmose. a) Phénomène par lequel les molécules d’eau traversent la membrane cellulaire. b) Phénomène par lequel les molécules de soluté traversent la membrane cellulaire. c) Phénomène qui permet aux cellules d’obtenir des substances essentielles à leur survie et d’évacuer les déchets. d) Phénomène qui permet d’équilibrer les concentrations de soluté de part et d’autre de la membrane cellulaire. e) Phénomène par lequel les molécules passent à travers la membrane, de la solution la plus concentrée vers la solution la moins concentrée. f) Phénomène par lequel les molécules d’eau passent de la solution la plus diluée vers la plus concentrée en soluté.

3

Pourquoi dit-on que la membrane cellulaire a une perméabilité sélective ?

4

Pour chacune des situations suivantes, indiquez si on a affaire à une diffusion ou à une osmose. a) Les aliments digérés traversent la paroi de l’intestin pour rejoindre le sang. b) Pour que les muscles puissent se contracter, les cellules musculaires doivent utiliser beaucoup d’oxygène. c) À la suite d’une contraction musculaire, les cellules doivent évacuer le gaz carbonique produit, sinon elles risquent de s’empoisonner. d) Il fait très chaud à l’extérieur, et le corps transpire beaucoup. Il convient de boire beaucoup d’eau pour éviter la déshydratation.

118

L’univers vivant

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5

Groupe :

Date :

Équilibrez les concentrations suivantes de part et d’autre de la membrane cellulaire en complétant, dans chacun des deux cas, le dessin de la gure de droite. a) Équilibre des concentrations de soluté par diffusion Avant

Après

b) Équilibre des concentrations de soluté par osmose Solution non concentrée

Solution concentrée

Membrane à perméabilité semi-sélective

6

Que pourrait-il se passer dans chacune des situations suivantes ? a) Une cellule est incapable d’évacuer les substances inutiles ainsi que les déchets qu’elle produit.

b) Une cellule laisse sortir toute l’eau qu’elle contient.

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

119

L’univers vivant 4.3

Nom :

L’univers vivant 4.3

Nom :

7

Groupe :

Date :

Le texte suivant décrit des diffusions. Illustrez ces diffusions. L’oxygène (O2) de l’air traverse la membrane des cellules des poumons, puis celle des petits vaisseaux sanguins pour entrer dans le sang. L’oxygène retraverse ensuite la membrane des petits vaisseaux sanguins, puis celle des cellules des yeux, de la peau, du cœur, etc.

4.4

La respiration cellulaire et la photosynthèse

Les cellules accomplissent constamment des tâches liées à leur rôle dans l’organisme : elles transportent des substances, transmettent de l’information, assurent la défense du corps, etc. Pour remplir ces tâches ainsi que des fonctions vitales comme la division cellulaire, la croissance et la réparation de l’orga­ nisme, elles ont besoin d’énergie. Qu’il s’agisse de la cellule d’un organisme unicellulaire ou des milliards de cellules contenues dans l’être humain, toutes les cellules ont besoin de matière et d’énergie pour jouer leur rôle. Pour ce faire, elles échangent de la matière et de l’énergie avec leur milieu. En fait, la cellule est considérée comme le plus petit système vivant qui comporte des intrants et des extrants. 120

L’univers vivant

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Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 4.4

La lumière est la source d’énergie des plantes et de certaines bactéries. Ces organismes sont autotrophes : ils fabriquent leur propre énergie chimique au moyen de la photosynthèse (voir la gure 23). Les animaux, eux, sont des organismes hétérotrophes. Cela signie qu’ils ne produisent pas leur propre nourriture : ils ingèrent leurs sources d’énergie en se nourrissant de végétaux ou d’autres animaux. Leur digestion rend possible la respiration cellulaire. La respiration cellulaire et la photosynthèse sont deux réactions chimiques qui permettent aux cellules de jouer leur rôle.

La respiration cellulaire La respiration cellulaire est une réaction chimique de combustion, semblable à celle qui se produit lorsqu’un morceau de bois brûle (voir la gure 24, à la page suivante). Dans le feu, l’oxygène capté par ce dernier contribue à dégrader le bois. Il y a production de chaleur et rejet de gaz carbonique et d’eau.

Figure 23 La photosynthèse. Une plante fabrique son énergie chimique grâce à la photosynthèse.

Dans la cellule, l’oxygène est capté par les mitochondries et contribue à dégrader le glucose (sucre), une molécule très énergétique qui provient de l’alimentation. Chez les êtres humains, au cours de la respiration cellulaire, deux intrants, l’oxygène et le glucose, sont acheminés aux cellules par la circulation sanguine et doivent traverser la membrane cellulaire. Les extrants produits sont de l’énergie, du gaz carbonique et de l’eau. Cependant, contrairement à la combustion du bois, une petite partie seulement de l’énergie produite par la respiration cellulaire est perdue sous forme de chaleur. En eet, après la respiration, la majeure partie de l’énergie chimique contenue dans le glucose demeure, mais sous une autre forme d’énergie chimique, plus facile à utiliser par la cellule que le glucose.

Définition

La respiration cellulaire a lieu dans le cytoplasme des cellules des bactéries et dans les mitochondries des cellules de la plupart des autres êtres vivants.

La respiration cellulaire est une réaction chimique qui permet à la cellule d’accomplir ses activités en produisant de l’énergie à partir du glucose.

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

121

Groupe :

Date :

A

Intrants

Extrants Énergie thermique (chaleur) Gaz carbonique Eau

Oxygène Bois

B

Intrants

Cellule animale

Cellule végétale

Extrants Énergie chimique et thermique Gaz carbonique Eau

Oxygène Glucose (énergie chimique) Mitochondries

Figure 24 Comparaison entre la combustion du bois

A

et la respiration cellulaire

B

.

La photosynthèse Les extrants de la respiration cellulaire constituent les intrants d’une autre réaction chimique : la photosynthèse. La photosynthèse est une réaction chimique qui permet aux végétaux, aux algues et à certaines bactéries d’utiliser l’énergie lumineuse pour fabriquer leur nourriture et emmagasiner de l’énergie. Chez les végétaux et les algues, cette réaction se déroule à l’intérieur des chloroplastes, lesquelles contiennent de la chlorophylle, un pigment vert qui capte l’énergie lumineuse. Les feuilles sont les organes de la plante qui en contiennent le plus. Définition

L’univers vivant 4.4

Nom :

122

La photosynthèse est une réaction chimique qui permet aux végétaux, aux algues et à certaines batéries d’utiliser l’énergie lumineuse pour fabriquer leur nourriture et emmagasiner de l’énergie.

L’univers vivant

Au cours de la photosynthèse (voir la gure 25, à la page suivante), la chlorophylle capte l’énergie lumineuse. En plus de cette énergie, les plantes absorbent de l’eau (par leurs racines) et du gaz carbonique présent dans l’air. L’énergie lumineuse agit sur le gaz carbonique et sur l’eau, ces deux intrants ayant traversé la membrane cellulaire et pénétré dans la cellule. Il y a alors libération d’oxygène dans l’air et production de glucose : celui-ci quitte la feuille et est transporté dans toute la plante pour la nourrir. Bref, au cours de la photosynthèse, l’énergie lumineuse est convertie en énergie chimique, le glucose. La photosynthèse est une réaction chimique qui est l’inverse de la respiration cellulaire.

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Groupe :

Date :

L’univers vivant 4.4

Nom :

Chloroplastes Cellule végétale

Intrants Énergie lumineuse Eau Gaz carbonique

Extrants Oxygène Glucose (énergie chimique)

Figure 25 La photosynthèse.

À quoi sert le glucose ? La plante utilise principalement le glucose produit au cours de la photosynthèse comme source immédiate d’énergie pour la respiration cellulaire. Elle en emmagasine aussi une partie qu’elle utilisera pendant l’hiver quand son activité biologique sera ralentie. Elle se sert de ce glucose emmagasiné pour assurer sa croissance au début du printemps, période où la photosynthèse fonctionne au ralenti avant l’apparition des premières feuilles. Enn, le glucose sert à la formation des divers tissus végétaux de la plante : feuilles, eurs, fruits, racines, etc.

L’importance de la photosynthèse On a trouvé sur la Terre des fossiles d’organismes semblables à des bactéries et probablement capables de réaliser la photosynthèse. Les découvertes qui ont été faites conduisent à penser que la photosynthèse est un des plus anciens processus biochimiques de l’histoire de la Terre. De nombreux scientiques croient même que la photosynthèse serait à l’origine de l’apparition de l’oxygène dans l’atmosphère terrestre. La photosynthèse est aussi sans doute le processus biochimique le plus important étant donné que les organismes qui la pratiquent emmagasinent les sucres et constituent le premier maillon de la chaîne alimentaire du monde vivant. Les végétaux se nourrissent

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

123

Nom :

Groupe :

Date :

L’univers vivant 4.4

des sucres qu’ils fabriquent et nourrissent les animaux qui les mangent. Les plantes sont donc considérées comme des producteurs qui fournissent l’énergie nécessaire à l’existence de tous les écosystèmes de la Terre. De plus, par le moyen de la photosynthèse, environ 100 milliards de tonnes de gaz carbonique sont recyclées chaque année.

Flash

info

La limace de mer, un animal photosynthétique

La limace de mer (Elysia chlorotica) est un mollusque vert de la côte est des États-Unis et du Canada. C’est le seul animal connu qui utilise la photosynthèse pour produire son énergie. En fait, la photosynthèse se déroule dans les chloroplastes de l’algue Vaucheria litorea, la principale source de nourriture de la limace de mer. La limace accumule les chloroplastes dans son tube digestif et les utilise pour la photosynthèse. Cependant, les chloroplastes sont incapables de pratiquer seuls la photosynthèse. Pour percer ce mystère, les scientiques ont étudié les gènes de la limace. Ils ont découvert qu’au l de l’évolution, des gènes nécessaires à la photosynthèse ont été transférés de l’algue vers le noyau des cellules de la limace. Ces gènes permettent à la limace de synthétiser la chlorophylle et donc de réaliser la photosynthèse. Alors, la limace peut manger une seule fois dans sa vie pour emmagasiner les chloroplastes de l’algue et par la suite se nourrir uniquement par photosynthèse.

Une limace de mer.

Activités 1

124

Qu’est-ce que la respiration cellulaire ? Qu’est-ce que la photosynthèse ? Donnez une dénition dans vos mots.

L’univers vivant

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2

Groupe :

Date :

Indiquez si les substances et les types d’énergie énumérés dans la colonne de gauche sont des intrants ou des extrants : a) dans le cas de la respiration cellulaire ; b) dans le cas de la photosynthèse. a) Respiration cellulaire Intrant

Extrant

b) Photosynthèse Intrant

Extrant

Oxygène Gaz carbonique Glucose Eau Énergie lumineuse Énergie chimique Énergie thermique (chaleur)

3

Indiquez si les énoncés suivants s’appliquent à la respiration cellulaire ou à la photosynthèse. Respiration cellulaire

Photosynthèse

a) Permet à la cellule d’accomplir ses tâches. b) Permet aux organismes de produire leur propre source d’énergie. c) Se déroule dans les mitochondries. d) Se déroule dans les chloroplastes. e) Recycle le gaz carbonique. f) Convertit l’énergie chimique en une autre forme d’énergie chimique. g) Convertit l’énergie lumineuse en énergie chimique. h) Permet d’emmagasiner de l’énergie. i) Se déroule seulement en présence de lumière. j) Se déroule constamment. k) Se déroule seulement dans les cellules végétales. l) Se déroule dans les cellules animales et végétales.

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

125

L’univers vivant

Nom :

L’univers vivant 4.4

Nom :

Groupe :

Date :

4

Si le bois est le carburant de la combustion, quel est le carburant de la respiration cellulaire ?

5

Présentez la respiration cellulaire et la photosynthèse sous forme de schéma en indiquant pour chacune de ces réactions chimiques les intrants et les extrants. Dans chaque cas : • indiquez les intrants et les extrants en précisant la provenance de chaque intrant et l’endroit où chaque extrant se dirige ; • dessinez le ou les types de cellules concernés et désignez l’endroit où se passe la réaction.

La respiration cellulaire

Intrants

Extrants

La photosynthèse

Intrants

126

L’univers vivant

Extrants

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Nom :

Date :

Dans chaque illustration, encerclez les parties de la plante où peut se dérouler la photosynthèse. Fournissez une explication pour l'ensemble de vos réponses.

L’univers vivant 4.4

6

Groupe :

Justication :

7

À quoi sert le glucose produit au cours de la photosynthèse ? a) Pour la plante qui le produit :

b) Pour l’ensemble des êtres vivants :

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

127

L’univers vivant 4.4

Nom :

8

Groupe :

Date :

Le schéma suivant résume la photosynthèse. Complétez-le en utilisant la liste de mots suivante. • • • • •

Eau Énergie chimique Gaz carbonique Oxygène Respiration cellulaire

• • • •

Énergie Feuilles (2 fois) Glucose Racines

utilisé par les êtres vivants au cours de la L’air

.

La lumière

fournit

fournit du

l’ l’

qui est capté par les stomates des .

sous forme de

La photosynthèse produit de

qui est captée par les stomates . des

La photosynthèse dégage de

qui est absorbée par les des plantes.

l’

l’

fournit de

qui est libéré dans

Le sol

128

L’univers vivant

l’air.

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Nom :

Date :

Le schéma suivant résume la respiration cellulaire. Complétez-le en dessinant au centre le type de cellules approprié et en utilisant la liste de mots suivante. • • • •

Déchets Êtres vivants Glucose (2 fois) Photosynthèse

• • • •

L’univers vivant 4.4

9

Groupe :

Énergie Gaz carbonique Oxygène Vapeur d’eau

La plante qui permet aux de vivre.

contient du

qui provient de la

et qui demeure dans la plante ou qui est absorbé par les animaux qui s’alimentent.

qui permet de brûler le

.

l’

La respiration cellulaire libère de

La respiration cellulaire produit des :

l’

contient de

L’air

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qui sont libérés dans l’air.

Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

129

L’univers vivant 4.4

Nom :

10

Groupe :

Le cycle suivant illustre la relation qui existe entre les êtres vivants capables de fabriquer leur propre nourriture et ceux qui doivent se nourrir de plantes et d’animaux pour vivre. Pour accompagner cette gure, rédigez un court paragraphe dans lequel vous expliquerez cette relation en faisant intervenir la respiration cellulaire et la photosynthèse.

Gaz carbonique Eau

11

130

Date :

Oxygène Glucose

Le gaz carbonique et la vapeur d’eau sont des gaz à effet de serre ; à ce titre, ils contribuent aux changements climatiques. En vous appuyant sur les connaissances nouvellement acquises, expliquez pourquoi la préservation des espaces verts et des forêts est essentielle pour freiner ces changements et amortir leurs conséquences négatives.

L’univers vivant

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Groupe :

Pour faire 1

Date :

le

point

Indiquez, à l’aide des lettres A à E, où se déroulent les phénomènes suivants dans la cellule animale et dans la cellule végétale. Certains phénomènes ne se déroulent que dans un seul type de cellule. A. La photosynthèse

D. La diffusion

B. La respiration cellulaire

E. L’osmose

C. La lecture des gènes

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

131

L’univers vivant

Nom :

L’univers vivant

Nom :

2

Groupe :

Date :

Pour chacune des cellules ci-dessous, indiquez les intrants et les extrants de la réaction chimique qui s’y déroule. Précisez de quelle(s) réaction(s) il s’agit et indiquez le type de cellule illustré : cellule végétale ou cellule animale. a) Intrants

Extrants

Réaction chimique : Type de cellule :

b) Intrants

Extrants

Réaction chimique : Type de cellule : 3

Par quel mécanisme d’échange les substances suivantes peuvent-elles se rendre jusqu’au cytoplasme de la cellule ou le quitter ? a) Gaz carbonique : b) Eau : c) Oxygène :

132

L’univers vivant

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4

Groupe :

Date :

a) Ajoutez un titre à chacune des deux situations suivantes selon qu’elle représente le mouvement de l’eau ou le mouvement du gaz carbonique qui entre dans la cellule au cours de la photosynthèse. b) Dans chaque schéma, insérez une èche indiquant le sens des échanges. c) Ajoutez une légende qui donnera la signication de la direction de la èche (solution la plus concentrée vers la moins concentrée ou le contraire). Première situation Avant

Après

Titre :

Deuxième situation Avant

Après

Titre :

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Chapitre 4 • La diversité et le maintien de la vie

133

L’univers vivant

Nom :

L’univers vivant

Nom :

5

Groupe :

Date :

Illustrez les diffusions décrites dans le texte suivant. Le gaz carbonique pénètre dans la feuille de la plante par des pores microscopiques nommés « stomates ». Ce gaz traverse la membrane des stomates et entre dans l’espace compris entre les cellules de la feuille. Il se déplace alors pour équilibrer les concentrations de gaz carbonique entre les cellules et à l’intérieur des cellules.

6

134

Le jour, les stomates des feuilles sont complètement ouverts pour permettre au gaz carbonique d’entrer dans la feuille. L’eau peut ainsi s’évaporer très rapidement. La perte d’eau crée une succion qui aide la sève à remonter et à circuler partout dans la plante. Comment se nomme ce phénomène d’évaporation de l’eau ?

L’univers vivant

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La Terre et l’espace

Le système solaire est gouverné par une force, la gravitation universelle, qui agit sur tous les astres et règle leurs mouvements. La Terre est l’un de ces astres. Sa couche externe solide, la lithosphère, est composée de roches et de minéraux de différents types. On trouve sur la Terre de nombreuses ressources permettant d’obtenir de l’énergie. Dans la partie « La Terre et l’espace », vous étudierez la composition des différents sols terrestres ainsi que les ressources énergétiques de la Terre. Vous découvrirez la gravitation universelle, le rôle qu’elle joue dans l’organisation du système solaire et les propriétés des planètes. Enn, vous aurez l’occasion d’étudier des phénomènes observables sur la Terre, tels que les aurores polaires, les comètes et les météorites.

135

La Terre et l’espace Chapitre 5

Chapitre 6

La Terre                               137

Le système solaire            181

5.1 Les types de roches . . . . . . . . 138

6.1 La gravitation universelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

5.2 Les minéraux

.................

5.3 Les types de sols

............

148 159

6.2 L’organisation du système solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

5.4 L’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

Pour faire le point

Pour faire le point

6.3 Les aurores polaires

.................

179

.................

.......

200 201

6.4 Les comètes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.5 Les météorites et les impacts météoritiques . . . 208 Pour faire le point

136

.................

213

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Chapitre 5 La Terre La couche externe de la Terre est composée de différents types de roches. Les propriétés et la composition de ces roches varient selon leur mode de formation. Ces roches constituent des ressources inestimables ; certaines représentent d’importantes sources d’énergie, et bon nombre d’entre elles jouent un rôle essentiel dans l’industrialisation d’un pays. La photo du bas montre une mine d’or située au Québec. La Terre renferme d’autres sources d’énergie, tel le vent (voir la photo cicontre). Certaines ressources énergétiques sont renouvelables, d’autres non. À l’origine de nombreuses manifestations naturelles de l’énergie sur la Terre se trouve le Soleil. Dans ce chapitre, vous identierez différents types de roches, de minéraux et de sols. Vous découvrirez les manifestations naturelles de l’énergie solaire de même que l’importance des ressources énergétiques, renouvelables ou non. Vous pourrez ainsi porter un regard critique sur les enjeux énergétiques actuels.

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137

Nom :

Groupe :

La Terre et l’espace

5.1

5.1

Date :

Les types de roches

Les roches et les minéraux sont à la base de presque tous les objets que nous utilisons quotidiennement. Les murs sont en gypse ou en plâtre, les comptoirs, en marbre ou en ardoise, l’essence provient du pétrole, les planchers sont faits de céramique, les vitres, de silice, les toitures, de bardeaux d’asphalte ou d’aluminium, les solages, de ciment, etc. La liste est interminable ; les roches et les minéraux sont partout. Même les objets faits de bois ont été fabriqués et livrés à l’aide d’outils, de machines et de camions eux-mêmes fabriqués et fonctionnant grâce aux ressources minérales de la Terre.

Qu’est-ce qu’une roche ? Le terme « roche » désigne tous les matériaux qui constituent la croûte terrestre et qui sont formés d’un assemblage de minéraux. Les roches peuvent être formées d’un seul type de minéral ou de plusieurs types de minéraux (voir la gure 1).

A

Mica

Feldspath

Granite Quartz

B

Halite

Halite

Figure 1 La composition du granite et de l’halite. A Le granite est constitué essentiellement de trois types de minéraux : le mica, le feldspath et le quartz. B L’halite est composée d’un seul type de minéral : l’halite.

138

La Terre et l’espace

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A

B

C

Figure 2 Des exemples des trois principaux types de roches. A Le gabbro, une roche ignée. B Le calcaire, une roche sédimentaire. C Le micaschiste, une roche métamorphique.

Flash

info

La Terre et l’espace

Les roches revêtent plusieurs aspects. Le marbre est dur, la craie se pulvérise facilement, l’argile mouillée peut être modelée, le sable glisse entre les doigts et le pétrole est visqueux. Cependant, malgré leur diversité, les roches sont classées en trois grands types selon leur formation : les roches ignées, les roches sédimentaires et les roches métamorphiques (voir la gure 2).

Date :

5.1

Groupe :

Définition

Nom :

Les roches sont des assemblages de mi­ néraux qui forment la croûte terrestre. Il en existe trois types principaux : les roches ignées, les roches sédi­ mentaires et les roches métamorphiques.

Les plus vieilles roches du monde

Les plus vieilles roches intactes de la croûte terrestre se trouvent au Québec, dans la ceinture de roches vertes, le long de la côte de la baie d’Hudson. En septembre 2008, une équipe de géo­ logues de l’Université McGill a découvert des roches datant de 4,28 milliards d’an­ nées. Ces roches ignées, nommées « fausses amphibolites », ont 300 millions d’années de plus que les plus vieilles roches intactes connues à ce jour. Elles constituent des Sur la côte de la baie d’Hudson. traces de la toute première croûte qui s’est formée à la surface de la Terre, alors que le magma commençait à peine à refroidir, 290 millions d’années après la formation du système solaire. Avant cette époque, notre planète était une boule de lave en fusion.

Le cycle de formation des roches Le cycle de formation des roches permet de retracer la provenance des trois grands types de roches (voir la gure 3, à la page suivante). Rappelons que le magma qui provient du manteau (une des couches internes de la Terre) est à l’origine de la formation de la croûte terrestre. Il est le point de départ et d’arrivée du cycle de formation des roches. Voici les étapes de ce cycle.

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Chapitre 5 • La Terre

139

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

5.1

Nom :

Altération atmosphérique et érosion Transport, dépôt Soulèvement et exposition

2

3

Sédiments

Roches ignées

Évaporation

4

Roches sédimentaires 2

Roches ignées 5

Roches métamorphiques Légende Compaction, cimentation

1

Chaleur et pression

Magma

Fusion Refroidissement et cristallisation

Figure 3 Le cycle de formation des roches.

• Le magma 1 circule sous la croûte terrestre. Son refroidisse­ ment et sa cristallisation aboutissent à la formation des roches ignées 2 . (La cristallisation est le processus de formation des cristaux propre à certains minéraux.) • Les roches ignées se mettent en place à la surface de la Terre sous l’eet de diérents phénomènes qui relèvent pour la plupart de la tectonique des plaques (formation des montagnes, éruptions volcaniques). Mises à nues, les roches sont exposées à des agents d’érosion tels que le vent et l’eau. Elles s’altèrent et se désagrègent en petites particules qui seront déplacées par le vent, l’eau, la glace, etc. Les particules rocheuses qui se déposent par la suite sont des « sédiments » 3 . Ces sédiments se superposent pour former des couches. Des débris de coquilles, d’animaux ou de végétaux (des fossiles) peuvent s’ajouter aux particules. Les élé­ ments de ces couches sont compactés et en général cimentés :

140

La Terre et l’espace

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ils forment alors des roches sédimentaires 4 . Par ailleurs, les dépôts laissés dans les fonds marins par l’évaporation de l’eau peuvent aussi former des roches sédimentaires. • Il arrive que les roches subissent des températures et des pressions extrêmes. Elles sont alors transformées en roches métamorphiques 5 . • Tous les types de roches nissent enfouis dans les profondeurs de la Terre où ils côtoient le magma 1 . La température est alors si élevée que les roches fondent et redeviennent du magma. Et le cycle recommence.

Date :

5.1

Groupe :

A

La Terre et l’espace

Nom :

B

Les roches ignées Le magma est un mélange de roches en fusion. Les roches ignées sont le résultat du refroidissement et de la cristallisation du magma. Les cristaux se forment de manière désordonnée, sans orientation particulière. Lorsque le magma jaillit d’un volcan sous forme de lave, le refroidissement est rapide et les cristaux sont petits ou inexistants (s’ils n’ont pas le temps de se former). Ces roches ignées, qui se forment à la surface de la Terre, sont dites « extrusives ». Elles ont une texture ne si les cristaux sont petits et une texture vitreuse si les cristaux sont inexistants (voir la gure 4A).

Figure 4 Des exemples de roches ignées. A L’obsidienne est une roche ignée extrusive à texture vitreuse. B La péridotite est une roche ignée intrusive à texture grenue.

Lorsque le magma refroidit lentement et complètement sous la surface de la Terre, il forme des roches ignées dites « intrusives » (ou plutoniques). Les cristaux de ces roches sont gros ; ils ont le temps de se former. Les roches ignées intrusives ont une texture grenue, c’està-dire que ses grains sont visibles à l’œil nu (voir la gure 4B). La plupart des roches qui forment les croûtes continentales et océaniques sont des roches ignées.

Les roches sédimentaires Les roches sédimentaires sont formées par les dépôts de sédiments. Certaines contiennent des fossiles. La plupart des roches présentes sur la surface terrestre et dans les fonds marins sont des roches sédimentaires. L’analyse des couches que ces roches forment nous renseigne sur l’histoire de la Terre (voir la gure 5). Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Figure 5 Des couches de roches sédimentaires. L’analyse des couches de cette falaise permet de préciser les conditions géologiques qui ont déterminé leur formation. Elle permet aussi d’identier les êtres vivants qui existaient à l’époque où chaque couche s’est formée.

Chapitre 5 • La Terre

141

Groupe :

5.1

Nom :

Date :

La Terre et l’espace

Selon l’origine des sédiments, on trouve plusieurs types de roches sédimentaires (voir la gure 6). Nous en décrirons trois. Les roches d’origine détritique proviennent de l’érosion des roches existantes. Les roches d’origine biochimique résultent de la minéralisation d’êtres vivants ou de la décomposition d’organismes morts depuis des millions d’années. Les roches d’origine chimique proviennent de l’évaporation des eaux et de la minéralisation des solutions chimiques. A

B

C

Figure 6 Des exemples de roches sédimentaires. A Le grès est une roche sédimentaire d’origine détritique. B La craie est une roche sédimentaire d’origine biochimique. C Le gypse est une roche sédimentaire d’origine chimique.

Les roches métamorphiques Les roches métamorphiques sont des roches dont la texture et les minéraux ont subi des transformations après avoir été exposés à des températures élevées et à de fortes pressions (voir la gure 7). Au cours de ces transformations (appelées « métamorphisme »), les minéraux présents dans les roches sont toujours recristallisés. Cette recristallisation a lieu lorsque les minéraux fondent partiellement sous l’eet de la chaleur dégagée par le magma. Il arrive aussi que les minéraux recristallisés sont orientés par les fortes pressions qu’ils subissent. On observe alors la présence de bandes de cristaux alignés. A

B

Figure 7 Des exemples de roches métamorphiques. A Le gneiss provient, par exemple, du métamorphisme du granite. B Le marbre provient du métamorphisme d’un calcaire.

142

La Terre et l’espace

Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

5.1

Les roches métamorphiques se forment dans les profondeurs de la Terre, tout près du magma, là où la pression est forte. Toutes les roches ignées et sédimentaires sont susceptibles de se transformer en roches métamorphiques. De même, les roches métamor­ phiques peuvent se transformer en d’autres roches métamorphi­ ques si elles sont soumises à des températures et à des pressions plus fortes que celles qui sont à l’origine de leur formation.

Activités 1

a) Qu’est-ce qu’une roche ? Donnez une dénition dans vos mots.

b) Quels sont les trois principaux types de roches ?

2

Indiquez à quel type correspond chacune des roches suivantes. Justiez vos réponses. a)

b)

c)

Légende Quartz

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Feldspath

Mica noir

Chapitre 5 • La Terre

143

3

La Terre et l’espace

5.1

Nom :

Groupe :

Date :

a) Le schéma suivant illustre la formation des différents types de roches. Insérez au bon endroit les termes suivants. 1

Magma

2

Cristallisation lente

3

Cristallisation rapide

4

Roches ignées intrusives

5

Cimentation

6

Transport

7

Dépôt en couches de sédiments

8

Érosion

9

Compaction

10

Roches ignées extrusives

11

Évaporation

12

Forte pression

13

Orientation des minéraux

14

Température élevée

15

Recristallisation

b) Répondez aux questions suivantes à l’aide des termes de l’encadré. • Quels processus sont à l’origine de la formation des roches sédimentaires ? • Quels processus sont à l’origine de la formation des roches métamorphiques ?

144

La Terre et l’espace

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Nom :

Date :

5.1

Ajoutez les èches appropriées pour reconstituer le cycle de formation des roches. Il y en aura 11.

La Terre et l’espace

4

Groupe :

Roches sédimentaires

Roches métamorphiques

Magma

Sédiments

Roches ignées

5

Indiquez quel type de roches est désigné par chacun des énoncés suivants. Cochez la case qui convient. Dans un cas, il y a plus d’une réponse. Roches

Roches ignées

Roches sédimentaires

Roches métamorphiques

a) Roches dans lesquelles on trouve souvent des traces d’êtres vivants fossilisés. b) Roches dont les minéraux ont été recristallisés et orientés. c) Roches provenant de la compaction et de la cimentation de fragments rocheux. d) Roches résultant de la transformation, par la chaleur et la pression, d’autres roches. e) Roches formées par le dépôt de sédiments. f) Roches résultant du refroidissement et de la recristallisation du magma. g) Roches qui redeviennent du magma.

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Chapitre 5 • La Terre

145

6

Groupe :

Date :

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) Tous les types de roches peuvent se transformer en roches métamorphiques. b) Seules les roches ignées s’érodent et forment des sédiments. c) Les minéraux qui composent les roches ignées intrusives et les roches ignées extrusives peuvent être les mêmes. d) La plupart des roches formant le sommet des montagnes sont des roches sédimentaires. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

Roches

Descriptions

a)

Le quartzite résulte de la recristallisation des minéraux du grès, une roche sédimentaire.

b)

Certains calcaires se forment au fond des mers par l’accumulation de coquillages et de squelettes.

c)

La rhyolite est composée de trois types de minéraux provenant de la fusion partielle de la croûte terrestre.

d)

La pierre ponce se forme à très haute température au moment où la lave est projetée dans les airs. Le gaz de la lave est évacué, ce qui crée des trous dans la pierre.

e)

La craie est formée par l’accumulation de petits organismes marins.

146

La Terre et l’espace

Roches métamorphiques

Indiquez, pour chacun des exemples suivants, de quel type de roches il s’agit. Roches sédimentaires

7

Roches ignées

La Terre et l’espace

5.1

Nom :

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Date :

Réalisez une synthèse des caractéristiques des types de roches en remplissant le tableau suivant. Roches ignées

Roches sédimentaires

5.1

8

Groupe :

Roches métamorphiques

Mode de formation

Degré de dureté (faible, élevé ou très élevé)

Visibilité des minéraux qui composent la roche

Particularités

Trois exemples

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Chapitre 5 • La Terre

147

La Terre et l’espace

Nom :

Nom :

Groupe :

La Terre et l’espace

5.2

5.2

Date :

Les minéraux

On appelle minéral une substance qui, dans des conditions normales de température et de pression, est solide et dont l’origine n’est ni animale ni végétale. Il faut faire la distinction entre une roche et un minéral. Une roche est un assemblage d’espèces minérales identiques ou d’espèces minérales diérentes. Un minéral est une substance chimique naturelle qui se présente généralement sous la forme d’un cristal.

Définition

Étant donné sa composition chimique, chaque minéral a des propriétés qui permettent de l’identier. Pour identier un minéral inconnu, on compare ses caractéristiques avec celles des minéraux connus, présentées sous la forme d’une clé d’identication (voir les pages 153 à 155). On trouvera sur les ches ci-dessous un certain nombre de propriétés des minéraux et des indications concernant la manière de les observer.

Un minéral est une substance naturelle dont la composition chimique peut varier. On peut l’identier au moyen de ses propriétés.

L’éclat Description chit la lumière. par sa surface lorsque celle-ci réé L’éclat d’un minéral est l’aspect pris : t catégories selon leur écla Les minéraux sont classés en trois ets vifs et brillants ente au moins une surface aux re • Éclat métallique : L’échantillon prés comme ceux des métaux. ntité de lumière le à un éclat métallique, mais la qua emb ress lat L’éc : que talli -mé sub t • Écla rééchie est faible. ets vifs et brillants. n ne présente pas de surface aux re • Éclat non métallique : L’échantillo reet qu’il jette. On qualie alors son éclat selon le Comment l’observer se. tourner devant une source lumineu Observer l’échantillon en le faisant Lien avec la clé d’identication entication on doit lle section principale de la clé d’id L’éclat permet de déterminer à que se référer.

148

La Terre et l’espace

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Groupe :

Date :

5.2

Nom :

L’éclat (suite) Éclat vitreux (comme le verre)

Éclat gras (comme si la surface était recouverte d’huile)

Quartz

Éclat adamantin (comme le diamant)

Talc

Diamant

La Terre et l’espace

Exemples d’éclats non métalliques : Éclat soyeux (comme un tissu)

Asbeste

La dureté Description La dureté d’un minéral se dénit comme sa résistance à se laisser rayer. L’échelle de Mohs (voir la gure 8) classe les minéraux selon leur dureté. Elle comprend 10 minéraux classés du plus tendre au plus dur sur une échelle de 1 à 10. Le minéral le plus tendre de cette échelle est le talc (1) et le plus dur est le diamant (10). Dans cette échelle, chaque minéral a la capacité de rayer les minéraux qui sont plus tendres que lui. Le diamant raye donc tous les autres minéraux et le talc est rayé par tous les autres. Comment l’observer 1. Tenter de rayer l’échantillon avec son ongle. S’il y a une rayure, la dureté de l’échantillon est inférieure à 2,5. Sinon, passer à l’étape 2. 2. Tenter de rayer l’échantillon avec une pièce d’un cent (cuivre). S’il y a une rayure, la dureté se situe entre 2,5 et 3. Sinon, passer à l’étape 3. 3. Tenter de rayer l’échantillon avec la pointe d’un clou en acier. S’il y a une rayure, la dureté se situe entre 3 et 5,5. Sinon, la dureté est supérieure à 5,5. Remarque : Les minéraux qui rayent le verre ont une dureté supérieure à 6. 4. Noter la dureté. Lien avec la clé d’identication La dureté permet de déterminer à quelle sous-catégorie de la clé d’identication on doit se référer.

Talc

Gypse

Calcite

Fluorine

Apatite

Orthose

Quartz

Topaze

Corindon

Diamant

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rayé par l’ongle

Figure 8

Rayé par une pièce d’un cent

Rayé par un clou en acier

Non rayé par un clou en acier

L’échelle de Mohs.

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Chapitre 5 • La Terre

149

5.2

Nom :

Groupe :

Date :

La couleur du trait

La Terre et l’espace

Description La couleur du trait laissé par un minéral sur une plaque de porcelaine non émaillée correspond à la couleur de la poudre du minéral. C’est une caractéristique plus able pour l’identication que la couleur du minéral lui-même, surtout si le trait est coloré. Comment l’observer 1. Frotter l’échantillon de minéral sur une plaque de porcelaine non émaillée. Si sa dureté est plus élevée que celle de la porcelaine, l’échantillon laissera un trait sur la plaque. Sinon, il s’effritera. 2. Noter la couleur du trait. A

La couleur du trait de la galène est noire

B

A

et celle de l’hématite est rouge

B

.

Lien avec la clé d’identication Les minéraux à l’éclat métallique ont tous un trait foncé et coloré. La plupart des minéraux à l’éclat non métallique ont un trait blanc ou incolore : certains ont un trait pâle et coloré. Cette propriété aide donc à déterminer l’éclat en cas de doute.

La couleur Description La couleur d’un échantillon est la couleur observée sur une cassure fraîche. Un échantillon a habituellement une couleur dominante, mais, à cause d’impuretés, il peut avoir parfois d’autres couleurs. Des échantillons d’un même minéral peuvent avoir un bon nombre de couleurs différentes. La couleur n’est donc pas une propriété permettant d’identier à coup sûr le minéral. Par exemple, un quartz peut être incolore et limpide, rouge, jaune, blanc, violet, noir, etc. De plus, deux minéraux qui ont une couleur identique peuvent être d’une espèce différente. C’est le cas de la pyrite et de la chalcopyrite qui, bien qu’ils soient tous deux jaune doré, sont deux minéraux différents qui ressemblent à de l’or. Comment l’observer Observer la couleur sur une cassure fraîche. Il est important de noter toutes les couleurs visibles. Lien avec la clé d’identication La couleur est utile une fois qu’on a identié l’éclat et la dureté d’un minéral.

Le magnétisme Description Le magnétisme est la propriété qu’ont certains minéraux contenant du fer d’attirer ou de repousser un aimant. Comment l’observer 1. Placer un aimant près de l’échantillon. 2. Observer si une attraction ou une répulsion se produit.

150

La Terre et l’espace

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Groupe :

Date :

5.2

Nom :

La Terre et l’espace

Le magnétisme (suite) Lien avec la clé d’identication Repérer les minéraux magnétiques dans la section de la clé correspondant à l’éclat et à la dureté de l’échantillon.

L’effervescence Description Certains minéraux, comme les carbonates, réagissent en présence d’un acide, principalement avec l’acide chlorhydrique. La réaction chimique dégage des bulles de gaz carbonique. Le phénomène ressemble à un bouillonnement, c’est pourquoi on le nomm e « effervescence ». Comment l’observer 1. Rayer l’échantillon (l’effervescence peut s’observer à la surface du minéral ou sur la poudre). 2. Déposer une goutte d’acide chlorhydrique à l’aide d’un compte-gout tes. 3. Observer la présence ou non d’effervescence. Lien avec la clé d’identication Repérer les minéraux qui sont effervescents dans la section de la clé correspondant à l’éclat et à la dureté de l’échantillon.

La forme cristalline et le clivage Description B A Certains minéraux, tels le diamant, l’halite ou la pyrite, ont une forme cristalline ayant une symétrie précise. Le clivage est la propriété que possèdent ces minéraux de se casser en suivant un plan particulier. On dit qu’ils cassent « selon leurs plans de clivage » : Forme cristalline de l’halite A et de la pyrite B . les petits morceaux obtenus ont la même e. d’origin l minéra le que ine cristall Ces minéraux se présentent souvent sous forme forme minces de cubes. Les micas, par clivages, donnent de contre, par lamelles exibles. Le quartz, de clivage. Lorsqu’il casse, a une forme vaguement hexagonale, mais il ne possède pas de plan e. ses morceaux n’ont pas la même forme que le cristal d’origin Les minéraux n’ayant pas de clivage cassent de manière désordonnée. Comment l’observer de le casser pour vérier la Observer la forme cristalline de l’échantillon. Il peut être nécessaire présence ou non d’un plan de clivage. Lien avec la clé d’identication ine et leurs plans Repérer, dans la section de la clé, les minéraux ayant la forme cristall de clivage.

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Chapitre 5 • La Terre

151

5.2

Nom :

Groupe :

Date :

La masse volumique

La Terre et l’espace

Description La masse volumique est une proprié té caractéristique des minéraux. Elle correspond au rapport entre la masse du minéral et son volume. Comment l’observer 1. Déterminer la masse de l’échan tillon à l’aide d’une balance. 2. Déterminer le volume de l’échan tillon à l’aide d’un cylindre gradué ou d’un vase à trop-ple in. À l’aide d’un cylindre gradué a) Verser de l’eau dans un cylindre gradué et noter le volume. b) Déposer l’échantillon dans le cyli ndre et noter le volume. c) La différence entre le volume na l et le volume initial correspond au volume de l’échan tillon. À l’aide d’un vase à trop-plein a) Remplir le vase à trop-ple in jusq u’à ce que l’eau déborde. b) Placer un cylindre gradué sous le bec verseur du vase à trop-ple in. c) Déposer doucement l’échantillo n dans le vase à trop-ple in. d) Recueillir l’eau qui s’écoule à l’aid e du cylindre gradué. e) Mesurer le volume d’eau. Il corr espond au volume de l’échantillon.

3. Diviser la masse de l’échantillo n par

son volume pour obtenir sa masse volumique. Lien avec la clé d’identication Comparer la masse volumique de l’échantillon avec celle du minéral de la clé d’identication qui semble corresp ondre à l’échantillon.

Flash

info

Des records éblouissants

Pour évaluer la valeur d’une pierre précieuse, on utilise comme unité de mesure le « carat », qui correspond à la masse de la pierre. Un carat a une masse de 200 mg. Un diamant de cinq carats pèse donc un gramme, ce qui correspond à un diamètre d’environ 6,5 mm. Le plus gros diamant brut découvert jusqu’ici, le Cullinan, provient d’Afrique du Sud et il pesait 3106 carats. Il a été taillé en neuf énormes diamants. Les deux plus gros, les Le Golden Jubilee. Cullinan I et II, pèsent respectivement 530,2 et 317,4 carats. Ils appartiennent tous les deux à la famille royale d’Angleterre. Le record du plus gros diamant taillé appartient cependant au Golden Jubilee, un diamant jaune brun, provenant aussi d’Afrique du Sud. Il pèse 545,6 carats et orne la couronne impériale de Thaïlande.

152

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

5.2

Clé d’identication des minéraux Pour lire la clé Couleur : Noir (N), Gris (G), Brun (Br), Blanc (B), Bleu (Bl), Jaune (J), Vert (V), Violet (Vi), Rouge (R), Rose (Ro), Incolore (In), Orange (O) Soulignement : Couleur du trait D : Dureté MV : Masse volumique (g/mL) Remarque : Les propriétés non mentionnées ne sont pas utiles pour l’identication du minéral.

Minéraux ayant un éclat métallique et sub-métallique Dureté entre 0 et 2,5 (rayé par un ongle) Molybdénite

GB, NV, D 1 à 1,5, (MV environ 4,6), tache les doigts et le papier, gras, un clivage parfait.

Graphite

G, N, D 1 à 2, (MV 2,23), marque le papier, gras, paillettes hexagonales, un clivage parfait.

Pyrolusite

NG, N, D 1 à 2, (MV 4,7), tache les mains, un clivage parfait, aspect breux.

Stibine

G, GN, D 2, (MV environ 4,5), prisme allongé, un clivage parfait, fond à la amme en dégageant une fumée blanche et une odeur de soufre.

Dureté entre 2,5 et 3 (rayé par une pièce d’un cent) Galène

G, G, D 2,5, (MV environ 7,5), un clivage parfait à 90°, très lourd.

Cuivre

Br, B, D 2,5 à 3, (MV 8,9).

Dureté entre 3 et 5,5 (rayé par la pointe d’un clou en acier) Bornite

RBrBl, GN, D 3, (MV 5), reets métalliques bleu et rouge, un clivage imparfait.

Chalcopyrite

J, NV, D 3,5 à 4, (MV environ 4,2), un clivage imparfait.

Pyrrhotite

JRo, GN, D 4, (MV 4,6), couleur bronze sur une cassure fraîche, léger, magnétisme.

Dureté supérieure à 5,5 (non rayé par la pointe d’un clou en acier) Goethite

NBrJ, JBr, D 5 à 5,5 (MV 4,4), cristaux en forme de prismes, un clivage parfait.

Chromite

GN, Br, D 5,5, (MV 4,6), faible magnétisme (parfois).

Ilménite

N, NBr, D 5,5 à 6, (MV 4,7), faible magnétisme (inclusions de magnétite).

Arsénopyrite

BG, NG, D 5,5 à 6, (MV 6), clivage net, odeur d’ail lorsque chauffé ou martelé.

Magnétite

NBr, N, D 6, (MV 5,2), fort magnétisme.

Pyrite

J, NVBr, D 6 à 6,5, (MV 5), cristaux cubiques, pas de clivage, reets dorés évoquant l’or (d’où le nom « or des fous »).

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Chapitre 5 • La Terre

153

La Terre et l’espace

5.2

Nom :

Groupe :

Date :

Minéraux ayant un éclat non métallique Dureté entre 0 et 2,5 (rayé par un ongle) Talc

BVJBrRIn, B, D 1, (MV environ 2,7), gras.

Gypse

InBBrJRo, B, D 2, (MV 2,3), vitreux, un clivage parfait, parfois à l’état breux.

Muscovite

VInBRoBr, In, D 2 à 2,5, (MV environ 2,8), vitreux, un clivage parfait donnant de minces lamelles.

Dureté entre 2,5 et 3 (rayé par une pièce d’un cent) Halite

InBRoBlG, B, D 2,5, (MV 2,2), vitreux, cristaux cubiques, trois clivages parfaits, goût salé, soluble dans l’eau.

Brucite

BBlV, B, D 2,5, (MV 2,4), vitreux à soyeux, un clivage parfait, aspect breux à massif.

Biotite

NBrV, BBr, D 2,5 à 3, (MV 2,8 à 3,2), vitreux, un clivage parfait, minces lamelles noires, exibles et élastiques.

Phlogopite

InJBr, BBr, D 2,5 à 3, (MV 2,9), vitreux, un clivage parfait, minces lamelles brun doré.

Dureté entre 3 et 5,5 (rayé par la pointe d’un clou en acier) Serpentine

VBJGBlV, B, D 2,5 à 5, (MV 2,3), vitreux, gras ou soyeux, aspect breux.

Calcite

InBGNRoBlBr, B, D 3, (MV 2,7), trois clivages parfaits donnant des faces en forme de losange, effervescence avec HCl. Lorsque le cristal est transparent, donne une image double des objets observés au travers.

Anhydrite

BRoG, B, D 3 à 3,5, (MV environ 2,9), vitreux, un clivage parfait, aspect breux.

Barytine

B, B, D 3 à 3,5, (MV 4,5), vitreux, très friable, densité élevée pour un minéral non métallique.

Aragonite

BInGRoBlBr, B, D 3,5 à 4, (MV 3), vitreux, effervescence avec HCl.

Dolomite

InBRoGJBr, B, D 3,5 à 4, (MV 2,9), vitreux, un clivage parfait, effervescence avec HCl en poudre seulement.

Magnésite

BGJBr, B, D 3,5 à 5, (MV environ 3), vitreux, un clivage parfait, effervescence avec HCl chaud ou concentré.

Rhodocrosite

RoBrG, B, D 3,5 à 4, (MV environ 3,5), vitreux, un clivage parfait, effervescence avec HCl à chaud.

Sidérite

JBr, BJ, D 3,5 à 4, (MV 4), vitreux, un clivage parfait, effervescence avec HCl à chaud, magnétique après chauffage.

Stilbite

InBRoJR, B, D 3,5 à 4, (MV environ 2,1), vitreux, cristaux en forme de tubes, deux clivages parfaits à 90°.

Azurite

Bl, Bl, D 3,5 à 4, (MV 3,8), vitreux, un clivage parfait, effervescence avec HCl.

Malachite

V, V, D 3,5 à 4, (MV environ 4), d’adamantin à soyeux, effervescence avec HCl.

Fluorine

InBrBJVRVi, B, D 4, (MV 3,2), vitreux, un peu gras, trois clivages parfaits, cristaux cubiques ou à huit faces.

Scheelite

BGJBrV, B, D 4,5 à 5, (MV environ 6), de vitreux à gras.

Apatite

VBlViInJRoBGBrR, B, D 5, (MV 3,2), vitreux, cristaux en forme de prismes à section hexagonale.

154

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

Amphibole

VN, BGV, D 5 à 6, (MV 3 à 3,4), vitreux, deux clivages à 124o, cristaux en forme de prismes ou d’aiguilles, aspect breux. Famille de plusieurs minéraux.

Sodalite

BlGB, BBl, D 5,5 à 6, (MV environ 2,3), de vitreux à gras, cristal cubique.

Feldspath • Labradorite • Microcline • Orthose

La Terre et l’espace

5.2

Dureté supérieure à 5,5 (non rayé par la pointe d’un clou en acier)

NJBrGBl, B, D 6 à 6,5, (MV environ 2,6), vitreux. InBJRoBrV, B, D 6, (MV environ 2,5), deux clivages parfaits à presque 90°. InBJRoBr, B, D 6, (MV 2,6), vitreux, trois clivages dont un parfait, cristaux en forme de prismes courts.

Plagioclase

GBViVBl, B, D 6, (MV environ 2,6), vitreux, un clivage parfait et un clivage bon à 94°. Famille de minéraux.

Grenat

RBJViNOInGROV, B, D 6,5 à 7,5, (MV 3,5 à 4,3), de vitreux à adamantin, de transparent à translucide, cristal du système cubique. Famille de minéraux.

Quartz

INmulticolore, B, D 7, (MV 2,6), vitreux, cristal hexagonal ou semblable à un cube mais avec des faces en forme de losanges, cassure conchoïdale (qui ressemble à l’intérieur d’une coquille). L’améthyste, la citrine, l’œil de tigre, le cristal de roche font partie de la famille des quartz.

Cordiérite

BlVViG, B, D 7 à 7,5, (MV environ 2,6), de vitreux à gras, cristaux en forme de prismes courts, faible clivage.

Tourmaline

NRBrB, B, D 7 à 7,5, (MV environ 3,1), vitreux, cristaux en forme de bâtonnets allongés et striés.

Béryl

VInBJBl, B, D 7,5 à 8, (MV environ 2,7), cristal hexagonal. Les variétés limpides (transparentes) sont des pierres précieuses (émeraude, aigue-marine, etc.).

Activités 1

Qu’est-ce qu’un minéral ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Quelle est la différence entre une roche et un minéral ?

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Chapitre 5 • La Terre

155

3

La Terre et l’espace

5.2

Nom :

4

5

156

Groupe :

Date :

Pour chacun des énoncés suivants, dites de quelle propriété des minéraux il s’agit. a) Propriété correspondant à la couleur d’une cassure fraîche.

b) Propriété correspondant à la couleur de la poudre d’un minéral.

c) Propriété correspondant au rapport entre la masse et le volume d’un minéral.

d) Propriété d’attirer ou de repousser un aimant.

e) Propriété de se casser suivant un plan particulier.

f) Propriété que possède le minéral de rééchir la lumière à sa surface.

g) Propriété consistant dans la résistance qu’oppose un minéral à être rayé par un autre minéral ou par un objet usuel.

h) Propriété consistant à réagir chimique­ ment au contact d’un acide.

Indiquez la propriété des minéraux que chacune des actions suivantes permet d’observer. a) Approcher un aimant de l’échantillon.

b) Casser l’échantillon.

c) Faire tourner l’échantillon devant une source lumineuse.

d) Faire réagir un échantillon ou la poudre d’un échantillon avec de l’acide chlorhydrique.

e) Frotter l’échantillon sur une plaque de porcelaine non émaillée.

f) Observer une cassure fraîche de l’échan­ tillon à l’œil nu.

g) Peser le minéral et mesurer son volume.

h) Rayer l’échantillon avec des minéraux connus ou des objets usuels.

Placez les actions de l’activité précédente dans un ordre logique qui permet d’identier les minéraux.

La Terre et l’espace

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Groupe :

Date :

À quoi sert une clé d’identication des minéraux ?

7

Pourquoi est-il plus long mais beaucoup plus précis de déterminer la dureté à l’aide des 10 minéraux de l’échelle de Mohs qu’avec les objets usuels proposés ?

8

Proposez une marche à suivre pour déterminer la dureté à l’aide des minéraux de l’échelle de Mohs.

9

Déterminez la dureté des échantillons de minéraux suivants.

5.2

6

a) Est rayé par une pièce d’un cent.

b) Est rayé par la pointe d’un clou en acier.

c) N’est pas rayé par la pointe d’un clou en acier.

d) Est rayé par le corindon mais pas par l’orthose.

e) Raye la calcite mais pas la uorine.

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Chapitre 5 • La Terre

157

La Terre et l’espace

Nom :

La Terre et l’espace

5.2

Nom :

Groupe :

Date :

10 Une équipe de géologues a recueilli des échantillons de minéraux. Ils vous demandent de fournir les renseignements manquants an de les aider à identier ces échantillons. a)

b)

c)

Éclat :

Éclat :

Éclat :

Dureté : Rayé par la pointe d’un clou

Dureté : Rayé par la pointe d’un clou

Dureté : Rayé par la pointe d’un clou

Couleur du trait : Blanc

Couleur du trait : Blanc

Couleur du trait : Brun jaunâtre

Masse : 41,4 g Volume : 18 mL

Masse : 21 g

Masse : 44 g

Masse volumique :

Masse volumique :

Masse volumique :

Effervescence : Non

Effervescence : Non

Effervescence : Non

Magnétisme : Non

Magnétisme : Léger

Magnétisme : Léger

Autres observations : Gras ou soyeux. Aspect breux.

Autres observations : Vitreux. Cristaux en forme de tubes. Deux clivages parfaits à 90°.

Autres observations : Cristaux en forme de prismes. Un clivage parfait.

Identication :

Identication :

d)

e)

f)

Éclat :

Éclat :

Éclat :

Dureté : Rayé par l’ongle

Dureté : Non rayé par la pointe d’un clou

Dureté : Rayé par la pointe d’un clou

Couleur du trait : Blanc

Couleur du trait : Noir

Masse : 31,2 g Volume : 12 mL

Masse : 62,5 g Volume : 14 mL

Masse volumique :

Masse volumique :

Effervescence : Non

Effervescence : Non

Magnétisme : Non

Magnétisme : Léger

Autres observations : Vitreux.

Autres observations : Couleur bronze sur une cassure fraîche. Léger magnétisme.

Identication :

Couleur du trait : Blanc Masse : 25,3 g Volume : 11 mL Masse volumique : Effervescence : Non Magnétisme : Non Autres observations : Vitreux. Un clivage parfait. Parfois à l’état breux. Identication :

158

La Terre et l’espace

Identication :

Volume : 10 mL

Volume : 10 mL

Identication :

Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Date :

5.3

Groupe :

g)

h)

i)

Éclat :

Éclat :

Éclat :

Dureté : Non rayé par la pointe d’un clou

Dureté : Rayé par l’ongle

Dureté : Rayé par un cent

Couleur du trait : Noir verdâtre

Couleur du trait : Blanc brunâtre

Couleur du trait : Blanc Masse : 44,2 g Volume : 17 mL Masse volumique : Effervescence : Non Magnétisme : Non Autres observations : Vitreux. Cristal hexagonal ou semblable à un cube mais avec des faces en forme de losanges. Cassure conchoïdale.

Masse : 51 g

Volume : 11 mL

Masse volumique : Effervescence : Non Magnétisme : Non Autres observations : Tache les doigts et le papier. Gras. Un clivage parfait. Identication :

Identication :

5.3

Masse : 45 g

La Terre et l’espace

Nom :

Volume : 15 mL

Masse volumique : Effervescence : Non Magnétisme : Non Autres observations : Vitreux. Un clivage parfait. Minces lamelles noires, exibles et élastiques. Identication :

Les types de sols

Nous disons couramment que le sol est la partie de la Terre sur laquelle nous marchons. Mais le sol ne fait pas que nous supporter. Il rend possible l’agriculture, abrite de nombreuses espèces animales, retient les eaux de pluie. Il soutient aussi les fondations des bâtiments, des ponts et des routes. Le sol est la couche supercielle de la croûte terrestre, celle qu’on peut modeler et sur laquelle les végétaux poussent. Sans lui, la vie telle qu’on la connaît sur la Terre serait impossible. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 5 • La Terre

159

Nom :

Groupe :

Date :

5.3

La formation du sol

La Terre et l’espace

Deux processus mènent à la formation du sol : l’altération, c’està-dire la modication et la dégradation de la roche mère d’une part, et l’enrichissement en matière organique d’autre part (voir la gure 9).

La matière organique en décomposition L’altération de la roche mère

La roche mère

Figure 9 La formation du sol.

L’altération de la roche mère Le sol se forme à partir d’une roche dure ou meuble, c’est-à-dire peu compacte appelée « roche mère ». Divers processus physiques, chimiques ou biologiques transforment partiellement ou totalement les éléments qui constituent la roche mère. Celle-ci se désagrège alors en fragments rocheux et en particules minérales.

L’enrichissement en matière organique Des débris d’origine végétale (racines mortes, feuilles, écorces, fruits, etc.) et animale (excréments, plumes, cadavres, etc.) se retrouvent constamment sur le sol. Cette matière en décomposition mélangée par les microorganismes et autres décomposeurs du sol constitue la « matière organique ». Cette matière qui fait partie intégrante du sol, surtout dans sa couche supérieure, s’appelle « humus ». Elle donne au sol sa couleur, allant du brun au noir.

Les propriétés du sol On trouve dans le sol de l’eau, de l’air, des minéraux et de la matière organique. C’est la proportion et l’agencement de ces diérents éléments entre eux qui déterminent les propriétés du sol et les usages qu’on peut en faire. La portion minérale d’un sol provient de l’altération de la roche mère. Celle-ci se transforme en eet peu à peu en fragments rocheux (bloc, pierre, caillou, gravier) et en particules minérales 160

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

Tableau 1

5.3

(sable, limon, argile). On classe ces éléments selon leur dimension, le plus grand étant le bloc rocheux, et le plus petit, l’argile (voir le tableau 1). Dimension des fragments rocheux et des particules minérales du sol

Fragments rocheux et particules minérales

Dimension (mm)

Plus de 2

Bloc rocheux, pierre, caillou, gravier

A

Sol argileux

B

Sol sableux

De 0,05 à 2 Sable

De 0,002 à 0,05

Limon

Moins de 0,002

Argile

La texture d’un sol dépend de la taille des particules qui le composent. Les particules de sable, par exemple, bien que beaucoup plus grosses que les particules d’argile, lent entre les doigts (voir la gure 10). La texture du sol a une incidence sur sa structure, sa teneur en nutriments, son humidité et sa capacité à drainer l’eau. La structure du sol, quant à elle, est déterminée par l’agencement des particules.

Les types de sols On dénit les principaux types de sols par la dimension des particules qui les composent et leur agencement. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Figure 10 Déterminer la texture d’un sol. Plusieurs tests simples permettent de déterminer la texture d’un sol. Par exemple, un sol argileux forme une boule qui se tient dans la main, et garde l’empreinte de la main A alors qu’un sol sableux le entre les doigts B . Chapitre 5 • La Terre

161

5.3

Nom :

Groupe :

Date :

Le sol sableux

La Terre et l’espace

Texture : Contient surtout du sable. Les particules étant relativement espacées, le sol est très poreux et l’eau s’y écoule rapidement. De même, il sèche et se réchauffe en peu de temps car l’air y circule facilement. Structure : Structure particulaire (c’est-à-dire formée d’éléments grossiers) qui glisse entre les doigts en raison de l’absence de cohésion entre les particules. Cela le rend très sensible à l’érosion par le vent. Culture : Convient à la culture de l’asperge, de la carotte, de la pomme de terre et du fraisier. Le cactus y pousse aisément.

Le sol limoneux Texture : Contient surtout du limon. Ses particules tiennent ensemble lorsqu’on le sert dans la main. Ce type de sol peut se désagréger en plusieurs éléments ; c’est pourquoi il est plus sensible à l’érosion. Structure : Les particules sont relativement serrées, permettant à l’air et à l’eau de circuler plus ou moins facilement. Il peut se former une croûte à sa surface en période de sécheresse. Culture : Convient à la culture du blé, du maïs et de la betterave.

Le sol argileux Texture : Contient surtout de l’argile. C’est un sol lourd et compact dont les particules demeurent collées lorsqu’on les presse dans la main, à la manière de la pâte à modeler. Structure : La structure très serrée laisse peu de place à la circulation de l’eau et de l’air. Le sol retient donc bien l’eau et l’engrais. Ce sol se remplit rapidement de l’eau de pluie. La partie supercielle peut se dégrader et former une croûte en période de sécheresse. Culture : La tomate de champ, le maïs, l’orge et le soya sont fréquemment cultivés sur les sols argileux. Au Québec, les sols argileux sont les plus fertiles.

Le sol humifère Texture : Contient surtout de la matière organique. Ses particules sont relativement lâches et glissent entre les doigts. Cela permet à l’eau de s’écouler facilement. Structure : Bien que le sol humifère laisse l’eau s’écouler, il peut en retenir une grande quantité, sans devenir collant comme le sol argileux. Il retient également les éléments fertilisants. Une fois cultivé, il est très sensible à l’érosion par le vent. Culture : Les sols humifères sont souvent utilisés pour la culture des légumes.

162

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

5.3

Aucun sol n’est meilleur qu’un autre, chacun possède des avantages et des inconvénients. Tout dépend de l’utilisation que l’on veut en faire et de leur situation géographique, donc du climat. Les sols argileux sont favorables à l’agriculture, mais ils sont souvent mouillés vu qu’ils ne drainent pas l’eau ecacement. Au contraire, les sols sableux se drainent facilement, mais ils sont fréquemment secs et peu propices à l’agriculture. En dénitive, le meilleur sol pour l’agriculture est constitué d’un mélange quasi identique de sable, d’argile et de limon ainsi que d’une bonne quantité de matières organiques. On appelle ce sol de la « terre franche ».

La conservation du sol Le sol est une ressource naturelle qui se renouvelle peu ou très lentement. Un sol couvert de végétaux est moins vulnérable à l’érosion. Toutes les activités qui contribuent à éliminer les plantes représentent donc un danger de dégradation ou de perte du sol. Par exemple, l’utilisation excessive d’un sol comme pâturage pour nourrir les animaux, le déboisement ou les constructions de toutes sortes (routes, aéroports, bâtiments, etc.) détériorent le sol. La pollution, la monoculture (culture d’une seule variété de végétaux), l’utilisation d’engrais et de pesticides contribuent aussi à le dégrader. Celui-ci devient alors moins adéquat pour l’utilisation que l’on veut en faire. De plus, les changements climatiques entraînent une élévation du niveau des mers. Le sol des basses terres pourrait donc être inondé.

Flash

info

L’agriculture de l’espoir

Dans certaines régions de la Terre, le sol est très pauvre, donc peu productif. Des agriculteurs réussissent néanmoins à cultiver de grandes quantités de céréales ou de légumes. Une de leurs techniques consiste à planter des arbres capables de transformer l’azote de l’atmosphère en éléments nutritifs. Le sol s’enrichit et peut alors mieux nourrir les végétaux cultivés. Des études montrent que, dans certaines conditions, le recours aux arbres comme « engrais » réduit l’utilisation d’engrais commerciaux tout en doublant ou en triplant les rendements des cultures. Cette technique fait partie de ce qu’on appelle l’« agroforesterie », un type d’« agriculture verte » puisqu’elle exige la plantation d’arbres. Elle améliore la qualité des sols et contribue à nourrir la population. De plus, elle diminue la quantité de gaz carbonique dans l’air, ce qui freine les changements climatiques.

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Le Millettia pinnata est un arbre xateur d’azote.

Chapitre 5 • La Terre

163

La Terre et l’espace

5.3

Nom :

Groupe :

Date :

Activités 1

Quels sont les quatre constituants du sol ?

2

Quels sont les deux critères qui permettent de déterminer le type de sol ?

3

Associez chacun des sols de la colonne de gauche à une caractéristique de la colonne de droite. a) Sol argileux

1) Grande quantité de matière organique

b) Sol humifère

2) Majorité de particules entre 0,002 et 0,05 mm

c) Sol limoneux

3) Majorité de particules entre 0,05 et 2 mm

d) Sol sableux

4) Majorité de particules plus petites que 0,002 mm

4

Qu’est-ce qui différencie la texture de la structure d’un sol ?

5

Les schémas suivants illustrent la texture de quelques sols. Observez-les puis répondez aux questions qui suivent. Légende : Fragments rocheux Particules entre 2 et 0,002 mm Particules de moins de 0,002 mm

A.

B.

C.

a) Quel sol retiendra le plus l’eau ? b) Quel sol séchera le plus rapidement après une pluie ? c) Quel sol convient à la culture de végétaux ayant des besoins modérés en eau ?

164

La Terre et l’espace

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Date :

Dessinez les deux processus qui fournissent les principaux éléments du sol, à savoir la matière minérale et la matière organique. Donnez un titre à chacun de vos dessins et expliquez-les brièvement.

La Terre et l’espace

6

Groupe :

5.3

Nom :

a)

Titre : Explication :

b)

Titre : Explication :

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Chapitre 5 • La Terre

165

Date :

Sol humifère

Sol sableux

Associez un ou plusieurs types de sols à chacune des propriétés. Sol argileux

7

Groupe :

Sol limoneux

La Terre et l’espace

5.3

Nom :

a) En période de sécheresse, une croûte peut se former sur ce type de sol. b) L’air et l’eau y circulent plus ou moins facilement. c) Les espaces entre les particules permettent à ce sol d’emprisonner l’air et de se réchauffer rapidement. d) Les particules assez espacées permettent à l’eau de s’écouler rapidement et de transporter l’engrais. e) Les particules minérales de ce sol laissent facilement s’écouler l’eau alors qu’un des composants se gone et retient l’eau. f) Au Québec, ce sont les sols les plus fertiles. g) Ces types de sols sont les plus sensibles à l’érosion. h) Ce type de sol, lourd et compact, retient bien l’eau et l’engrais.

8

166

Un membre de votre famille vient d’acquérir une terre cultivable. Il vous dit qu’environ le quart du terrain est assez limoneux et que le reste est constitué de terre franche. Il se demande quels végétaux cultiver et comment s’y prendre. Quels conseils pourriez-vous lui donner ?

La Terre et l’espace

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Groupe :

L’énergie

La Terre et l’espace

5.4

Date :

5.4

Nom :

Tout est matière et énergie. La matière est composée d’atomes et comprend tout ce qui est solide, liquide ou gazeux. L’énergie est la capacité que possède la matière de changer d’état ou d’effectuer un travail entraînant un mouvement, de la chaleur ou de la lumière. Par exemple, l’énergie chimique qui résulte de la transformation de la nourriture permet aux êtres humains d’accomplir toutes leurs activités ; la force de l’eau dans les centrales hydroélectriques sert à produire de l’énergie électrique qui alimente les maisons sous forme d’électricité.

Définition

L’énergie se présente sous plusieurs formes : énergie solaire, éolienne, hydraulique, marémotrice, géothermique, nucléaire, énergie de la biomasse, des combustibles fossiles, etc. (voir la gure 11). Plusieurs ressources naturelles procurent de l’énergie. Elles sont classées en deux catégories : les ressources énergé­ tiques renouvelables et les ressources énergétiques non renouvelables.

Figure 11 Des formes d’énergie présentes sur la Terre. Sur Terre, on trouve les formes d’énergie suivantes : l’énergie de la biomasse, l’énergie éolienne, l’énergie chimique produite par la photosynthèse des plantes ainsi que les différentes formes d’énergie liées aux mouvements de l’eau.

L’énergie est la capacité que possède la matière de changer d’état ou d’effectuer un travail entraînant un mouvement, de la chaleur ou de la lumière.

Les ressources énergétiques renouvelables Une ressource énergétique renouvelable est une ressource qui n’est pas détruite du fait de son utilisation ou qui possède la capa­ cité de se renouveler au moins aussi vite qu’elle est utilisée. Par exemple, le vent et le Soleil sont deux ressources énergétiques indestructibles et la biomasse se régénère rapidement. Les res­ sources énergétiques renouvelables abordées dans cette section sont le Soleil, la biomasse, le vent, l’eau et la chaleur du sous­sol.

Le Soleil L’énergie solaire est l’énergie du rayonnement du Soleil qui tra­ verse l’atmosphère et parvient jusqu’à la Terre. Elle rend possible la vie sur la planète puisque la photosynthèse la transforme en énergie chimique utilisable par tous les êtres vivants. De plus, l’être humain utilise directement le rayonnement solaire pour Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 5 • La Terre

167

Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

5.4

s’éclairer, se chauer et parfois cuire ses aliments. Pour proter pleinement de cette énergie gratuite, on peut orienter un bâtiment en fonction du rayonnement solaire. L’être humain transforme aussi l’énergie solaire en d’autres formes d’énergie. Par exemple, lorsqu’elle est captée par les cellules photovoltaïques des panneaux solaires ou qu’elle contribue à chauer l’eau des centrales thermiques, l’énergie solaire est transformée en énergie électrique (voir la gure 12).

Les manifestations naturelles de l’énergie solaire L’énergie solaire se transforme et se manifeste Figure 12 Des panneaux solaires. L’énergie naturellement de plusieurs manières. La photocaptée par des panneaux solaires est convertie synthèse, le cycle de l’eau, le vent ainsi que pluen énergie électrique. sieurs phénomènes météorologiques qui lui sont associés, comme les tornades, les tempêtes et les ouragans, sont quelques-unes de ses manifestations naturelles. Prenons le cycle de l’eau : il est dû à l’énergie solaire. En eet, l’eau s’évapore sous l’eet de la chaleur du rayonnement solaire. Une fois dans l’atmosphère, la vapeur d’eau condense et libère toute l’énergie qu’elle a emmagasinée. Cette énergie sert alors à réchauer l’air et entraîne des variations de température des masses d’air.

La biomasse

Figure 13 La biomasse. La combustion du bois procure de l’énergie, tout comme la combustion des aliments lors de la digestion. Ce sont deux exemples d’utilisation de l’énergie de la biomasse.

Tous les êtres vivants ainsi que les déchets qu’ils rejettent dans l’environnement au cours de leur vie constituent ce qu’on appelle la « matière organique » ou la « biomasse ». Lorsqu’elle est brûlée, la biomasse libère son énergie sous forme de chaleur. C’est ce qui se produit pendant un feu de bois, par exemple. De plus, la matière organique en décomposition dégage énormément d’énergie sous forme de gaz. On peut d’ailleurs sentir la chaleur du gaz lorsqu’on ouvre une poubelle remplie de matière organique. La surface de la matière en décomposition est chaude.

Tous les animaux utilisent la biomasse pour se nourrir. Les humains ont appris à s’en servir pour chauer des habitations ou alimenter des moteurs (voir la gure 13). La biomasse peut aussi être convertie en énergie électrique.

168

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

5.4

Le vent

La Terre et l’espace

Le vent est le mouvement d’une masse d’air située à la surface de la Terre. À l’échelle de la planète, ce mouvement est causé par la combinaison de deux facteurs : le réchauement inégal des différentes régions de la Terre par l’énergie solaire d’une part, et la rotation de la Terre d’autre part. Le vent est donc une ressource énergétique inépuisable qui ne disparaîtra que lorsque le Soleil s’éteindra, dans quelque cinq milliards d’années.

Le réchauffement inégal des régions de la Terre À la surface de la Terre, l’énergie solaire réchauffe moins les pôles que l’équateur. Or, l’air froid est plus lourd que l’air chaud et redescend. Ce mouvement descendant de l’air froid crée une pression à la surface de la Terre. Là où l’air est plus froid, aux pôles par exemple, se trouve une zone de haute pression. Au contraire, l’air chaud étant plus léger, il crée un courant ascendant et une zone de basse pression à la surface de la Terre, à l’équateur par exemple. Au sol, les masses d’air se déplacent horizontalement de la zone de haute pression vers la zone de basse pression pour combler l’espace laissé par le courant ascendant de l’air chaud. En altitude, les masses d’air se déplacent horizontalement de la zone de basse pression vers la zone de haute pression pour combler l’espace laissé par le courant descendant de l’air froid. Ce mouvement horizontal correspond au vent (de surface ou d’altitude).

Définition

L’ensemble de ces déplacements de masses d’air forme une cellule de convection. À la surface de la Terre, il y a six cellules de convection (voir la gure 14) à la source des vents dominants de la planète. On trouve aussi de multiples cellules de convection causées par des éléments locaux comme le relief, la présence d’un bassin d’eau important à proximité, etc. ; elles sont la source de nombreux vents propres aux diérentes régions de la Terre.

60° N 30° N

30° S 60° S

Figure 14 Les six cellules de convection à la surface de la Terre.

Le vent est le mouvement horizontal d’une masse d’air, d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression. Ce mouvement est causé par le réchauffement inégal de la surface de la planète et par la rotation de la Terre.

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Chapitre 5 • La Terre

169

Groupe :

La Terre et l’espace

5.4

Nom :

Pôle Nord

La rotation de la Terre et le vent Si la Terre ne tournait pas, les vents dominants circuleraient tous selon un axe nord-sud, des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Or, la rotation de la Terre génère une force, la force de Coriolis, qui Vents d’est polaires dévie les vents des six cellules de convection (voir la gure 15). 60° N 30° N Calmes tropicaux Calmes équatoriaux

30° S

Pôle Sud

Figure 15

Date :

60° S Vents d’est polaires

La déviation des vents dominants.

Mesurer les caractéristiques du vent Diérents instruments permettent de déterminer les caractéristiques du vent (voir la gure 16). L’anémomètre mesure la vitesse du vent, qui peut aussi être estimée par un manche à air ou un drapeau. La girouette, elle, indique la direction du vent. Des échelles descriptives, comme celle de Beaufort, permettent de caractériser la force du vent à partir de ses eets sur l’environnement (voir le tableau 2, à la page suivante).

A

B

Figure 16 Des instruments qui mesurent les propriétés du vent. A Un anémomètre (à droite) et une girouette (à gauche) sont regroupés dans cette station météorologique. B Plus le manche à air est tendu, plus la vitesse du vent est élevée.

170

La Terre et l’espace

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Tableau 2 Force

Appellation

Date :

5.4

Groupe :

L’échelle de Beaufort

Vitesse (km/h)

Effets au sol

La Terre et l’espace

Nom :

0

Calme

Moins de 1

La fumée monte verticalement.

1

Très légère brise

De 1 à 5

La fumée indique la direction du vent, mais pas la girouette.

2

Légère brise

De 6 à 11

On sent le vent sur le visage, les feuilles bougent, la girouette amorce un mouvement.

3

Petite brise

De 12 à 19

Les drapeaux légers ottent bien. Les feuilles et les petites branches sont constamment mises en mouvement.

4

Jolie brise

De 20 à 28

Les poussières et les feuilles de papier s’envolent ; les petites branches s’agitent.

5

Bonne brise

De 29 à 38

Les petits arbres se balancent. Les sommets des arbres sont agités et de petites vagues se forment sur les eaux intérieures.

6

Vent frais

De 39 à 49

Les grosses branches des arbres s’agitent. Utiliser un parapluie est difcile. Le vent sife dans les ls et les branches.

7

Grand frais

De 50 à 61

Les arbres sont complètement agités. La marche contre le vent est difcile.

8

Coup de vent

De 62 à 74

Le vent casse les petites branches. La marche contre le vent est très difcile.

9

Fort coup de vent

De 75 à 88

Le vent peut endommager légèrement les bâtiments en soulevant par exemple les bardeaux de la toiture.

10

Tempête

De 89 à 102

Le vent cause de plus gros dégâts aux habitations et déracine des arbres.

11

Violente tempête

De 103 à 117

Les dégâts causés touchent un plus vaste territoire.

12

Ouragan

Plus de 118

Les dégâts sont importants, le territoire touché est dévasté.

L’action du vent et son utilisation De manière naturelle, le vent façonne le relief en milieu déser­ tique : il érode le sol mis à nu ; il transporte les particules minérales comme le sable, le limon et l’argile ; il favorise la reproduction de certaines plantes en transportant leur pollen ou leurs graines. Le vent oxygène les océans en agitant leur surface. Le vent est aussi un agent de dispersion de foyers d’incendie : lors de feux de forêt, il contribue grandement à fournir l’oxygénation nécessaire au maintien du feu.

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Chapitre 5 • La Terre

171

Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

5.4

L’être humain utilise le vent pour aérer les maisons et rendre l’air plus sain, pour se rafraîchir ou encore pour sécher le linge à l’extérieur. Il l’utilise aussi pour des loisirs comme la voile, la planche à voile ou le cerf-volant (voir la gure 17) ainsi que pour le transport en montgolère ou en avion. Les avions utilisent les courants-jets du vent (courants d’altitude) pour économiser du carburant et diminuer la durée des voyages. L’énergie éolienne est l’énergie tirée du vent au moyen d’un dispositif. Elle est utilisée depuis environ 5000 ans par les moulins à vent an, entre autres, de moudre le grain et de pomper l’eau. Depuis environ 150 ans, l’énergie éolienne est transformée en énergie électrique par des éoliennes.

Figure 17 Faire du cerf-volant : une activité humaine possible grâce au vent.

Flash

info

Quand le vent se déchaîne

Il arrive que de violentes tempêtes se terminent en ouragan ou qu’elles s’accompagnent de tornades. Ces deux phénomènes sont différents, bien qu’ils soient tous les deux accompagnés de vents destructeurs très violents. L’ouragan, aussi appelé « cyclone » ou « typhon » selon les régions de la Terre où il se développe, est une zone très large de nuages orageux qui tourbillonnent. La tornade, quant à elle, est un tourbillon de vent extrêmement puissant qui a l’allure d’une étroite colonne. Dans certaines conditions atmosphériques, les tornades prennent naissance à la base d’un nuage d’orage. Là où elles passent, les tornades sont plus destructrices que les ouragans. Mais elles sont habituellement concentrées sur de plus petites régions et durent moins longtemps. A

B

A Une tornade a l’allure d’une étroite colonne tourbillonnante. B L’ouragan prend la forme de spirales de nuages.

172

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

5.4

L’eau

La Terre et l’espace

Les différents mouvements de l’eau, tels que les vagues, les chutes et les marées, produisent l’énergie hydraulique. Cette énergie provient du mouvement de l’eau qui tombe par l’action de la gravité (voir la gure 18). L’énergie marémotrice est l’énergie transmise lors du phénomène des marées, qui se produit deux fois par jour sur le bord des océans alors que l’eau monte et descend. Combinée à d’autres formes d’énergie, l’énergie de l’eau permet de nombreux loisirs comme le kayak, le canotage, le ski nautique, etc. Autant l’énergie hydraulique que l’énergie marémotrice sont converties en énergie électrique par des installations d’envergure.

La chaleur du sous-sol Le manteau de la Terre, réchaué par le magma, transmet une partie de cette chaleur à l’eau souterraine et au sous-sol. L’énergie ainsi produite est appelée « énergie géothermique ». Elle est utilisée dans des systèmes de chauage à eau chaude ou elle est puisée directement dans le sol pour être convertie en énergie électrique. Cette énergie est à l’origine des geysers et des sources thermales. Ces dernières sont souvent utilisées pour la baignade ou les soins de santé.

Figure 18 Un barrage hydroélectrique dans la région de la Baie-James.

Les ressources énergétiques non renouvelables Les ressources énergétiques non renouvelables sont des ressources détruites du fait de leur utilisation ou dont la capacité de renouvellement est très lente. L’utilisation de ces ressources est très préoccupante puisque la seule manière de les préserver est d’en réduire la consommation. Les principales ressources énergétiques non renouvelables sont les combustibles fossiles et les noyaux des atomes.

Les combustibles fossiles Les combustibles fossiles sont issus de la décomposition, en l’absence d’oxygène, d’êtres vivants morts depuis des millions d’années. Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont les principaux combustibles fossiles (voir la gure 19). Ils sont surtout utilisés pour le

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Figure 19 Du charbon, aussi appelé « anthracite ». L’accumulation de végétaux morts, dans certains environnements comme les tourbières, en modie les conditions chimiques. Les sédiments deviennent alors de plus en plus riches en carbone. La matière organique des végétaux se transforme graduellement en tourbe, puis en lignite, en houille et nalement en anthracite, la forme de charbon la plus riche en carbone. Ce processus de carbonisation des végétaux en combustibles fossiles prend des millions d’années.

Chapitre 5 • La Terre

173

Date :

5.4

Groupe :

transport et pour chauer les bâtiments. L’énergie qu’ils dégagent sous forme de chaleur est aussi transformée en énergie électrique.

La Terre et l’espace

Nom :

L’utilisation des combustibles fossiles contribue à l’épuisement des ressources énergétiques de la planète. Elle est également la source de graves problèmes environnementaux comme la contamination des sols et des eaux souterraines, et les change­ ments climatiques.

Flash

info

Un pétrole substitut de pétrole !

Au début de l’année 2011, après cinq ans de recherches, une équipe de scientiques français et espagnols a réussi à synthétiser du pétrole en laboratoire. Les chercheurs se sont inspirés du processus naturel de formation du pétrole pour reproduire en seulement 48 heures les conditions d’une réaction chimique qui prend normalement des millions d’années. Ils ont capté le gaz carbonique rejeté d’une usine voisine et l’ont utilisé pour nourrir des algues microscopiques. Les algues ainsi nourries se sont multipliées très rapidement. Après vingt-quatre heures, les chercheurs ont ltré ce bouillon d’algues concentrées et ont obtenu une pâte végétale. À très haute température, cette pâte a nalement été soumise à une réaction chimique appelée « craquage » et s’est transformée en pétrole articiel. Ce pétrole, contrairement au pétrole naturel, ne contient pas de métal ; il est donc plus propre. Selon les chercheurs, il pourrait avoir la même utilisation que le pétrole naturel.

Les noyaux des atomes et l’énergie nucléaire Lorsqu’ils subissent des transformations, les noyaux des atomes libèrent souvent de grandes quantités d’énergie ; c’est l’énergie nucléaire. Cette énergie peut aussi être transformée en énergie électrique. Elle sert également à propulser des véhicules dits à propulsion nucléaire comme des sous­marins, des navires militaires, etc. L’énergie nucléaire possède aussi un énorme pouvoir de destruc­ tion, notamment lorsqu’on s’en sert pour fabriquer des bombes.

174

La Terre et l’espace

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Groupe :

Date :

5.4

Nom :

La Terre et l’espace

Activités 1

Qu’est-ce que l’énergie ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Reliez chaque situation de la colonne de gauche au type d’énergie qu’elle procure. a) Calgary, en Alberta, est la ville canadienne qui compte le plus de jours ensoleillés par année. b) Des noyaux d’atomes d’uranium se divisent en noyaux plus légers. c) L’Alberta possède la 2e réserve mondiale de pétrole brut. d) L’eau des chutes du parc des Sept-Chutes, à SaintFerréol-les-Neiges, près de Québec, se déverse dans un grand vacarme. e) Le vent soufe sur les côtes du euve Saint-Laurent en Gaspésie. f) Les sources thermales de Hot Springs Cove sur l’île de Vancouver attirent des baigneurs.

3

1) Énergie de la biomasse 2) Énergie des combustibles fossiles 3) Énergie éolienne 4) Énergie géothermique 5) Énergie hydraulique 6) Énergie marémotrice

g) Les plus grandes marées du monde sont au Canada, dans la baie de Fundy, au Nouveau-Brunswick, et dans la baie d’Ungava, au Québec.

7) Énergie nucléaire

h) Un champ de eurs qui pousse en Mauricie.

8) Énergie solaire

Qu’est-ce qui différencie les ressources énergétiques renouvelables des ressources énergétiques non renouvelables ?

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Chapitre 5 • La Terre

175

La Terre et l’espace

5.4

Nom :

4

Groupe :

Date :

Indiquez, par un crochet, si les ressources suivantes sont renouvelables (R) ou non renouvelables (NR). Ressources

R

NR

a) La biomasse b) La chaleur du sous-sol c) Les atomes d) Le rayonnement du Soleil e) Le vent f) Le mouvement de l’eau g) Les combustibles fossiles 5

Indiquez trois utilisations possibles par l’être humain de l’énergie que procure chacune des ressources suivantes. a) La biomasse : b) La chaleur du sous-sol : c) Les atomes : d) Le rayonnement du Soleil : e) Le vent : f) Le mouvement de l’eau (deux utilisations) : g) Les combustibles fossiles :

6

Quel lien existe-t-il entre l’énergie solaire et chacun des phénomènes suivants ? a) La photosynthèse :

b) Le cycle de l’eau :

c) Les vents :

d) La biomasse :

176

La Terre et l’espace

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Nom :

8

Date :

a)

b)

d)

e)

5.4

Quelle ressource énergétique rend possible chacune des activités ou situations suivantes ? c)

La Terre et l’espace

7

Groupe :

Dénissez dans vos mots chacune des formes d’énergie suivantes. a) L’énergie solaire :

b) L’énergie de la biomasse :

c) L’énergie éolienne :

d) L’énergie hydraulique :

e) L’énergie marémotrice :

f) L’énergie géothermique :

g) L’énergie des combustibles fossiles :

h) L’énergie nucléaire : 9

Qu’est-ce que le vent ? Donnez une dénition dans vos mots.

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Chapitre 5 • La Terre

177

5.4

Nom :

Groupe :

Date :

10 Expliquez le rôle que joue chacun des facteurs suivants dans la formation des vents.

La Terre et l’espace

a) Le réchauffement inégal de la surface de la Terre :

b) La rotation de la Terre :

11

Le schéma ci-dessous illustre une cellule de convection. Complétez-le en écrivant au bon endroit les termes suivants. • Air chaud, léger, s’élève en altitude

• Air froid, lourd, descend vers le sol

• Vent d’altitude

• Vent de surface

• Zones de basse pression

• Zones de haute pression

12 Donnez quatre effets au sol qui permettent de caractériser la force du vent.

178

La Terre et l’espace

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Groupe :

Pour faire

1

Date :

La Terre et l’espace

Nom :

le

point

Indiquez, au moyen d’un crochet, s’il s’agit d’une roche ou d’un minéral. Énoncés

Roche

Minéral

a) On y trouve du pyroxène, de l’amphibole, de l’olivine et du plagioclase. b) On y trouve des restes d’êtres vivants sous forme de fossiles. c) Assemblage d’espèces minérales identiques ou d’espèces minérales différentes. d) Il s’agit d’une espèce chimique naturelle qui se présente généralement sous la forme d’un cristal. e) Certains peuvent être considérés comme des pierres précieuses. f) Le charbon est un combustible fossile.

2

Les principaux combustibles fossiles sont le pétrole, le gaz et le charbon. a) Quel processus du cycle de formation des roches permet d’obtenir des combustibles fossiles ?

b) À quel type de roches associe-t-on les combustibles fossiles ?

3

Le texte suivant porte sur la formation des diamants. Lisez-le puis répondez aux questions. Les diamants sont les minéraux les plus durs de la Terre. La majorité d’entre eux sont formés dans le manteau terrestre, dans des conditions de température et de pression très élevées. La plupart des diamants remontent vers la surface de la Terre lors d’éruptions volcaniques tellement puissantes qu’ils n’ont pas le temps de se transformer et demeurent intacts. a) Dans quel type de roches trouve-t-on la plupart des diamants ?

b) Selon vos connaissances du cycle de formation des roches, peut-on aussi trouver des diamants dans des roches sédimentaires ? Justiez votre réponse.

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Chapitre 5 • La Terre

179

La Terre et l’espace

Nom :

4

Groupe :

Date :

Le texte suivant porte sur les carbonates, un composé chimique formé, entre autres, d’atomes de carbone et d’oxygène. Lisez-le puis répondez aux questions. Les coquilles de nombreux animaux sont constituées principalement de carbonates de calcium. Ce sont des minéraux très abondants sur la Terre ; on les trouve dans les roches calcaires. a) À quel type de roches appartiennent les roches calcaires ?

b) L’effervescence de certains minéraux à l’acide chlorhydrique indique qu’ils sont des carbonates. Dans quel type de roches trouve-t-on principalement ces minéraux ?

c) Comment sont formées ces roches ? Donnez une façon.

5

Vos parents désirent se faire construire une maison écoénergétique. Ils préparent quelques questions à l’intention de l’architecte. Testez vos connaissances en tentant de répondre vous-même à ces questions. a) Comment proter de l’énergie solaire pour diminuer les coûts énergétiques en hiver ?

b) Comment éviter que le vent ne contribue à refroidir la maison l’hiver ?

c) Certaines familles ont une piscine et un jardin. Comment peuvent-elles utiliser gratuitement de l’énergie pour chauffer l’eau de la piscine et éclairer le jardin ?

180

La Terre et l’espace

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Chapitre 6 Le système solaire Le système solaire est immense (voir l’image ci-dessous). Il est tellement grand que la sonde Voyager 1, qui a été lancée par la NASA en 1977 et qui voyage à environ 60 000 km/h, a atteint sa limite extérieure à la n de 2010 (voir l’image de droite). Pourtant, il ne représente qu’une inme partie de l’Univers. Les récentes découvertes en astronomie semblent indiquer que le reste de l’Univers contiendrait des milliards de systèmes semblables au nôtre. Une meilleure connaissance du système solaire nous aide donc à comprendre l’Univers en son entier. Dans ce chapitre, en plus de découvrir les principaux astres qui constituent le système solaire, vous aurez l’occasion de vous familiariser avec des phénomènes observables de la Terre et avec la force qui a modelé l’Univers tel que nous le connaissons et qui continue de régler le mouvement de tous les astres : la gravitation universelle.

181

Nom :

Groupe :

La Terre et l’espace

6.1

6.1

Date :

La gravitation universelle Vous avez peut-être déjà souhaité pouvoir voler ou otter dans les airs, comme le font les astronautes dans l’espace. Si cela n’est pas possible, c’est parce que la Terre nous attire vers elle avec une très grande force qui fait que nous demeurons collés au sol.

Définition

Dans l’Univers, les corps s’attirent mutuellement en raison de leur masse. Ce phénomène s’appelle la gravitation. La gravité, aussi appelée force gravitationnelle, est la force par laquelle une masse en attire une autre Figure 20 Un parachutiste en chute libre. (voir la gure 20). Tous les objets présents dans l’Univers, Ce parachutiste tombe parce qu’il est attiré quelle que soit leur masse ou la matière dont ils sont par la force gravitationnelle de la Terre. faits, exercent une force gravitationnelle. C’est pourquoi on parle de gravitation universelle. Ce phénomène est d’une très grande importance dans l’Univers, car il est à l’origine de la formation des galaxies et des astres tels que les planètes et les étoiles.

La gravitation est le phénomène par lequel deux corps s’attirent à cause de leur masse. La force gravitationnelle, que l’on nomme aussi « gravité », dépend de la masse des corps et de la distance qui les sépare.

Corps très massif

Les facteurs qui déterminent la gravité L’inuence de la masse

Corps peu massif

Figure 21 L’intensité de la force gravitationnelle exercée par le corps de gauche selon sa masse. Dans cette gure, la force gravitationnelle exercée par le corps de gauche sur la pomme est représentée par une èche. La taille de la èche augmente avec l’intensité de la force gravitationnelle. Ainsi, le corps très massif exerce une force gravitationnelle plus grande sur la pomme que le corps peu massif.

182

La Terre et l’espace

La gravité exercée par un corps est d’autant plus grande que ce corps est massif (voir la gure 21). Un corps très massif tel qu’une planète exerce une force gravitationnelle considérable et facilement observable. La Terre, par exemple, a une masse d’environ 6 × 10 24 kg (6 000 000 000 000 000 000 000 000 kg). Ainsi, la force gravitationnelle qu’elle exerce est très importante, et les objets sont fortement attirés vers son centre. La gravité nous permet, par exemple, de garder les pieds au sol. Elle explique aussi le fait que des objets lancés en l’air tombent au sol ou que des objets tendent à aller vers le point le plus

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Nom :

Groupe :

Date :

6.1

bas, donc à se rapprocher du centre de la Terre, comme un skieur qui descend une pente.

La Terre et l’espace

Des astres moins massifs que la Terre exercent une force gravitationnelle plus petite que celle qui est exercée par la Terre. La Lune, par exemple, est moins massive que la Terre. La gravité lunaire est donc moins grande que celle de la Terre. À l’inverse, Jupiter, une planète plus massive que la Terre, exerce une plus grande force gravitationnelle. Bien que tous les corps exercent une force gravitationnelle, la force gravitationnelle exercée par les corps de petite masse est trop faible pour qu’on puisse l’observer. Toutefois, si on leur en laisse le temps, même des particules, qui ont une très petite masse, nissent par se rapprocher les unes des autres sous l’eet de la gravité. C’est ainsi que des molécules de gaz ottant dans l’espace se sont assemblées sur des millions d’années pour former des étoiles.

L’inuence de la distance La gravité exercée par deux corps l’un sur l’autre est plus grande lorsque ces deux corps sont proches l’un de l’autre. Plus la distance entre les corps augmente, plus la force gravitationnelle diminue (voir la gure 22). Ainsi, tous les astres de l’Univers s’attirent mutuellement avec une force plus ou moins grande selon leur masse et la distance qui les sépare.

Corps très massif

Corps très massif

Figure 22 L’intensité de la force gravitationnelle exercée par le corps de gauche selon la distance qui le sépare du corps de droite. La force gravitationnelle exercée par le corps de gauche sur la pomme est plus petite lorsqu’il est éloigné de celle-ci.

La masse des planètes est tellement grande que celles-ci n’attirent pas que les objets à leur surface. Leur gravité est si puissante qu’elles attirent aussi des objets situés à de très grandes distances. Ainsi, la Lune est soumise à la gravité terrestre même si elle est située à 380 000 km de la Terre. C’est pourquoi elle demeure « près » de la Terre. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Chapitre 6 • Le système solaire

183

Nom :

Groupe :

Date :

6.1

La gravité et le poids

La Terre et l’espace

Rappel La masse est la mesure de la quantité de matière contenue dans un objet.

La gravité explique aussi le poids des objets. Le poids que nous ressentons lorsque nous soulevons des objets est l’eet combiné de leur masse et de la force gravitationnelle qui les attire vers le bas. Sur la Lune, les objets, y compris notre propre corps, sont beaucoup plus légers que sur Terre, parce que la gravité y est plus petite (voir la gure 23). À l’inverse, si nous étions sur une planète où la gravité est plus grande, notre poids serait plus élevé.

Figure 23 Le poids d’un objet sur la Lune. Les objets sont plus légers sur la Lune, parce que la force gravitationnelle exercée par la Lune est plus petite que celle exercée par la Terre.

L’orbite Si tous les corps s’attirent mutuellement, comment se fait-il alors qu’ils n’entrent pas en collision ? En eet, la majorité des astres présents dans le système solaire se déplacent sans jamais se toucher. Par exemple, la Lune, bien qu’elle soit fortement attirée par la Terre, n’entre pas en collision avec celle-ci. Les astres du système solaire, comme ceux du reste de l’Univers, sont mobiles. Parce qu’ils se déplacent à une certaine vitesse, ils évitent les collisions. La plupart des astres de l’Univers tournent autour d’un autre astre, plus massif qu’eux. On nomme « orbite » ce mouvement et « satellite » le corps qui tourne autour d’un autre. 184

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

6.1

La gure 24 illustre l’orbite de la Lune autour de la Terre. Le mouvement orbital est le résultat du mouvement causé par la gravité (dirigé vers la Terre) et du mouvement de la Lune qui tend à se déplacer en ligne droite. La Lune suit donc une trajectoire située entre ces deux directions qui la fait sans cesse tourner autour de la Terre. C’est comme si la Lune, attirée par la gravité, tombait en permanence sur la Terre, mais que sa vitesse l’empêchait d’atteindre celle-ci.

Gravité

Mouvement de la Lune

Orbite de la Lune

Figure 24 L’orbite de la Lune autour de la Terre. La trajectoire suivie par la Lune autour de la Terre résulte du mouvement de la Lune et de la gravité.

Flash

techno

Les satellites articiels

Une multitude de satellites artificiels, lancés par les humains, sont en orbite autour de la Terre. Plusieurs de ces satellites servent à observer la Terre, notamment pour prédire la météo. D’autres servent de relais de communication pour les signaux de radio, de téléphone et de télévision. D’autres encore sont utilisés à des ns de recherche scientique, et ils sont tournés soit vers la Terre, soit vers le reste de l’Univers, comme le télescope Hubble. Depuis 1957, date du lancement par les Soviétiques de Spoutnik, le premier satellite artificiel, environ Le télescope spatial Hubble. Ce télescope a été mis 4000 engins spatiaux ont été placés sur orbite par des en orbite autour de la Terre par la navette spatiale Atlantis en 1990. fusées. Pour qu’un satellite reste en orbite et ne tombe pas sur la Terre ou qu’il n’aille pas se perdre dans l’immensité de l’espace, les ingénieurs spatiaux doivent calculer avec précision la distance, la direction et la vitesse du satellite. Ils doivent aussi tenir compte des satellites déjà en orbite, car des collisions avec ces derniers pourraient avoir de graves conséquences.

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Chapitre 6 • Le système solaire

185

La Terre et l’espace

6.1

Nom :

Groupe :

Date :

Activités 1

Qu’est-ce que la gravitation ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Quels sont les facteurs qui déterminent l’intensité de la force gravitationnelle ?

3

De quelle façon les deux facteurs nommés à la question 2 ont-ils une inuence sur la force gravitationnelle ?

4

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

Vrai

Faux

a) La gravité existe partout dans l’Univers. b) Seuls les corps de très grande masse exercent une force gravitationnelle. c) Seuls les corps solides exercent une force gravitationnelle. d) Notre poids est dû à la gravité terrestre. e) La gravité empêche la Lune d’entrer en collision avec la Terre. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

186

La Terre et l’espace

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Date :

Dans les schémas suivants, représentez par des èches l’intensité de la gravité subie par la capsule spatiale. Tracez une petite èche pour une faible gravité et une grosse èche pour une forte gravité. Indiquez ensuite quel facteur déterminant l’intensité de la gravité explique la taille des èches tracées. a) Planète massive

Planète massive

Facteur déterminant la gravité : b) Planète moins massive

Planète massive

Facteur déterminant la gravité : 6

Un astronaute visite différentes planètes. a) Sur la planète X, il se sent lourd et écrasé. Il a de la difculté à se tenir debout. Trouvez une cause possible à la sensation éprouvée par l’astronaute.

b) Sur la planète Y, le même astronaute se sent très léger. Il est capable de faire des bonds gigantesques et de soulever des objets très massifs. Trouvez une cause possible à ces nouvelles capacités que possède l’astronaute.

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Chapitre 6 • Le système solaire

187

6.1

5

Groupe :

La Terre et l’espace

Nom :

La Terre et l’espace

6.1

Nom :

7

Groupe :

Date :

Complétez les phrases suivantes. Dans l’Univers, la majorité des astres sont en autour d’un astre plus massif. L’astre le moins massif, que l’on nomme « », est attiré par la de l’astre le plus massif. Toutefois, les deux astres n’entrent pas en collision à cause du du satellite. Le satellite suit en effet une trajectoire autour de qui est le résultat de son mouvement et de la gravité.

8

Complétez le schéma suivant an d’expliquer l’orbite du satellite autour de la planète.

Planète

Satellite

9

On s’apprête à placer un nouveau satellite articiel en orbite autour de la Terre. a) Selon vous, qu’arrivera-t-il si, à la suite d’une erreur de calcul, le satellite se déplace à une vitesse trop élevée ?

b) Qu’arrivera-t-il si, au contraire, le satellite articiel se déplace à une vitesse trop lente ?

10 Au sommet du mont Everest, le plus haut sommet de la Terre, un alpiniste est un peu plus léger que lorsqu’il est au niveau de la mer. Pourtant, sa masse est demeurée la même. Expliquez cette légère perte de poids de l’alpiniste lorsqu’il se trouve en haute altitude.

188

La Terre et l’espace

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Date :

L’organisation du système solaire

La Terre et l’espace

6.2

Groupe :

6.2

Nom :

Il y a environ cinq milliards d’années, le système solaire n’existait pas encore. À la place, il y avait un gigantesque nuage de gaz et de poussières en forme de disque. Sous l’eet de la gravité, les poussières et les gaz se sont lentement agglomérés pour former de gigantesques sphères : le Soleil et les huit planètes qui l’entourent. La majeure partie de cette matière, principalement de l’hydrogène, s’est amassée pour former le Soleil. Les restes de gaz et de poussières se sont agglomérés pour former les planètes et d’autres astres de plus petite taille. Quatre planètes solides ont vu le jour à proximité du Soleil. On les appelle les « planètes telluriques ». Ce sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars. À une plus grande distance du Soleil, quatre planètes géantes, constituées de gaz et contenant probablement un noyau solide, se sont formées. On les appelle les « planètes géantes gazeuses ». Ce sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Une partie des débris rocheux ne s’est pas assemblée pour former une planète. Ces débris, des millions d’objets de taille variable, sont demeurés éparpillés dans l’espace entre l’orbite de Mars et celle de Jupiter. On appelle cet anneau de débris la « ceinture d’astéroïdes ». Ainsi est né le système solaire (voir la gure 25).

Neptune

Uranus

Saturne Jupiter

Soleil Mars

Mercure Ceinture d’astéroïdes

Figure 25

Vénus

Terre

Le Soleil, les huit planètes et la ceinture d’astéroïdes formant le système solaire.

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Chapitre 6 • Le système solaire

189

Groupe :

La Terre et l’espace

Définition

6.2

Nom :

Date :

Le système solaire est constitué d’une étoile, le Soleil, autour de laquelle gravitent huit planètes ainsi qu’un grand nombre d’autres astres de plus faible masse.

Les planètes, la ceinture d’astéroïdes et d’autres astres de plus petite masse tournent en suivant une trajectoire orbitale elliptique (ovale) autour du Soleil. Notre système solaire n’est pas unique dans l’Univers. La galaxie dont nous faisons partie compte des milliards d’étoiles comme le Soleil. On a aussi découvert des planètes qui tournent en orbite autour de certaines de ces étoiles. Sans parler des milliards d’autres galaxies que renferme l’Univers…

Les planètes du système solaire Le système solaire compte huit planètes. Pour être considéré comme une planète, un astre doit posséder les trois caractéristiques suivantes : 1. être en orbite autour du Soleil ; 2. avoir une forme à peu près sphérique ; 3. avoir fait le vide autour de lui, c’est-à-dire ne plus avoir de corps de taille comparable à la sienne sur une orbite proche, à l’exception de ses propres satellites. Les autres planètes du système solaire sont des mondes fascinants, très diérents de la Terre. Elles ont toutes été observées par des sondes spatiales qui ont fourni de nombreux renseignements sur elles. Les ches suivantes présentent les principales caractéristiques du Soleil et des huit planètes qui gravitent autour de lui. Le nombre de satellites indiqué dans ces ches est celui qui était connu au début de 2011.

Rappel • La période de rotation est le temps que met un astre pour effectuer un tour sur lui-même. • La période de révolution est le temps que met un astre pour effectuer un tour complet autour d’un autre astre.

190

La Terre et l’espace

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Groupe :

Date :

6.2

Nom :

La Terre et l’espace

Le Soleil Le Sole il est une étoile comme il en existe des milliards dans l’Univers. Il est situ é au centre du système solaire et, à lui seul, il représente plus de 99 % de la masse de ce dernier . Le Sole il est une gigantesque boule d’hydrogèn e et d’hélium dans laquelle ont lieu des réaction s nucléaires qui libèrent des quantités énormes d’énergie. Cette énergie se répand dans tout le syst ème solaire sous forme de chaleur et de lumière. L’én ergie produite par le Sole il est essentielle au mai ntien de la vie sur Terre. Le Sole il devrait s’éteindre dan s environ cinq milliards d’années.

Diamètre à l’équateur : 1 377 650 km État de la surface : Gaz incandescen t Période de rotation : 25 jours Température à la surface : 5500 °C Masse : 333 400 fois la masse de la Terre Température du noyau : 15 000 000 °C Gravité : 27,9 fois la gravité de la Terr e

Mercure

Diamètre à l’équateur : 4880 km de km Distance du Soleil : 57,9 millions Période de révolution : 88 jours Période de rotation : 58,7 jours Masse : 0,06 fois la masse de la Terre

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, très semblable Mercure est une planète désertique et trop près du à la Lune. Elle est trop petite hère. L’absence osp Sole il pour posséder une atm la température oi rqu d’atmosphère explique pou 183 °C la nuit re ent e vari à la surface de Mercure ère explique sph mo d’at ce sen L’ab et 427 °C le jour. e d’une vert cou aussi pourquoi la planète est qui se ts obje les multitude de cratères. En effet, re, eind l’att à s tou ent dirigent vers Mercure réussiss gaz des c ave ent tem frot car ils ne subissent aucun susceptibles de les détruire.

e Gravité : 0,38 fois la gravité de la Terr État de la surface : Solide : 167 °C Température moyenne à la surface un Nombre de satellites connus : Auc

Chapitre 6 • Le système solaire

191

6.2

Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

Vénus Vénus ressemble à la Terre par sa taille et par la présence d’une atmosphère. Très dense, cette atmosphère se compose en maj orité de gaz carbonique, mais elle contient aus si un peu d’azote, des acides et des traces d’eau. La température sur Vénus est très élevée en raison d’un important effet de serre. Sa surface est rocheus e et est surtout constituée de plaines. On y trouve aussi un certain nombre de montagnes et de crat ères. Un océan pourrait avoir existé sur Vénus à une époque où il y faisait moins chaud. Vénus fait sa rotation dans le sens inverse des autres planètes . Sa rotation est dite « rétrograde ».

Diamètre à l’équateur : 12 104 km Gravité : 0,9 fois la gravité de la Terr e Distance du Soleil : 108,2 millions de km État de la surface : Solide Période de révolution : 224,7 jour s Température moyenne à la surface : 464 °C Période de rotation : 243 jours Nombre de satellites connus : Auc un Masse : 0,82 fois la masse de la Terr e

La Terre

ète bleue » parce La Terre est aussi appelée la « plan u à l’état liquide l’ea qu’elle est la seule à avoir de le planète du seu la si à sa surface. Elle est aus entre autres, st, C’e vie. la iter système solaire à abr la vie possible la présence d’eau liquide qui rend tribue aussi de sur la Terre. Son atmosphère con vie (présence la différentes façons à favoriser de serre). La t effe , d’oxygène, couche d’ozone de plantes, es pèc d’es s ion Terre compte des mill ux. ima d’insectes et d’an

24 Masse : Environ 6 10 kg km 800 12 : eur uat l’éq à re kg) Diamèt (6 000 000 000 000 000 000 000 000 km de s ion mill ,6 149 Distance du Soleil : État de la surface : Solide et liquide s jour ,25 365 : on luti révo de : 15 °C Période Température moyenne à la surface res heu 24 : tion Période de rota e) Nombre de satellites connus : 1 (Lun

192

La Terre et l’espace

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Groupe :

Date :

6.2

Nom :

Diamètre à l’équateur : 6794 km de km Distance du Soleil : 227,9 millions Période de révolution : 687 jours Période de rotation : 24,63 heures Masse : 0,11 fois la masse de la Terre

rouge » en raison Mars est surnommée la « planète la présence de par ue pliq s’ex de sa couleur qui sède une mince fer oxydé dans son sol. Elle pos gaz carbonique. atmosphère composée surtout de eu une géologie Plus petite que la Terre, Mars a déjà tectonique des me, anis semblable à celle-ci : volc l’eau à l’état que t croi On plaques, séismes, etc. milliards d’anliquide y était abondante il y a 3,5 des traces d’une nées. On recherche actuellement y envoyer des vie passée sur Mars. On prévoit décennies. ines cha astronautes au cours des pro

La Terre et l’espace

Mars

e Gravité : 0,38 fois la gravité de la Terr État de la surface : Solide : -63 °C Température moyenne à la surface obos et Nombre de satellites connus : 2 (Ph Deimos)

Jupiter Jupiter est la plus grosse plan ète du système solaire. Cette géante gazeuse, com posée principalement d’hydrogène et d’hélium , est recouverte de nuages de gaz multicolores qui forment des bandes parallèles. La planète est balayée par des vents soufant entre 150 km/h et 600 km/h. La grande tache rouge visible en bas à gauche sur la photo est un gigantesque ouragan dont la taille est deux à trois fois plus grande que celle de la Terre. Cette tache est connue depuis plus de 300 ans.

Diamètre à l’équateur : 142 984 km Gravité : 2,36 fois la gravité de la Terr e Distance du Soleil : 778,4 millions de km État de la surface : Gazeux Période de révolution : 11,87 ans Température moyenne à la surface : -148 °C Période de rotation : 9,93 heures Nombre de satellites connus : Masse : 318 fois la masse de la Terr 63 (dont Ganymède, Callisto, Io et e Europe)

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Chapitre 6 • Le système solaire

193

6.2

Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

Saturne Saturne est la deuxième plus gran de planète du système solaire. Comme Jupiter, elle est composée principalement d’hydrogène et d’hé lium. Les quatre planètes géantes gazeuses possèd ent des anneaux formés de débris rocheux et de glac e qui s’étendent sur de très grandes distances, mais seuls les anneaux de Saturne sont visibles de la Terr e.

Diamètre à l’équateur : 120 536 km (sans les anneaux) Distance du Soleil : 1427 millions de km Période de révolution : 29,46 ans Période de rotation : 10,66 heures

Uranus

Diamètre à l’équateur : 51 118 km de km Distance du Soleil : 2871 millions Période de révolution : 84 ans Période de rotation : 17,24 heures Masse : 14,5 fois la masse de la Terre

194

La Terre et l’espace

Masse : 95 fois la masse de la Terre Gravité : 0,92 fois la gravité de la Terr e État de la surface : Gazeux Température moyenne à la surface : -178 °C Nombre de satellites connus : 62 (don t Titan)

précédentes, À la différence des cinq planètes car elle nu, il l’œ à ble Uranus n’est pas visi donc à st C’e e. Terr la de e est trop éloigné ouverte déc été l’aide d’un télescope qu’elle a géante te Cet en 1781 par William Herschel. ent lem cipa prin si gazeuse est composée elle aus e han mét de peu un c ave d’hydrogène et d’hélium de axe Son tée. bleu leur qui lui donne sa cou de 98 °. Cette rotation est incliné à un angle de variations forte inclinaison est responsable on à l’autre. sais climatiques considérables d’une

e Gravité : 0,89 fois la gravité de la Terr État de la surface : Gazeux : -216 °C Température moyenne à la surface Nombre de satellites connus : 27

Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Groupe :

Date :

6.2

Nom :

Neptune

Diamètre à l’équateur : 49 532 km de km Distance du Soleil : 4498 millions Période de révolution : 164,8 ans Période de rotation : 16,11 heures Masse : 17,2 fois la masse de la Terre

Flash

histoire

La Terre et l’espace

système solaire. Neptune est la dernière planète du celle d’Uranus, me Sa couleur bleue est due, com atmosphère. son s dan e à la présence de méthan la grande à les blab sem , Les taches sombres ssent parfois tache rouge de Jupiter, qui apparai nt la présence à la surface de Neptune indique ts pouvant ven d’ouragans accompagnés de de Neptune nce iste L’ex dépasser les 2000 km/h. la planète que nt ava ul calc fut d’abord déduite par t constaté des ne soit observée. On avait en effe s causées par la perturbations de l’orbite d’Uranu ité. Neptune a gravité d’un objet massif à proxim à l’aide d’un fois re été observée pour la premiè télescope en 1846.

e Gravité : 1,13 fois la gravité de la Terr État de la surface : Gazeux : -214 °C Température moyenne à la surface Nombre de satellites connus : 13

Les planètes et la mythologie romaine

Toutes les planètes du système solaire, excepté la Terre, portent des noms de divinités de la mythologie romaine. Les astronomes ont donné à chacune des planètes le nom d’un dieu correspondant à certaines de ses caractéristiques. Ainsi, la planète Mercure est associée au messager ailé des dieux en raison du fait qu’elle se déplace plus rapidement que les autres dans le ciel. Le nom de la déesse de la beauté et de l’amour convient bien pour Une statue représentant Neptune, le dieu romain Vénus, une planète à l’éclat brillant. La couleur rouge de la mer. de la planète Mars, évoquant la couleur du sang, lui a valu de recevoir le nom du dieu de la guerre. Jupiter, la plus grosse planète du système solaire, doit son nom au dieu suprême du ciel et de la terre. Neptune, bleue comme l’océan, porte le nom du dieu de la mer. Saturne est le nom du père de Jupiter et de Neptune, et Uranus, celui de leur grand-père.

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Chapitre 6 • Le système solaire

195

Nom :

Groupe :

Date :

6.2

D’autres astres du système solaire

La Terre et l’espace

Le système solaire ne se limite pas au Soleil et aux huit planètes. De nombreux autres astres se déplacent en orbite autour du Soleil et des planètes. Plusieurs planètes sont accompagnées d’astres qui tournent autour d’elles et qu’on nomme « satellites » (voir la gure 26). Mentionnons aussi le cas de Pluton, qui n’est plus considérée comme une planète depuis 2006 et qui a été reléguée au rang de planète naine. Pluton, comme d’autres objets découverts plus récemment, ne possède pas les caractéristiques d’une planète. Selon leur taille, leur forme ou leur position, on appelle ces objets des « planètes naines », des « objets transneptuniens » (des objets qui sont situés plus loin que Neptune) ou des « astéroïdes » (voir la gure 27).

Figure 26 Io, un des nombreux satellites de Jupiter.

Figure 27

L’astéroïde Ida.

Activités 1

Décrivez en quelques mots le système solaire.

2

Répondez aux questions suivantes. a) Comment se nomme la force qui a permis à la matière de s’amasser pour former le système solaire ?

b) Quel est l’âge du système solaire ?

196

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

6.2

c) D’où provient l’énorme quantité d’énergie émise par le Soleil ?

d) Dans combien de temps le Soleil devrait-il s’éteindre ?

3

a) Nommez les planètes géantes gazeuses.

b) Nommez les planètes telluriques.

4

5

Associez chaque caractéristique à la planète correspondante. a) Elle possède une atmosphère dense et très chaude.

1) Saturne

b) Elle abrite la vie.

2) Vénus

c) Ses anneaux sont visibles de la Terre.

3) Jupiter

d) C’est la planète la plus massive.

4) Neptune

e) C’est la planète la plus éloignée du Soleil.

5) Mercure

f) On y trouve du fer oxydé.

6) Uranus

g) Les variations de température y sont extrêmes.

7) Terre

h) Son axe de rotation est incliné à 98°.

8) Mars

Complétez ci-dessous le tableau des caractéristiques des planètes du système solaire.

Planètes

Distance du Soleil (millions de km)

Diamètre à l’équateur (km)

Période de révolution

Période de rotation

Température moyenne à la surface (°C)

Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

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Chapitre 6 • Le système solaire

197

6.2

Nom :

6

Groupe :

Date :

De quelle planète du système solaire s’agit-il ?

La Terre et l’espace

a) On la nomme la « planète bleue ». b) On la nomme la « planète rouge ». c) Elle est la seule planète à ne pas avoir d’atmosphère. d) Sa rotation très lente se fait en 243 jours. e) Elle connaît des saisons extrêmes à cause de son inclinaison. f) Elle possède de l’eau à l’état liquide. g) Elle possède le plus grand nombre de satellites. h) Elle est entourée d’une mince atmosphère composée de gaz carbonique. i) Son atmosphère est acide. j) C’est la plus petite des planètes géantes gazeuses. 7

a) Classez les planètes par ordre, de la plus proche à la plus éloignée du Soleil.

b) Classez les planètes par ordre croissant de taille.

8

a) Comment nomme-t-on les astres qui ne possèdent pas les caractéristiques d’une planète ?

b) Comment nomme-t-on les astres tournant en orbite autour des planètes ?

9

Qui suis-je ? a) Je contiens plus de 99 % de la masse totale du système solaire. b) Je suis le nom donné aux planètes solides. c) Je suis un amas de débris rocheux en orbite entre Mars et Jupiter. d) L’énergie que j’émets se répand dans tout le système solaire. e) Je suis le nom donné à certains astres qui ne possèdent pas toutes les caractéristiques d’une planète. Pluton est un de ces astres.

198

La Terre et l’espace

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Nom :

Date :

Remplissez la grille de mots à l’aide des dénitions suivantes.

6.2

10

Groupe :

La Terre et l’espace

Horizontalement 1. Première planète découverte à l’aide du télescope. 2. Jusqu’en 2006, j’étais considérée comme une planète. 3. Planète dont la rotation se fait dans le sens contraire des autres planètes. 4. Planète très semblable à la Lune. 5. Liquide essentiel à la vie, présent à la surface d’une seule planète, la Terre. 6. Il compte des milliards de galaxies. 7. Principal constituant des planètes géantes gazeuses. 8. Planète qui possède un seul satellite. Verticalement 9. Planète dont l’existence a été déduite avant son observation directe au télescope. 10. Gaz essentiel à la vie, présent uniquement sur Terre. 11. Satellite de la Terre. 12. On observe un énorme ouragan à sa surface depuis plus de trois siècles. 13. Étoile du système solaire. 14. Planète sur laquelle on prévoit envoyer bientôt des astronautes. 15. Nombre de planètes du système solaire.

9

10

1 11 2 12

3

4

5 13 6

14

15 72 8

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Chapitre 6 • Le système solaire

199

La Terre et l’espace

Nom :

Groupe :

Pour faire

Date :

le

point

1

Le système solaire se limite-t-il aux huit planètes et au Soleil ?

2

Parmi les planètes du système solaire, y en a-t-il une autre que la Terre qui est habitable ? Expliquez votre réponse.

3

Si nous devions établir une colonie d’êtres humains dans des habitations à température contrôlée et approvisionnées en oxygène, quelle serait, selon vous, la planète idéale du système solaire pour l’accueillir ? Expliquez votre réponse en parlant de la distance du Soleil, de la température et de la période de rotation de la planète.

4

Sur quelle planète du système solaire seriez-vous capable de soulever les objets les plus massifs ? Expliquez votre réponse.

200

La Terre et l’espace

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Date :

Les aurores polaires

La Terre et l’espace

6.3

Groupe :

6.3

Nom :

Rappel Une couche gazeuse nommée « atmosphère » enveloppe la Terre. Les 100 premiers kilomètres d’altitude de l’atmosphère terrestre comptent quatre couches principales et superposées. En partant de la surface de la Terre, on trouve successivement les couches suivantes :

1000 km

• la troposphère ;

THERMOSPHÈRE

• la stratosphère ; • la mésosphère ; • la thermosphère. 80 km MÉSOSPHÈRE

50 km STRATOSPHÈRE

De 7 à 16 km

Couche d’ozone

TROPOSPHÈRE

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 Température (°C)

Les couches de l’atmosphère.

Parfois, dans le ciel nocturne, loin des lumières de la ville, on peut apercevoir de magniques voiles lumineux prenant différentes couleurs. On appelle ce phénomène « aurore polaire ». Les aurores polaires peuvent apparaître partout sur la Terre, mais elles sont plus intenses près des pôles, d’où leur nom. Elles portent le nom d’« aurores boréales » dans l’hémisphère Nord et celui d’« aurores australes » dans l’hémisphère Sud (voir la gure 28). Comment se forment ces mystérieuses aurores ? Bien qu’on les observe la nuit, c’est le Soleil qui en est responsable. En eet, le Soleil émet continuellement de minuscules particules dans toutes les directions. Ces particules, qui sont des constituants des atomes, voyagent dans l’Univers à une très grande vitesse (environ 400 km/s). On appelle ce ux de particules en provenance du Soleil le « vent solaire ». L’intensité du Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Figure 28

Une aurore boréale en Alaska. Chapitre 6 • Le système solaire

201

Nom :

Groupe :

vent solaire varie suivant l’activité du Soleil et la puissance des éruptions qui ont lieu à sa surface. Ce vent atteint la Terre après un trajet de 150 millions de kilomètres parcouru en quatre jours.

Définition

6.3 La Terre et l’espace

Date :

Les particules du vent solaire, si elles atteignaient la surface de la Terre, pourraient nuire à la santé des êtres vivants. Heureusement pour nous, le champ magnétique ainsi que l’atmosphère terrestre nous protègent contre elles. Une aurore polaire est une formation lumineuse causée par la rencontre des particules du vent solaire avec les gaz de la thermosphère. Les aurores polaires sont observées plus souvent près des pôles, car le champ magnétique terrestre y est plus intense.

Soleil

Figure 29

Les particules du vent solaire sont chargées électriquement. Le champ magnétique terrestre, qui agit comme un aimant, fait dévier ces particules vers les pôles, où il est plus intense (voir la gure 29). En entrant dans l’atmosphère, les particules du vent solaire transfèrent leur énergie aux molécules de gaz de la thermosphère. Le gaz émet alors une douce lumière colorée inoensive : l’aurore (voir la gure 30). Chaque gaz émet une couleur particulière. Les deux principaux gaz présents dans le phénomène des aurores polaires sont l’azote et l’oxygène. L’azote émet principalement de la lumière bleue alors que l’oxygène diuse une couleur vert-jaune, parfois rouge. Toutes ces couleurs se combinent dans le ciel pour donner une variété de teintes.

Particules de vent solaire déviées vers les pôles par le champ magnétique terrestre

Lignes de champ magnétique

Terre

Le champ magnétique terrestre fait dévier les particules du vent solaire vers les pôles.

Les aurores polaires ne se produisent pas uniquement sur la Terre. Elles peuvent survenir sur toutes les planètes dotées d’une atmosphère et d’un champ magnétique.

Figure 30 Une aurore polaire terrestre vue de la navette spatiale Discovery.

202

La Terre et l’espace

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Groupe :

Date :

6.3

Nom :

1

Qu’est-ce qu’une aurore polaire ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Dans quelle couche de l’atmosphère les aurores polaires ont-elles lieu ?

3

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

La Terre et l’espace

Activités

Vrai

Faux

a) Les aurores polaires sont causées par la lumière du Soleil. b) Les aurores polaires constituent un danger pour les êtres vivants. c) Les aurores polaires peuvent avoir lieu partout sur la Terre. d) Les aurores polaires sont visibles la nuit seulement. e) La fréquence des aurores polaires dépend de l’activité solaire. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

4

Quelles conditions une planète doit-elle réunir pour avoir des aurores polaires ?

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Chapitre 6 • Le système solaire

203

Groupe :

Date :

5

Expliquez comment se forme une aurore polaire.

6

Indiquez dans quelle région les aurores sont les plus intenses et expliquez pourquoi.

7

Indiquez la source de la lumière émise au cours d’une aurore polaire.

La Terre et l’espace

6.4

Nom :

6.4

Les comètes

Depuis l’Antiquité, on rapporte l’observation de comètes dans le ciel : des astres étranges, accompagnés d’une longue traînée lumineuse. Ces événements plutôt rares ont fasciné les humains, qui les ont souvent considérés comme de mauvais présages ou même comme des signes annonciateurs de la n du monde. Aujourd’hui, on connaît beaucoup mieux ces astres inoensifs puisqu’ils ont été étudiés grâce à des télescopes et à l’envoi de sondes spatiales. On dit des comètes qu’elles ressemblent à de grosses boules de neige sale. Leur noyau est formé principalement de glace d’eau et de diérents gaz qui sont à l’état solide en raison des très basses températures qui règnent à grande distance du Soleil 204

La Terre et l’espace

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Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

6.4

(environ –260 °C). Une grande portion du noyau est aussi constituée de poussières et de particules rocheuses. Les comètes sont des astres relativement petits puis­ que le diamètre de leur noyau varie de quelques centaines de mètres à une quin­ zaine de kilomètres. Orbite

Lorsqu’il se rapproche du Soleil, le noyau de la comète se ré­ chaue et les gaz qu’il contient se subliment, c’est­à­dire qu’ils passent directement de l’état solide à l’état gazeux, entraînant avec eux des poussières. Il se forme alors à la surface du noyau un brouillard que l’on nomme « chevelure ». Le diamètre de la chevelure varie généralement de 50 000 à 250 000 km. À la section 6.3, on a vu que le Soleil émet des particules qui voyagent à de très grandes vitesses et que l’on nomme « vent solaire ». Lorsqu’une comète s’approche du Soleil, les gaz et les poussières qui s’en détachent sont soués par ce vent solaire. Ils forment ainsi une longue traînée appelée « queue », qui s’étend sur 30 à 80 millions de kilomètres environ. Puisque c’est le vent solaire qui produit la queue, celle­ci se trouve toujours dans la direction opposée au Soleil. Ainsi, elle est derrière le noyau et la chevelure lorsque la comète s’approche du Soleil et devant

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Définition

Les comètes proviennent, pour la plupart, de Neptune de régions situées à la périphérie de notre Ceinture système solaire. Elles tournent en orbite de Kuiper autour du Soleil. Leur période de révolution est très variable, allant de quelques années Nuage d’Oort à plusieurs milliers d’années. Les comètes à courte période (période de révolution autour du Soleil de moins de 200 ans) proviendraient Figure 31 La ceinture de Kuiper et le nuage d’Oort majoritairement de la ceinture de Kuiper, entourant le système solaire. située à environ 7 milliards de kilomètres du Soleil. Semblable à la ceinture d’asté­ roïdes située entre Mars et Jupiter, la ceinture de Kuiper est consti­ tuée principalement d’astres faits de glace et de gaz congelés. La majorité des autres comètes proviendraient du nuage d’Oort situé à environ 7 500 milliards de kilomètres du Soleil et composé d’astres semblables à ceux qui forment la ceinture de Kuiper (voir la ­ gure 31). De temps à autre, un de ces objets glacés est dévié de sa trajectoire et attiré par la gravité du Soleil. Il se dirige alors vers celui­ ci en suivant une trajectoire orbitale elliptique très allongée, contrai­ rement aux planètes, qui ont une trajectoire presque circulaire.

Une comète est un astre de petite dimension dont le noyau est constitué de glace, de poussières et de gaz à l’état solide. Lorsqu’elle s’approche du Soleil, les gaz et les poussières libérés forment une chevelure autour du noyau ainsi qu’une queue poussée par le vent solaire.

Chapitre 6 • Le système solaire

205

Nom :

Groupe :

Date :

La Terre et l’espace

6.4

lorsque celle-ci s’en éloigne (voir la gure 32). Comme les planètes et les satellites, les comètes n’émettent pas leur propre lumière, mais rééchissent celle du Soleil. C’est ce qui nous permet de les observer de la Terre à certains moments (voir la gure 33). Queue

Chevelure (autour du noyau)

Figure 32 Une comète en orbite elliptique autour du Soleil. L’image montre la position de la queue par rapport au Soleil. Le noyau de la comète est dissimulé par la chevelure.

Flash

histoire

Figure 33 La comète Hale-Bopp, photographiée en 1997. La période orbitale de la comète Hale-Bopp, qui avait été jusquelà de 4200 ans, a été modiée par la gravité de Jupiter lors de son passage près de cette planète en 1996, de sorte qu’elle devrait revenir près de la Terre dans 2400 ans environ, soit vers l’an 4400 !

À la rencontre d’une comète

En 1985, la sonde spatiale Giotto a été envoyée par l’Agence spatiale européenne à la rencontre de la célèbre comète de Halley. Cette petite sonde de 2 m de diamètre avait pour mission de s’approcher de la comète afin de la photographier et d’analyser sa composition. En s’approchant à 596 km du noyau de la comète, la sonde fut exposée à la matière éjectée par celui-ci. Les données recueillies par Giotto ont montré que la matière éjectée contenait 80 % d’eau et 10 % de monoxyde de carbone (CO). Après sa rencontre avec la comète de Halley, la sonde a été placée en « hibernation » dans l’espace pour être « réveillée » cinq ans plus tard, en prévision de sa rencontre avec la comète 26P/Grigg-Skjellerup. Giotto s’est approchée à 200 km de celle-ci.

206

La Terre et l’espace

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Une représentation artistique de la sonde Giotto, envoyée en 1985 à la rencontre de la comète de Halley.

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Groupe :

Date :

6.4

Nom :

1

Qu’est-ce qu’une comète ? Donnez une dénition dans vos mots.

2

Vrai ou faux ? Justiez votre réponse lorsque vous répondez « Faux ». Énoncés

La Terre et l’espace

Activités

Vrai

Faux

a) Les comètes s’entourent de gaz à l’approche du Soleil. b) Comme les planètes, les comètes ont des orbites presque circulaires. c) Les comètes émettent de la lumière. d) Les comètes traînent toujours une queue derrière elles. e) Les comètes proviennent de régions en périphérie du système solaire. Justications (indiquez la lettre de l’énoncé) :

3

Identiez les principales parties d’une comète sur le schéma suivant.

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Chapitre 6 • Le système solaire

207

La Terre et l’espace

6.5

Nom :

4

Groupe :

Date :

Complétez le tableau suivant en indiquant la composition et les dimensions des différentes parties d’une comète.

Partie de la comète

Composition

Dimensions

Noyau

Chevelure

Queue

5

Les comètes n’ont ni queue ni chevelure lorsqu’elles sont loin du Soleil. Pouvez-vous expliquer pourquoi ?

6.5

Les météorites et les impacts météoritiques

Peut-être avez-vous déjà observé une étoile lante et fait un vœu en la voyant. Bien qu’elles orent un joli spectacle nocturne, les étoiles lantes ne sont pas, à proprement parler, des étoiles. Elles sont en fait de petits débris provenant de l’espace. À chaque instant, des poussières et des débris rocheux ou métalliques en suspension dans l’espace pénètrent l’atmosphère terrestre à très grande vitesse. On estime qu’il en tombe chaque année entre 10 000 et un million de tonnes (1 tonne = 1000 kg) sur notre planète.

208

La Terre et l’espace

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La plupart de ces débris n’atteignent pas le sol, ils se désintègrent par frottement avec les molécules de gaz présentes dans l’atmosphère. La chaleur produite lors de leur désintégration est si importante que la matière qui constitue ces débris s’illumine en même temps que l’air autour d’elle. Comme les débris voya­ gent rapidement, ils laissent derrière eux une traînée lumineuse. C’est ce qu’on appelle un « météore » ou une « étoile lante » (voir la gure 34).

Flash

info

Date :

6.5

Groupe :

Figure 34 lante ».

Un météore aussi appelé « étoile

Les pluies d’étoiles lantes

Il arrive parfois que des objets ne se désintègrent pas complè­ tement pendant leur traversée de l’atmosphère et qu’ils atteignent le sol. On les appelle alors des « météorites ». Même si le frottement de l’air les ralentit, ils se déplacent à une vitesse susamment grande pour pouvoir causer des dommages plus ou moins sérieux selon leur taille. Les météorites de grande taille creusent un trou nommé « cratère » au moment de leur impact avec le sol. On utilise parfois le terme « astroblème » pour désigner un cratère d’impact météoritique. Heureusement pour nous, les impacts avec des météorites de grande taille sont rares sur notre planète. Selon certains scienti­ ques, la chute d’une météorite d’environ 10 km de diamètre au Mexique, il y a 65 millions d’années, aurait causé l’extinction des dinosaures. Un tel impact, s’il avait lieu aujourd’hui, aurait des conséquences catastrophiques pour les êtres vivants. Le tableau 3, à la page suivante, présente une estimation de la fréquence des impacts météoritiques selon la taille des météorites. Le tableau 4, à la page suivante, énumère quelques cratères d’im­ pact météoritique sur la Terre et ailleurs dans le système solaire. Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.

Définition

À certains moments de l’année, il est possible d’observer ce qu’on appelle une pluie d’étoiles lantes. Les Perséides sont visibles au mois d’août, et les Léonides au mois de novembre. On les nomme ainsi à cause de la constellation d’où les météores semblent provenir (constellation de Persée pour les Perséides et du Lion pour les Léonides). Les pluies d’étoiles lantes surviennent lorsque la Terre traverse une traînée de débris laissée par une comète durant l’un de ses derniers passages. Ainsi, les Perséides sont des météores provenant des débris de la comète Swift-Tuttle qui a une période de révolution de 130 ans et dont le dernier passage remonte à 1992. Dans Une pluie d’étoiles lantes le cas des Léonides, il s’agit de débris provenant de la comète Tempel- photographiée durant la période des Léonides. Tuttle dont la période de révolution est de 33 ans.

On appelle « impact météoritique » la rencontre d’une météorite avec la surface de la Terre. Un impact météoritique laisse sur la surface terrestre une cicatrice nommée « cratère d’impact » ou « astroblème ».

Chapitre 6 • Le système solaire

209

La Terre et l’espace

Nom :

Groupe :

6.5

Nom :

La Terre et l’espace

Tableau 3

Estimation de la fréquence des impacts météoritiques selon la taille des météorites

Taille de la météorite

Tableau 4

Date :

Fréquence des impacts

1 mm

Environ toutes les 30 secondes.

1m

Environ tous les ans.

10 m

Environ tous les 100 ans.

100 m

Environ tous les 10 000 ans.

10 km

Environ tous les 100 millions d’années.

Des cratères d’impact météoritique importants

Nom du cratère

Lieu

Diamètre du cratère (km)

Réservoir Manicouagan

Rivière aux Outardes (Nord du Québec)

72

Cratère des Pingualuit

Rivière-Koksoak (Nord du Québec)

Cratère Barringer

Arizona (États-Unis)

Cratère d’Aorounga

Profondeur (m)

Moment de l’impact

73

Il y a environ 214 millions d’années

3,44

252

Il y a environ 1,4 million d’années

1,3

190

Il y a environ 50 000 ans

Tchad (Afrique)

12,6

N. D. (cratère enseveli)

Il y a environ 345 millions d’années

Copernic

Oceanus Procellarum (Lune)

93

3800

Il y a environ 800 millions d’années

Sans nom

Hephaestus Fossae (Mars)

20

Non mesurée

210

La Terre et l’espace

Inconnu

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Nom :

Groupe :

Date :

6.5

Cratère des Pingualuit (1,4 Ma)

On compte une dizaine de cratères d’impact de grande taille au Québec (voir la gure 35), et plus de 200 sur la Terre. Plusieurs de ces cratères sont diciles à détecter, car, avec le temps, l’érosion et la sédimentation les ont en partie eacés.

La Terre et l’espace

Lac Couture (425 Ma)

Lac La Moinerie (400 Ma)

On trouve des cratères d’impact sur tous les astres solides de notre système solaire. La Lune et Mercure, par exemple, en sont couverts. Comme ces deux astres sont privés d’atmosphère, les plus petites météorites ne peuvent être désintégrées. De plus, aucune érosion par l’eau ou par le vent ne vient y eacer les traces des impacts météoritiques (voir la fi­ gure 36).

Lac à l’Eau Claire (290 Ma)

RéservoirManicouagan (214 Ma) Île Rouleau (