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Une nouvelle structuration. -La Terre dans lUnivers, la vie et lévolution du vivant Une approche fondamentale de la science -Enjeux planétaires contemporains.

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1 Une nouvelle structuration. -La Terre dans lUnivers, la vie et lévolution du vivant Une approche fondamentale de la science -Enjeux planétaires contemporains Une approche environnementale, globale et durable -Corps humain et santé Une approche individuelle et responsable

2 Un nouveau contexte pédagogique : -Mettre en cohérence avec le contexte du socle commun de compétences du collège -Affirmer la liberté pédagogique en osant, expérimentant et bouleversant les habitudes. -Faire des choix nécessaires et réfléchis quant à lampleur de largumentation et les acteurs de linvestigation. -Evaluer de façon diagnostique, formative et sommative. Des contrôles réguliers, courts et ciblés.

3 La Terre dans lUnivers, la vie, et lévolution du vivant

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12 ENERGIE SOL

13 le soleil, une source dénergie essentielle le sol, un patrimoine durable ?

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15 Entrée dénergie et de matière minérale dans la biosphère Mots clés : photosynthèse, productivité primaire, biomasse Limites : aucun mécanisme cellulaire ni moléculaire Collège : nutrition des végétaux ; réseau alimentaire

16 La présence de restes organiques dans les combustibles fossiles montre quils sont issus de la biomasse Il est nécessaire de comprendre les caractéristiques dun gisement… la transformation et la conservation de la matière organique se déroulant dans des circonstances géologiques particulières. Lexploitation de ces gisements, par des méthodes adaptées, a des implications économiques et environnementales….ENJEUX!

17 Objectifs : Etude DUN exemple Mots clés : Gisement, réserve, ressource, subsidence Limites : lexplication de la répartition des ressources à léchelle globale…sera abordée dans les classes supérieures…linégale répartition sera seulement signalée Collège : décomposeur, roche sédimentaire, paléo-environnement Convergences : Géographie

18 deux charbons pour se chauffer Charbon de bois Charbon « de terre » = la houille Origine organique commune mais processus de formation différent…

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20 Enorme différentiel entre le temps délaboration dun CF et le temps consacré à son utilisation (retour rapide du CO2 dans latmosphère) Brûler un CF, cest utiliser de lénergie solaire du passé Implications économiques et environnementales… augmentation rapide du CO2 atmosphérique

21 Limites :les conséquences climatiques de la variation du CO2 atm ne sont quévoquées et seront étudiées dans les classes supérieures Collège :responsabilité humaine en matière de santé et denvironnement (énergies fossiles et renouvelables)

22 -Énergie solaire inégalement reçue à la surface de la planète -Utilisation par la photosynthèse…moins de 1% -Le reste chauffe lair (via le sol), leau (origine des vents et des courants) et évapore leau (cycle de leau) -Utilisation de lénergie des vents, des courants marins, des barrages hydroélectriques………ressources renouvelables …Importance actuelle… et future

23 Limites :proposer une vision globale… Lénergie nucléaire signalée dans le cadre dun panorama densemble quantifié Collège/Primaire :le cycle de leau Convergences : Géographie ; Sciences Economiques

24 Rôle capital joué par lEnergie solaire…..à mettre en évidence, par exemple…lors de la construction, par les élèves dun schéma- bilan….

25 ….source de nourriture -besoin de sols cultivables ET deau : 2 ressources fragiles, disponibles en quantité limitée ; inégalement réparties - concurrence entre agriculture et biodiversité naturelle ….mais aussi source de combustibles et dagro carburants - concurrence entre source de nourriture et source de combustibles et dagro carburants Limites : aucune étude pratique agricole Convergences :Géographie

26 Conditionné par la présence deau et la température Lent à se former Facilement dégradé Inégalement réparti à la surface de la planète Souvent détourné de sa fonction biologique Sa gestion est un enjeu majeur pour lhumanité

27 Objectifs :étude dun exemple…formation lente Mots clés : altération, hydrolyse, roche mère, humus, horizon Limites :les différents types de sol et dhorizons les mécanismes de formation au-delà de la simple existence dune altération et dune interaction avec la biosphère Collège : sol milieu vivant, origine mixte

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33 Santé / exercice physique: une problématique personnelle Comment pratiquer un exercice physique tout en préservant sa santé? Comment concilier exercice physique et santé? - Connaître le fonctionnement du corps - Connaître les effets physiologiques liés à leffort - Connaître les mécanismes liés à leffort - Comprendre que santé = bien être

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35 Les besoins indispensables à la réalisation de ce métabolisme -Les limites de ce métabolisme Quantifier les consommations Mettre en évidence les relations suivantes : -effort physique-énergie-respiration cellulaire- intensité de leffort -consommation de dioxygène-limite (VO2 max) Comment lorganisme produit-il lénergie nécessaire à leffort ?

36 -satisfaire la contrainte : l'approvisionnement des muscles -la réponse de lorganisme = modifier des paramètres dont la pression artérielle = adaptation physiologique Constater et expliquer les variations Mettre en évidence des relations : _Débit ventilatoire et recharge en O2 _Débit cardiaque et pression artérielle _Répartition du débit sanguin et approvisionnement du muscle Comment lorganisme satisfait-il la demande du muscle en dioxygène et en nutriments liée à leffort?

37 Limites: Aucune étude nest conduite à léchelle cellulaire Létude anatomique se limite à celle du cœur et de lorganisation générale de la circulation. Aucune étude histologique nest attendue Nouveautés: paramètre physiologique supplémentaire : PA consommation de nutriments : quantification plus précise

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39 PA = grandeur contrôlée par plusieurs paramètres dont la FC -construire le concept de boucle de régulation = 1ère approche de la complexité -échappement à l'effort Définir ce qu'est un paramètre régulé Identifier les acteurs et leur rôle pour construire la boucle de régulation Comment l'organisme maintient-il au repos la fréquence cardiaque à des valeurs proches d'une valeur de référence?

40 Limites: Etude d'un seul élément d'un ensemble complexe Pas d'étude { léchelle cellulaire du fonctionnement des récepteurs, des fibres nerveuses, du bulbe ou des effets nerveux sur le cœur ; les médiateurs nerveux. Pas de mode de détermination de la valeur de la pression artérielle selon les circonstances Réinvestissement des acquis du collège: Le message nerveux est vu simplement comme un train de signaux de nature électrique. Organisation du système nerveux (centre, nerfs)

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43 Montrer la fragilité du système musculo- articulaire par les accidents liés à des pratiques inadaptées Education à la santé: exercer sa responsabilité Relier les caractéristiques de lorganisation du muscle aux manifestations dun accident musculo- articulaire Comprendre les conséquences des pratiques inadaptées ou dangereuses Comment augmenter ses performances physiques sans risque sur la santé?

44 Limites: Un SEUL exemple daccident musculo- articulaire étudié (claquage, entorse, déchirure…) Identification de la cellule musculaire. Pas d' étude intracellulaire de la fibre musculaire ou de sa contraction est exclue. Pas d'étude de la commande de la contraction Intérêt: ouverture sur les métiers et formations

45 EXEMPLE 1: Partir des acquis des élèves concernant lorganisme en fonctionnement et en lien avec lEPS. 1/ La réalisation du mouvement Item 5 2/ La production dénergie par le muscle nécessaire au mouvement Item 1 3/ La réponse de lorganisme aux besoins accrus du muscle à leffort Item 2 4/ Le contrôle de la pression artérielle Item 3 5/ Laugmentation des performances physiques sans risque sur la santé Item 4 EXEMPLE 1: Partir des acquis des élèves concernant lorganisme en fonctionnement et en lien avec lEPS. 1/ La réalisation du mouvement Item 5 2/ La production dénergie par le muscle nécessaire au mouvement Item 1 3/ La réponse de lorganisme aux besoins accrus du muscle à leffort Item 2 4/ Le contrôle de la pression artérielle Item 3 5/ Laugmentation des performances physiques sans risque sur la santé Item 4

46 EXEMPLE 2 : Partir de pratiques et du vécu des élèves afin de réaliser linventaire des pratiques inadaptées et accidents (enquêtes) 1/ Laugmentation des performances physiques sans risque sur la santé Item 5 et 4 2/ La production dénergie nécessaire à la contraction des muscles Item 1 3/ Ladaptation de lorganisme à la demande accrue des muscles à leffort Item 2 4/ Le contrôle de la pression artérielle autour des valeurs standards? Item 3 EXEMPLE 2 : Partir de pratiques et du vécu des élèves afin de réaliser linventaire des pratiques inadaptées et accidents (enquêtes) 1/ Laugmentation des performances physiques sans risque sur la santé Item 5 et 4 2/ La production dénergie nécessaire à la contraction des muscles Item 1 3/ Ladaptation de lorganisme à la demande accrue des muscles à leffort Item 2 4/ Le contrôle de la pression artérielle autour des valeurs standards? Item 3

47 EXEMPLE 3 : Discuter des recommandations données par un coach sportif lors dune épreuve: 1/ Avant lépreuve: intérêt de lalimentation, échauffement en fonction du type dépreuve, entraînement. - Apports alimentaires adaptés: satisfaire les besoins en nutriments au muscle Item 1 - Prendre conscience de ses capacités physiques: adapter les efforts et éviter déventuels accidents musculo-articulaires Items 4 et 5 2/ Pendant lépreuve: intérêt de la gestion de leffort - Assurer la production dénergie nécessaire à leffort (existence d une limite physiologique VO2 max) Item 1 - Modifier certains paramètres pour sadapter à la demande musculaire et gérer son effort Items 1 et 2 3/ Après lépreuve: comprendre lintérêt du retour au calme et caractéristiques de létat de repos à travers lexemple de la pression artérielle Item 3 EXEMPLE 3 : Discuter des recommandations données par un coach sportif lors dune épreuve: 1/ Avant lépreuve: intérêt de lalimentation, échauffement en fonction du type dépreuve, entraînement. - Apports alimentaires adaptés: satisfaire les besoins en nutriments au muscle Item 1 - Prendre conscience de ses capacités physiques: adapter les efforts et éviter déventuels accidents musculo-articulaires Items 4 et 5 2/ Pendant lépreuve: intérêt de la gestion de leffort - Assurer la production dénergie nécessaire à leffort (existence d une limite physiologique VO2 max) Item 1 - Modifier certains paramètres pour sadapter à la demande musculaire et gérer son effort Items 1 et 2 3/ Après lépreuve: comprendre lintérêt du retour au calme et caractéristiques de létat de repos à travers lexemple de la pression artérielle Item 3

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51 - production de matière organique (amidon) au niveau des feuilles (expériences sur le Pélargonium, feuilles vertes ou feuilles panachées) en présence ou absence de lumière/ sous atmosphère riche ou dépourvue en CO2. Observation microscopique de cellules chlorophylliennes (témoin + cellules exposées à la lumière puis colorées au Lugol). Mise en évidence de différents types de réserve (glucidique, lipidique…) dans les organes de réserve des végétaux.

52 Mise en évidence de composés organiques (cellulose, lignine …) dans les tissus végétaux (Observation de coupes de tiges) Réaliser un protocole expérimental et des mesures de la croissance dune culture dalgues chlorophylliennes dans différentes conditions du milieu par densité optique à laide dune sonde spectrophotométrique (ExAO) ou par comptage au microscope avec traitement des mesures par lutilisation dun tableur informatique.

53 Caractéristiques d'un gisement de biomasse fossiles (charbon, lignite, pétrole, tourbe..) : Sortie sur le terrain ; visite de musée danciennes mines de charbon. *Identification de failles normales sur le terrain. Mesure du rejet la croix du bucheron. geometrie *Observation des différents éléments dun cyclothème dun bassin paralique ou limnique : grès – charbon – schistes et des empreintes ou fossiles.

54 analyse de cartes géologiques avec bassins houillers et modélisation analogique de la subsidence en distension par des failles normales. L'origine biologique des combustibles fossiles : identification de restes organiques fossiles à partir de lobservation macroscopique et microscopique dans des échantillons de lignite et/ou de charbon. Comparaison d'une flore tropicale actuelle avec celles du crétacé supérieur et du carbonifère (empreintes ou restes de végétaux du lignite et du charbon). Reconstitution des paléoenvironnement ayant présidé à la genèse des gisements de combustibles fossiles : actualisme. [cf. thème 1 paléobiodiversité-évolution]

55 Découverte de la conservation et de la transformation de la matière organique (kérogène) en fonction de la profondeur : réalisation et/ou observation de carottes de tourbe ou de boues sapropéliques dans une vasière ou un marécage. Séparation des constituants d'un échantillon de pétrole, dun échantillon de liquide de «suintement » de schistes bitumineux, par chromatographie d'adsorption Mesures de porosité de différentes roches sédimentaires afin de déterminer la nature pétrographiques des roches susceptibles de constituer des réservoirs à hydrocarbures.

56 Modélisation analogique de la détection des roches réservoirs à hydrocarbures par les variations de vitesse de propagation des ondes acoustiques enregistrées et mesurées à laide dun dispositif ExAO(capteurs piézométriques-logiciel Audacity). Conditions nécessaire à la fabrication d'hydrocarbures: Expérience de fermentation lente (1 semaine minimum). Débris végétaux sous couche argile + eau --> production gaz et hydrocarbures (irisation en surface de l'eau) Modélisation de pièges à pétrole : Modélisation dans cuves transparentes, avec pétrole à lampe coloré au bleu de méthylène, sable (roche réservoir), argile ou pâte à modeler (roche couverture)

57 Libération de CO2 par utilisation des combustibles fossiles : Combustion de fusain dans air ou O2 et identification du gaz libéré. L'augmentation récente du CO2: Exploitation de banques de données (analyse gaz dans des carottes de glace) et réalisation d'un graphique à l'aide d'un tableur traduisant l'évolution de la teneur atmosphérique en CO2. Travail possible en ateliers avec sources différentes pour mettre en évidence le caractère global de cette évolution.

58 L'inégale répartition de l'énergie solaire : Modélisations avec globe terrestre et faisceau lumineux. Estimation de la quantité d'énergie reçue par unité de surface, variant selon la latitude. Analyse de lénergie reçue en surface terrestre sur une maquette analogique avec EXAO. L'origine solaire du mouvement des enveloppes fluides: Modélisations analogiques des courants de convection entre deux masses (d'air ou d'eau) de températures différentes….les règles de la cinétique sont les mêmes… DONC : Nexploiter quun exemple de circulation (atmosphérique OU hydrosphérique)

59 La circulation générale des masses d'air: Analyse dimages satellitaires dans différentes longueurs donde de façon à identifier les contrastes thermiques, les mouvements de masse dair et construire un modèle global de circulation atmosphérique. Activité complémentaire possible en intégrant les circulations océaniques. Couplage courants océaniques / atmosphériques: Déterminer direction et sens d'un courant marin superficiel par exploitation de données GPS (bouées dérivantes). Analyse dune image satellitaire montrant un upwelling dynamique (effet du mistral sur les eaux de surface par exemple).Traitement possible par tableur. Confrontation avec direction et sens du vent (exploitation d'animations satellitales possible)

60 SIG (système d'information géographique) pour confronter des données sur la répartition des sols cultivables et de l'eau. La biomasse végétale = une source de nourriture et source dagro carburants. Accès à des études de cas (agro carburants au Brésil, les agro écosystèmes) et des ressources qui permettent au professeur de les sélectionner et de créer sa séance.

61 Les constituants d'un sol: fraction minérale et organique: Mise en évidence par déshydratation, combustion et pesées des composantes minérales et organiques d'un sol. Relation entre roche mère et fraction minérale du sol (1): A partir d'une étude locale puis d'observations, comparer la nature de la fraction détritique minérale (ex: grains de quartz) d'un sol avec la composition minéralogique de la roche mère (ex : grès, granite, calcaire). En déduire des hypothèses sur la formation d'un sol. Relation entre roche mère et fraction minérale du sol (2): A partir d'une étude locale, identifier les principaux ions présents dans un sol. Confronter les résultats à l'étude de la composition minéralogique de la roche mère. En déduire des hypothèses sur les réactions d'altération de la roche mère (hydrolyses). Possibilité de comparer

62 Expériences analogiques de l'action de l'eau chargée ou dépourvue en CO2 sur les carbonates. Relation à établir avec des observations locales (Érosion de paysages calcaires, argiles de décalcification) Importance de la microflore et de la microfaune d'un sol (cf. Thème 1 Biodiversité) étude et détermination de la microfaune avec lappareil de Berlèse. expériences mettant en évidence la dégradation de la matière organique sous l'action des bactéries du sol (comparaison des résultats avec sol stérilisé). L'eau dans le sol : mesure de la porosité et de la perméabilité de différents sols (sables); Potentiel hydrique dun sol (comparaison dun sol argileux et dun sol sableux par exemple). Propriétés d'un sol cultivable : aération, capacité de rétention, complexes argilo-humiques (structure grumeleuse).

63 Mesures fréquence cardiaque et pression artérielle au repos et dans des situations dactivité variées. EXAO (logiciel tensio-Jeulin) et/ou sphygmomanomètre (http://www.tensiometre.com/mod_poignet.phphttp://w ww.snv.jussieu.fr/bmedia/ATP/pressio.html ) [en relation avec lEPS] Mesure de lindice de Ruffier: pol.net/1COEUR.html Dissection du cœur et injections: m Dissection visant à mettre en évidence le nerf pneumogastrique chez la souris Observation de larticulation de patte de bœuf ou de mouton Dissection de cuisse de grenouille ou de lapin (os, muscles, tendons, ligaments)

64 Dilacérations de muscles. Observations microscopiques de fibres musculaires Modèles anatomiques et maquette de circulation (en série et en parallèle) Observation microscopique de la contraction de fibres musculaires chez le Crabe. Automatisme cardiaque chez lembryon de poule. Comparaison de la fréquence à des stades embryonnaire différents: 3 e et 6 e jour dincubation (avant et après maturation du système nerveux). Traitement mathématiques des mesures avec tableur. Concevoir ou utiliser un modèle analogique traduisant leffet de la contraction du muscle sur les segments osseux. Utilisation possible de logiciels dédiés (phyeff, actocard, actospir, physiologie du sport (Jeulin), physiosport (Pierron), etc..).....


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