STS.E: une attention particulière aux problématiques environnementales STS: Une adaptation des connaissances en sciences et technologies pour une meilleure compréhension des problèmes de société STS.E: une attention particulière aux problématiques environnementales Armel Boutard

La Vie ? Des définitions James Lovelock dans les âges de Gaïa : «..tous savent ce qu’est la vie..mais à mon avis aucun .. n’a encore réussi à la définir.. Nous savons tous intuitivement ce qu’est la vie. On en mange, on l’aime ou on en meurt» p. 38 L’OXFORD: Propriété qui différencie un animal ou une plante vivants, ou une portion vivante d’un tissu organique, de la matière morte ou inanimée, l’ensemble des activités fonctionnelles par lesquelles se manisfeste cette propriété Le petit Robert : Fait de vivre, propriété essentielle des êtres organisés qui évoluent de la naissance à la mort en remplissant des fonctions qui leur sont communes Boutard Armel, Uqam

La Vie ? Des définitions Le petit Robert introduit les notions d’organisation et d’évolution. La vie est donc la caractéristique d’une dynamique dans l’état d’un système qu’il s’agisse d’un organisme «vivant» ou d’un système inanimé. Cette dynamique se révèle et se qualifie par les changements d’état du système. La vie des étoiles qui naissent, évoluent et meurent et par extension la vie de la Terre La demie-vie d’un élément radioactif, durée qui correspond au temps nécessaire à la désintégration de la moitié de la matière initiale. Aux thorium 232 et uranium 238 sont attachés le qualificatif de roches fertiles. Boutard Armel, Uqam

paramètres abiotiques La Vie ? Évoluant au cours des temps La vie est un processus évolutif et interactif et les changements notés sont autant ceux de propriétés intrinsèques au système considéré ( et organisme vivant) que ceux impliquant la nature et la grandeur d’interrelations de ce système avec les éléments organiques et inorganiques de son environnement paramètres biotiques paramètres abiotiques diversité des niches écologiques et par extension des formes de vie L’évolution de la vie sur la Terre influencée par des : événements astronomiques: comètes, météorites (les dinosaures) événements terrestres: dérive des plaques continentales, volcanisme, etc.. Boutard Armel, Uqam

La Vie sur Terre (hier) Une évolution symbiotique des La variation du volume des glaces au cours des temps (x1000 ans) Scientific American, jan.1990 p.50 Une évolution symbiotique des climats et des formes de vie au gré des périodes glacières Homo Sapiens est apparu en Afrique, il y a environ 100 000 ans. Il serait arrivé en Europe il y a environ 40 000 ans. Boutard Armel, Uqam

La Vie sur Terre , suite et fin? L’être humain La concentration moyenne de CO2 (1973-1987) Robinson et al, Review in Geophysics, 1988 Barrow, Alaska ……… Pôle Sud L’être humain transcende l’évolution naturelle des paramètres abiotiques et biotiques Les GES, des effets anthropiques susceptibles de modification du climat Boutard Armel, Uqam

Les problèmes des rejets anthropiques Particules du vent solaire R- et R-X UV bloqué par O3 Effets photochimiques Impacts identifiés: effet de serre et changements climatiques «pluies» acides et pertes de productivité des écosystèmes diminution de la couche d ’ozone stratosphérique et effets biocides des ultraviolets effet d’écran des aérosols aux rayons solaires (variations climatiques) «smog» urbain (ozone troposphérique) et difficultés respiratoires Limite de la troposphère Émissions Industrielles Urbaines Agricoles des Transports Naturelles rejets diffus dans l ’hydrosphère Boutard Armel, Uqam pollution diffuse des eaux par les produits organiques persistants (POP) , risques à la reproduction

global Effet de Serre Ozone stratosphérique et UV Cycles de l’eau Terre  atmosphère thermohaline Pluies acides Ozone   troposphérique Pollution diffuse des eaux P.O.P Bio – accumulation régional local   Vents (aérosols, gaz, humidité, etc..) Les problématiques environnementales, du global au local, et les vecteurs d’interaction Boutard Armel, Uqam

Projections des hausses des températures moyennes en Arctique (60 – 90 0N) basées sur divers scénarios prenant en compte la période 1981-2000. A2: monde très hétérogène etc..(Sabine) Modélisation ? Boutard Armel, Uqam

Boutard Armel, Uqam

Une progression du nombre de catastrophes naturelles liée au climat? Origine climatique Origine géologiqque La Recherche, janv. 2006 p.69 Boutard Armel, Uqam

gènes, espèces et des écosystèmes Les problèmes environnementaux Biodiversités: gènes, espèces et des écosystèmes Nature biophysique dégradation des ressources dégradation des écosystèmes dégradation de la qualité de vie Effets Biodiversité culturelle attitudes valeurs comportements changements Solutions nouvelles connaissances (recherche) et innovations technologiques Boutard Armel, Uqam

1 ère réaction: Pas de panique 1 ère réaction: Pas de panique ! l’innovation technologique va tout régler Plus de recherches (orientées vers la résolution de problèmes : gestion des ressources et réduction des effets nocifs)  plus de sciences  plus d’éducation Boutard Armel, Uqam

L’importance des Sciences Sciences, Techniques et Sociétés et des Techniques «On tient pour acquis que les seuls moyens d’améliorer réellement la condition humaine proviennent de nouvelles machines, de nouvelles techniques ou de nouveaux produits chimiques.» La «qualité de société» est définie par le degré de fabrication et d’utilisation des outils techniques et la maîtrise des impacts sociaux générés Sciences, Techniques et Sociétés Boutard Armel, Uqam Langdon Winner «La baleine et le réacteur», Descartes &Cie, 2002, 271 p.

Sciences, Techniques et Sociétés «Les technologies nouvelles ont ajouté des activités fondamentalement nouvelles à l’ensemble des choses qui font les êtres humains» voler (recherches et habitations spatiales) «Notre monde devient bien vite un monde dans lequel téléphonie, déplacement automobile, éclairage électrique et informatique constituent des formes de vie au sens le plus fort du terme: on aurait beaucoup de mal à vivre sans elles» Les objets techniques sont des entités sociales et même politiques «La technologie impose, ou plus exactement effectue une restructuration de son environnement, y compris humain, non pas en vertu d’un pouvoir occulte, mais en vertu de sa propre logique de fonctionnement..» Langdon Winner «La baleine et le réacteur», Descartes &Cie, 2002, 271 p.

À : Sciences, Techniques, Sociétés Les dégâts environnementaux (et sociaux) qui ont accompagnés le progrès technique n’ont pas entamé cette foi dans le fait que l’amélioration de la qualité de vie des humains est lié au progrés des sciences et à l’innovation technologique» Il est nécessaire de développer une approche systémique (holiste) dans les critiques des effets et impacts des STS sur la société et l’environnement À : Sciences, Techniques, Sociétés et Environnement Boutard Armel, Uqam

Sciences, techniques, société et environnement (STS.E) Transcendance des composantes et des émissions anthropiques Sociétés Système socio-politique socio-économique Patrimoine culturel Sciences et Technologies Santé publique Conservation de l’environnement Santé et sécurité industrielle Boutard Armel, Uqam

Problématiques environnementales? Boutard Armel, Uqam

Un ensemble d’environnements particuliers …interreliés? Les environnements ? méso-échelle l’environnement problème l’environnement ressources l’environnement nature échelle locale l’environnement milieu de vie l’environnement milieu de travail macro-échelle l’environnement biosphérique l’environnement univers Un ensemble d’environnements particuliers …interreliés? Typologie de Lucie Sauvé

Définir l’environnement L’être humain L’être environné La perspective, l’objectif global (ou but) en fonction desquels cet environnement particulier est considéré Les composantes biophysiques et sociales du milieu Les types d’interrelations à considérer L’échelle spatiale du champ des interrelations L ’intervalle de temps considéré Boutard Armel, Uqam Adapté de Lucie Sauvé, 1987

Les quêtes de connaissances Boutard Armel, Uqam

Les quatre infinis de la quête  grand  petit naissance (le Big Bang), évolution, mort de notre univers? le Big Bang, les étoiles et la nucléosynthèse Les quatre infinis de la quête des connaissances pré-quark notre univers quark amas noyau atome galaxie molécule système solaire matière  préoccupant  complexe la vie dégradation des ressources santé dégradation des écosystèmes dégradationde la qualité de vie biodiversités (3): gènes, espèces, écosystèmes biodiversité culturelle évolution de la «vie intelligente» évolution des quatre biodiversités Boutard Armel, Uqam

Les sciences de l’environnement et les sciences physiques Boutard Armel, Uqam

Définir les sciences physiques de l’environnement Perspective, objectif, but Composantes biophysiques et facteurs abiotiques Interactions physiques Matière Variables d ’espace et de temps Énergie j f p g a b c d e h i k m x y z q Contenu «spécialisé» des sciences physiques de l ’environnement Physique des sens, bionique Ondes et interactions la métrologie

ERE et FRE et enseignement des sciences Matière Contenu «spécialisé» des sciences physiques de l’environnement Énergie Physique de la santé & bionique Ondes et interactions la métrologie Intégrer des composantes socio-culturelles du milieu de vie afin de comprendre les dynamiques comportementales et être apte à présenter les controverses environnementales Contenu adapté à l’enseignement et à la formation Contenu axé sur la présentation des concepts, sur la compréhension des phénomènes naturels et l’étude des problèmatiques environnementales Boutard Armel, Uqam

L’infiniment petit Le nombre d’Avogadro Les systèmes physiques atome molécule noyau les particules fondamentales: quarks et électrons L’énergie associée au système physique : de la molécule de l’atome du noyau Boutard Armel, Uqam

Le nombre d’Avogadro Un facteur d’échelle entre le monde de l’infiniment petit et le monde du visible N0 = 6,022 1023 atomes dans un atome-gramme ou molécule dans une molécule –gramme (mole): comme dans 12 g de carbone (C12), et 18 g d’eau liquide (H2O) comme dans 22,4 litres de gaz dans les conditions normales de température ou de pression (15 0C et 1 atmosphère) Par exemple: 1 litre d’air contient (6,022 1023/ 22,4) ou environ 2,7 1022 molécules d’air (oxygène et azote). Boutard Armel, Uqam

Le nombre d’Avogadro Prenons l’exemple de l’atmosphère: (volume équivalent de 4.1021 litres dans les conditions de pression normale) 1 litre d’air contient environ 2,7 1022 molécules le brassage continuel de l’air atmosphérique fait que toute émission locale d’un gaz se retrouve avec le temps dilué à l’échelle globale de l’atmosphère le dernier souffle d’Aristote 2 litres ou encore 5 1022 molécules réparties dans les 4 1021 litres de l’atmosphère, soit environ une douzaine de molécules par litre d’air l’être humain respire 20 m³ (20 000 litres) d’air par jour c’est ¼ de million de molécules expirées par Aristote qui chaque jour viennent en contact intime avec les alvéoles et les composés du sang de chacun des humains !

L’hydrosphère représente de l’ordre de 1,4 1021 litres Nous pourrions refaire ce calcul avec la plupart des éléments minéraux de la croûte terrestre, mais faisons le plutôt avec l’eau, élément si nécessaire à la vie. L’eau «métabolisée», l’eau ingérée et bue et aussi excrétée nécessaire à votre métabolisme quotidien, est d’environ 2l/j. L’hydrosphère représente de l’ordre de 1,4 1021 litres Nous absorbons chaque jour (2. 2,7 1022 (mol/litre) /1,4 1021litres) soit 50 molécules d’eau ayant eu un contact intime avec les entrailles des premiers humanoïdes ou même des autres organismes vivants comme les grands dinosaures qui devaient même consommés plus d’eau au quotidien. Ce taux de dilution est supérieur aux pratiques de dilution de la médecine homéopathique par exemple et du phénomène de la «mémoire» de l’eau propre à certaines médecines douces. Boutard Armel, Uqam

Nous sommes mémoire du passé de la Terre ? Spinosaurus 96-65 millions d’années 1,8 millions- 10000 ans Nous sommes mémoire du passé de la Terre ? Les Mondes disparus, Éric Buffetaut Jean Le Loeuff, Berg international Éditeurs, 1998, 158 p. 53-33 millions d’années Uintatherium Boutard Armel, Uqam

Les systèmes physiques et leurs «découvreurs» leptons (électrons) quarks Gell-Mann 1964 hadrons (protrons & neutrons) Thompson ~ 1890 atomes Rutherford 1919 noyaux Chadwick 1932 Guay-Lussac ~ 1820 Rutherford 1911 molécules Lavoisier ~ 1790 Dalton ~ 1800 Boutard Armel, Uqam

nous sommes poussières d’étoiles ! L’infiniment grand nous sommes poussières d’étoiles ! La cosmodiversité Le système solaire L’exobiologie Boutard Armel, Uqam

La cosmodiversité de l’Univers Étoiles jaunes Étoiles rouges Étoiles bleues Naines brunes, rouges, blanches Pulsars, magnéstars et quasars

Les grandes forces de la Nature La force gravitationnelle La force électromagnétique Les deux forces nucléaires force forte d’attraction des quarks (cohésion de l’édifice nucléaire) force faible d’échange de saveur des quarks (désintégration du neutron)

Force universelle pesanteur mécanique céleste électricité magnétisme Newton (1687) Maxwell (1850) Gravitation Électromagnétisme Force nucléaire forte Force nucléaire faible Glashow, Weinberg, Salam (1967- 1983) - Force électrofaible Grande théorie unifiée Force universelle Boutard Armel, Uqam

Boutard Armel, Uqam

Force gravitationnelle (2) Cascades d’effets dans l’environnement abiotique relation Univers - Terre sur Terre poids chute des corps cycles des saisons, des jours et nuits pression friction poussée d’archimède gravitropisme cycles des marées: océaniques atmosphériques magmatiques cycles biologiques? comètes, météorites et autres «visisteurs de l’espace» chocs déformations vibrations stress mécanique énergie et chaleur sons modulation du flux des interactions «mécaniques», interactions sonores et thermiques locales modulation du flux des radiations solaires

Force gravitationnelle : effets anthropiques les vecteurs d’interaction photons : lumière, chaleur gravitons mouvement, contact onde mécanique : sons (infra et ultrasons) les capteurs biologiques yeux cellule ? oreille peau glande pinéale tractus rétino-hypothalamique canaux semi-circulaires équilibre chaud-froid ouïe toucher vue Gravitropisme ou autre influence gravitationnelle les sens ? rythmes biologiques

L’effet de lentille gravitationnelle: les photons sensibles à la force gravitationnelle La grandeur de l’effet supporte l’hypothèse de la masse sombre ou masse manquante La Recherche, févr. 2004 p.9 4 images d’un même quasar: A,B,C,D Boutard Armel, Uqam

Une anomalie (augmentation) de l’intensité de la force gravitationelle à grande distance mesuréée avec les trajectoires des satellites Pioneer Boutard Armel, Uqam

La force gravitationnelle Une anomalie à grande échelle (satellite Pioneer), plus forte attraction Une anomalie à petite échelle (la force de Casimir), répulsion Boutard Armel, Uqam

La recherche du graviton VIRGO: à Cascina, près de la ville de Pise, à EGO(European gravitational observatory) un interféromètre laser de Michelson avec deux bras de 3 km de long, de 1,2 m de diamètre, sous vide(le vide record d’Europe) 23-07-03 inauguration de VIRGO détecteur franco-italien d’ondes gravitationnelles. Il devrait enregistrer des vibrations de l’espace temps www.virgo.infn.it www.infn.it Boutard Armel, Uqam

Courbe dite de «séquence principale» Évolution du Soleil 4 H1  He4 Courbe dite de «séquence principale» 106 Géante rouge Étoile bleue 103 Courbe de séquence principale Luminosité intrinsèque/ celle du soleil 1 naine blanche Début des réactions nucléaires 10-3 50 20 10 5 2 Boutard Armel, Uqam 103 K

nous sommes «poussières d’étoiles» atomes processus physicochimiques terrestres abiotiques (actions du vent, de l’eau, de l’air; ex: oxydation) minéraux fluides molécules règne végétal règne animal Êtres humains la vie Boutard Armel, Uqam

La relation Soleil - Terre Tiré de : «sun, earth and sky»,K.R. Lang, Éditions Springer, 282 p, (p.165) Boutard Armel, Uqam

Les 3 ceintures de Van Allen électrons solaires lignes du champ magnétique protons solaires Tiré de : «sun, earth and sky»,K.R. Lang, Éditions Springer, 282 p.(p.169) atomes lourds cosmiques ionisés (nouvelle) Boutard Armel, Uqam

L’ÉNERGIE Un champ notionnel des caractéristiques sociétales de consommation (besoins) et de relations internationales (mondialisation des ressources) des problèmes d’approvisionnements (autonomie) des problèmes environnementaux des stratégies de changement dans les habitudes de consommation à élaborer Boutard Armel

Applications pacifiques du nucléaire Le nucléaire Énergie de fission Énergie de fusion Applications pacifiques du nucléaire

Les nouveaux «gisements» énergétiques 1. Énergies renouvelables solaire (dont hydroélectricité) éolienne géothermique de la mer (chaleur, vague, marée, etc.) biomasse (plantations marines et terrestres) 2. Valorisation des énergies «résiduelles» (eaux usées, résidus solides et de biomasse) 3. Réduction des besoins par les économies d ’énergie Hydrogène Boutard Armel, Uqam

LES SENS : La relation biophysique de l ’être humain à son environnement Boutard Armel, Uqam

L ’atavisme du prendre sans être pris Une connaissance juste, fidèle et précise des éléments du milieu SENS Effets électriques Effets mécaniques Électromagnétique Biochimique Odorat Goût Chaud-froid Vue ? Parole Toucher Ouïe Équilibre Onde Gravitation Pression Autres ? EX: influence de la Lune EX: Conditions atmosphériques couleurs, polarisation, etc. Autres? ? Infra et ultrasons Boutard Armel, Uqam

Le comportement des humains? Boutard Armel, Uqam

Changer les comportements ? Boutard Armel, Uqam

Est-ce une relation nécessaire ? Besoins de confort thermique, de lumière, de mobilité, de ressources alimentaires (et cuisson), de bureautique.. Est-ce une relation nécessaire ? Besoins en eau, énergie et en matières premières: pollution généralisée, atteintes graves à la biodiversité, dégradation des écosystèmes, atteinte à la santé humaine

Intégrer les préoccupations environnementales au quotidien Avantages production de richesse collective et individuelle Choix des individus rétroaction Activités humaines industrielle, minière, artisanales, commerciale, domestique approvisionnement en ressources contamination des milieux de vie Désavantages atteintes au patrimoine biophysique et socioculturel Boutard Armel, Uqam

La boîte à outils des actions environnementales La démarche des (5)R V E(2) en amont: les ressources en aval: la pollution Réduire Récupérer Réemployer Réparer Recycler Valoriser Éduquer Techniques (Innovation): efficacité, adaptabilité, valorisation de particularités locales Sciences études des processus, interrelations impacts Sociétés changements de comportements d’attitudes de valeurs Éliminer les risques Boutard Armel, Uqam

Une démarche de maîtrise des besoins énergétiques RVE + Éducation: mieux (et moins) consommer pour une satisfaction optimale Formation: faire plus avec moins Efficacité Sciences et Innovations technologiques Technologies appropriées au milieu et valorisation d ’alternatives Concertation: ensemble Autonomie Gestion de la demande Changements d ’attitudes Économies Boutard Armel, Uqam

Des pistes de solutions Économie Solutions changements - comportements - attitudes - valeurs connaissances scientifiques et innovations technologiques Autonomie Efficacité Boutard Armel, Uqam

La Vie selon Pierre Foglia La Presse La Vie selon Pierre Foglia «la vie est un catalogue dans lequel il est parfois bien difficile de choisir. C’est pourtant le choix, qui fait l’Homme» une foire du commerce ? Boutard Armel, Uqam

Le consommateur: la quête de la satisfaction Disponibilité des ressources et des services là où est le besoin  concordance de lieu instantanément  concordance de temps sous la forme désirée  concordance à l’usage en quantité suffisante  concordance aux besoins Facilité d’utilisation simple, fiable, encombrement minimum facilité de stockage pour de grandes durées Facteurs des impacts environnementaux Coût modique Inoffensif pour la santé du consommateur le syndrome du «Pas dans ma cour» Boutard Armel, Uqam

Parce qu’un autre monde est possible L’ERE -FRE Parce qu’un autre monde est possible Boutard Armel, Uqam Armel Boutard

STS.E : une dimension intégrante de l’enseignement des sciences Une évolution des buts de la formation De la connaissance des objets Statique et pointu À la compréhension de l ’évolution et des interrelations de l ’objet dans son milieu Dynamique et holiste De la maîtrise de la matière et des processus technologiques La nature assujettie au consumérisme, la quête du «plus» Au contrôle des impacts des processus et à la maîtrise des égoïsmes humains Attitude du commensalisme, la quête du «mieux» Boutard Armel, Uqam

Organiser la participation de ceux qui veulent des changements ? Énergie extra, février 2003 Boutard Armel, Uqam

La Formation des intervenants But: changer les «façons de faire», à la source des problèmes engendrés 1. Bilan global de l’«environnement», les nécessités d’agir Le ton et l’argumentation cherche à dédramatiser et vise à responsabiliser «l’individu» des riches sociétés industrielles 2. La situation dans l’entreprise : maintenant et demain Le constat environnemental global, la responsabilité individuelle et collective, les politiques, les objectifs de réduction des impacts environnementaux et l’engagement (moyens) de l’entreprise en matière de conservation de l’environnement. L’appel à tous (salariés de l’entreprise) 3. La résolution de problèmes La cueillette de savoirs «spécialisés», les inovations technologiques (efficacité) et les changements dans les façons de faire - comportements (économies) 4. La présentation et la priorisation des actions (faisabilité et importance stratégique) En présence d’un haut responsable (valorisation de la participation des employés)