Systèmes

Cahier d’apprentissage 2e cycle du secondaire • 1re année

Classe branchée

ST Science et technologie ATS Applications technologiques et scientifiques

Étienne Meyer Nathalie Kinnard

Conforme à la progression des apprentissages

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Cahier d’apprentissage 2e cycle du secondaire • 1re année

Classe branchée

ST Science et technologie ATS Applications technologiques et scientifiques

corrigé

Étienne Meyer Nathalie Kinnard

Conforme à la progression des apprentissages

Direction de l’édition Claude Fortin

Remerciements

Direction de la production Danielle Latendresse

Les auteurs et l’Éditeur tiennent à remercier les personnes suivantes pour leurs commentaires et leurs suggestions au cours de la rédaction de ce cahier.

Direction de la coordination Rodolphe Courcy

Consultantes pédagogiques

Charge de projet Catherine Stasse

Natacha Viens, École L’Odyssée, C.S. des Affluents

Révision linguistique Marie Auclair

Consultants scientifiques

Correction d’épreuves Marie Théorêt

Alain Ducharme, Collège de Bois-de-Boulogne

Anouk Breton, Académie Sainte-Thérèse Nathalie Kinnard, journaliste scientifique

Conception et réalisation graphique

Élaine Bélanger, Cégep Marie-Victorin David Hénault, Département de médecine, Université McGill Robert Lamontagne, Université de Montréal

Illustrations Michel Rouleau Bertrand Lachance : p.12, 13, 193, 257, 289, 298, 299, 308, 303, 306, 313, 389, 391-392, 394, 403, 404, 405.

Catapulte : p.399.

Interscript : p.360.

Serge Rousseau : p.116.

Stéphan Vallières: p.3, 4, 14, 15, 19, 20, 26, 27, 39, 40, 41, 44, 45, 67, 78, 79, 94, 99, 147, 179, 194, 363, 369, 392, 395.

La Loi sur le droit d’auteur interdit la reproduction d’œuvres sans l’autorisation des titulaires des droits.

Or, la photocopie non autorisée – le photocopillage – a pris une ampleur telle que l’édition d’œuvres nouvelles est mise en péril. Nous rappelons donc que toute reproduction, partielle ou totale, du présent ouvrage est interdite sans l’autorisation écrite de l’Éditeur.

Classe branchée

Cahier d’apprentissage © 2015, Les Éditions CEC inc.

9001, boul. Louis-H.-La Fontaine Anjou (Québec) H1J 2C5 Tous droits réservés. Il est interdit de reproduire, d’adapter ou de traduire l’ensemble ou toute partie de cet ouvrage sans l’autorisation écrite du propriétaire du copyright.

Dépôt légal : 2015 Bibliothèque et Archives nationales du Québec Bibliothèque et Archives Canada ISBN 978-2-7617-7800-8 (Cahier d’apprentissage) ISBN 978-2-7617-7801-5 (Cahier d’apprentissage, version MaZoneCEC)

table des matières Univers Terre et espace ................... XIX Chapitre 1 ST La Terre et la vie ........................................ 2 Rappel ............................................................ 3 1.1 : La Terre dans l’Univers ............................. 4

1.1.1 Le système solaire et l’unité astronomique................................ 4

1.1.2 La galaxie et l’année-lumière ......... 5

1.1.3 Les amas et les superamas ............ 7

1.1.4 L’Univers observable ..................... 8 Savoir-faire 1 : La conversion des distances astronomiques............................... 9 Activités 1.1 ..................................................... 10 1.2 : Les conditions favorables à l’apparition

de la vie ................................................... 13

1.2.1 La présence d’eau liquide :

une question de distance .............. 13

1.2.2 La présence d’une atmosphère :

une question de masse.................. 14

1.2.3 L’abondance des éléments chimiques :

une question de composition ........ 15 Activités 1.2 ..................................................... 16 1.3 : L’histoire de la vie sur Terre ....................... 18

1.3.1 L’échelle des temps géologiques .................................. 18

1.3.2 Le précambrien ............................ 19

1.3.3 Le phanérozoïque ........................ 20

1.3.4 Le cénozoïque............................... 22 Activités 1.3 ..................................................... 23 1.4 : Les couches stratigraphiques

et les fossiles ............................................. 25

1.4.1 Les couches stratigraphiques ......... 25

1.4.2 Les fossiles .................................... 26

1.4.3 La datation .................................... 27 Activités 1.4 ..................................................... 28 Synthèse du chapitre 1............................ 31

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Univers matériel .........................................

36

Chapitre 2 L’organisation et les propriétés de la matière............................................... 38 Rappel ........................................................... 39 2.1 : L’organisation de la matière........................ 40

2.1.1 La notion de modèle..................... 40

2.1.2 Le modèle particulaire................... 40

2.1.3 Les substances pures

et les mélanges.............................. 41 Activités 2.1 ..................................................... 43 2.2 : Les solutions.............................................. 46

2.2.1 Le soluté et le solvant.................... 46

2.2.2 La dissolution................................. 46

2.2.3 La concentration............................ 47

2.2.4 Les solutions dans le corps humain. 48 Savoir-faire 2 : Le calcul de concentration............ 49 Activités 2.2 ..................................................... 51 2.3 : Les propriétés physiques caractéristiques... 55

2.3.1 Les points de fusion et d’ébullition.. 55

2.3.2 La masse volumique...................... 56

2.3.3 La solubilité ST ............................. 57 Activités 2.3 ..................................................... 59 2.4 : Les propriétés chimiques caractéristiques... 62

2.4.1 La détection de certaines substances..................................... 62

2.4.2 L’acidité, la basicité et le pH ........... 63 Activités 2.4 ..................................................... 65 Synthèse du chapitre 2............................ 68

Chapitre 3 Les transformations de la matière et de l’énergie............................................. 76 Rappel ........................................................... 77 3.1 : Les changements physiques....................... 78

3.1.1 La définition d’un changement physique........................................ 78

3.1.2 Les changements d’état................... 79

3.1.3 La dissolution et la dilution ST ........ 80 Savoir-faire 3 : Les calculs de dilution................... 82 Activités 3.1 ..................................................... 84 table des matières

III

3.2 : Les changements chimiques....................... 88

3.2.1 La définition d’un changement chimique....................................... 88

3.2.2 La décomposition

et la synthèse ST ........................... 89 3.2.3 L’oxydation ST ............................... 90

3.2.4 La précipitation ST ......................... 92 Activités 3.2 ..................................................... 93 3.3 : Les transformations de l’énergie.................... 96

3.3.1 La définition de l’énergie................ 96

3.3.2 Le joule ST .................................... 96

3.3.3 Les formes d’énergie..................... 97

3.3.4 Les transformations de l’énergie..... 99 Activités 3.3 ..................................................... 100 Synthèse du chapitre 3............................ 103 Chapitre 4 Les fluides et les ondes.......................... 110 4.1 : Les fluides................................................. 111

4.1.1 La définition d’un fluide................... 111

4.1.2 Les fluides compressibles................ 112

4.1.3 Les fluides incompressibles.............. 113 Activités 4.1 ..................................................... 114 4.2 : La pression et la circulation des fluides....... 116

4.2.1 La pression.................................... 116

4.2.2 La pression et les fluides compressibles................................ 117

4.2.3 La pression et les fluides incompressibles.............................. 118

4.2.4 La circulation des fluides ................. 118 Activités 4.2 ..................................................... 120 4.3 : Les ondes mécaniques............................... 123

4.3.1 La définition d’une onde mécanique..................................... 123

4.3.2 Les caractéristique d’une onde mécanique..................................... 124

4.3.3 Les ondes sonores......................... 125 Activités 4.3 ..................................................... 128 4.4 : Les ondes électromagnétiques................... 130

4.4.1 La définition d’une onde électromagnétique.......................... 130

4.4.2 Le spectre électromagnétique........ 131

4.4.3 Les ondes électromagnétiques

et la matière.................................. 133

4.4.4 Les lentilles correctrices................. 135 Activités 4.4 ..................................................... 136 Synthèse du chapitre 4............................ 139

IV

table des matières

Univers vivant ................................................ 144 Chapitre 5 L’organisation du vivant......................... 146 Rappel ........................................................... 147 5.1 : L’ADN ST ................................................ 148

5.1.1 Le rôle de L’ADN.......................... 148

5.1.2 Les chromosomes......................... 150 Activités 5.1 ..................................................... 153 5.2 : La division cellulaire et la reproduction....... 155

5.2.1 La mitose...................................... 155

5.2.2 La méiose...................................... 157

5.2.3 La diversité génétique.................... 159 Activités 5.2 ..................................................... 160 5.3 : L’organisation des cellules ST ..................... 163

5.3.1 La différenciation cellulaire.............. 163

5.3.2 Des cellules aux tissus.................... 165

5.3.3 Des tissus aux organes................... 166

5.3.4 Des organes aux systèmes............. 166

5.3.5 Le cycle du développement sexué............................................ 167 Activités 5.3 ..................................................... 168 Synthèse du chapitre 5............................ 171 Chapitre 6 La fonction de nutrition ......................... 178 6.1 : Les aliments............................................... 179

6.1.1 Les constituants alimentaires............ 179

6.1.2 Les besoins alimentaires ................. 181

6.1.3 La valeur énergétique et nutritive

des aliments................................... 182 Activités 6.1 ..................................................... 183 6.2 : Le système digestif...................................... 186

6.2.1 Les nutriments................................ 186

6.2.2 Le tube digestif............................... 187

6.2.3 Les glandes digestives...................... 188

6.2.4 La transformation des aliments

pendant la digestion........................ 189 Activités 6.2 ..................................................... 191 6.3 : Le système respiratoire............................... 194

6.3.1 Le rôle du système respiratoire........ 194

6.3.2 Les parties du système respiratoire... 195

6.3.3 Le fonctionnement du système respiratoire..................................... 196 Activités 6.3 ..................................................... 197

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6.4 : Le système circulatoire................................ 200

6.4.1 Le sang.......................................... 200

6.4.2 Les parties du système circulatoire... 202

6.4.3 La circulation pulmonaire

et la circulation systémique.............. 203 Activités 6.4 ..................................................... 205 6.5 : Le système lymphatique.............................. 208

6.5.1 La lymphe...................................... 208 6.5.2 L’immunité..................................... 208

6.5.3 Le système lymphatique.................. 210 Activités 6.5 ..................................................... 212 6.6 : Le système excréteur................................. 215

6.6.1 Le maintien de l’équilibre sanguin..... 215

6.6.2 Le système urinaire......................... 216

6.6.3 Les glandes sudoripares................... 217 Activités 6.6 ..................................................... 218 Synthèse du chapitre 6............................ 221 Chapitre 7 La fonction de relation............................ 228 7.1 : Les neurones............................................ 229

7.1.1 Les neurones................................. 229

7.1.2 L’influx nerveux.............................. 230 Activités 7.1 ..................................................... 232 7.2 : Le système nerveux ................................. 235

7.2.1 Le système nerveux central (SNC). 235

7.2.2 Les nerfs et le système nerveux

périphérique (SNP)........................ 237

7.2.3 L’acte volontaire et l’arc réflexe...... 239 Activités 7.2 ..................................................... 240 7.3 : La vision.................................................... 244 7.3.1 L’œil ............................................. 244

7.3.2 La formation des images................ 245

7.3.3 Les troubles de la vue.................... 246 Activités 7.3 ..................................................... 247 7.4 : L’audition................................................... 250 7.4.1 L’oreille.......................................... 250

7.4.2 La perception des sons.................. 251 7.4.3 L’équilibre...................................... 252 Activités 7.4 ..................................................... 253 7.5 : Le toucher................................................ 256

7.5.1 Les parties de la peau..................... 256

7.5.2 Les récepteurs de la peau.............. 257

7.5.3 La perception des textures, de la

température et de la douleur......... 258 Activités 7.5 ..................................................... 259 7.6 : Le goût et l’odorat..................................... 261

7.6.1 Le nez et la langue......................... 261

7.6.2 La perception des odeurs............... 263

7.6.3 La perception des saveurs ............. 263 Activités 7.6 ..................................................... 265 © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

7.7 : Le système musculosquelettique................ 268

7.7.1 Les os ........................................... 268

7.7.2 Le squelette................................... 269

7.7.3 Les articulations............................. 271

7.7.4 Les muscles................................... 272 Activités 7.7 ..................................................... 275 Synthèse du chapitre 7............................ 279 Chapitre 8 La fonction de reproduction................. 288 Rappel ........................................................... 289 8.1 : La puberté................................................. 290

8.1.1 L’influence des hormones................ 290

8.1.2 Les changements physiologiques...... 291

8.1.3 Les changements psychologiques..... 292 Activités 8.1 ..................................................... 293 8.2 : Le système reproducteur féminin................ 295 8.2.1 L’ovogenèse................................... 295

8.2.2 Le cycle ovarien.............................. 296

8.2.3 Le cycle menstruel.......................... 297

8.2.4 Des cycles coordonnés................... 299 Activités 8.2 ..................................................... 300 8.3 : Le système reproducteur masculin............... 302

8.3.1 La spermatogenèse......................... 302 8.3.2 L’érection....................................... 303 8.3.3 L’éjaculation.................................... 303 Activités 8.3 ..................................................... 305 Synthèse du chapitre 8............................ 307

Univers technologique ...................... 314 Chapitre 9 Les biotechnologies................................. 316 9.1 : La pasteurisation ....................................... 317

9.1.1 Les micro-organismes

et les aliments ................................. 317

9.1.2 L’utilité de la pasteurisation ............ 318

9.1.3 Le procédé de pasteurisation .......... 318 Activités 9.1 ..................................................... 319 9.2 : Les vaccins ............................................... 320

9.2.1 Le rôle des vaccins......................... 320

9.2.2 La fabrication d’un vaccin

et les types de vaccins...................... 320 Activités 9.2 ..................................................... 322 9.3 : La culture cellulaire.................................... 323

9.3.1 Le procédé de culture cellulaire .... 323

9.3.2 Les paramètres à contrôler............ 324 Activités 9.3 ..................................................... 325 table des matières

V

9.4 : La procréation médicalement assistée ....... 326

9.4.1 Infertilité et stérilité......................... 326

9.4.2 La définition de procréation

médicalement assistée........................ 326

9.4.3 Les divers procédés de procréation assistée.......................................... 327 Activités 9.4 ..................................................... 328 9.5 : Les transformations génétiques (OGM) ST . 329

9.5.1 La définition de la transformation génétique...................................... 329

9.5.2 Les avantages et les inconvénients... 330 Activités 9.5 ..................................................... 331 Synthèse du chapitre 9............................ 332

Chapitre 10 Le dessin technique................................. 336 Rappel ........................................................... 337 10.1 : Les conventions du dessin technique

(première partie)........................................ 338 10.1.1 Les symboles normalisés................. 338

10.1.2 Les lignes de base et les tracés

géométriques................................. 339 Activités 10.1 ..................................................... 341 10.2 : Les conventions du dessin technique

(deuxième partie)....................................... 343 10.2.1 La cotation..................................... 343

10.2.2 Les tolérances ATS ........................... 344

10.2.3 Les échelles .................................. 345 Activités 10.2 ..................................................... 347 10.3 : Les formes de représentation

(première partie)........................................ 349

10.3.1 Le croquis, le schéma de principe

et le schéma de construction........... 349

10.3.2 Les représentations en perspective... 350

10.3.3 Les dessins en vue éclatée ATS .......... 353 Activités 10.3 ..................................................... 354 10.4 : Les formes de représentation

(deuxième partie)....................................... 357

10.4.1 La projection orthogonale

à vues multiples ............................. 357

10.4.2 Les vues en coupe.......................... 358

10.4.3 Les sections ATS .............................. 359 Activités 10.4 ..................................................... 360 Synthèse du chapitre 10.......................... 362

VI

table des matières

Chapitre 11 L’ingénierie................................................... 368 Rappel ........................................................... 369 11.1 : Les matériaux............................................ 370

11.1.1 Les contraintes mécaniques........... 370

11.1.2 Les propriétés mécaniques

des matériaux................................ 371

11.1.3 Les différents matériaux................. 372 Activités 11.1 ..................................................... 378 11.2 : Les procédés de fabrication ATS .................. 381

11.2.1 Le mesurage et le traçage ............. 381

11.2.2 Le façonnage et l’inspection............ 382

11.2.3 Les techniques de façonnage.......... 383 Activités 11.2 ..................................................... 384 11.3 : Les fonctions mécaniques élémentaires ..... 386

11.3.1 La fonction de liaison..................... 386

11.3.2 La fonction de guidage................... 387

11.3.3 La fonction de lubrification............. 387

11.3.4 La fonction d’étanchéité................. 388 Activités 11.3 ..................................................... 389 11.4 : Les fonctions mécaniques complexes......... 391

11.4.1 La transmission du mouvement ..... 391

11.4.2 La transformation du mouvement... 392

11.4.3 La variation de vitesse.................... 393 Activités 11.4 ..................................................... 394 11.5 : L’ingénierie électrique ATS .......................... 396

11.5.1 Les circuits électriques................... 396

11.5.2 La fonction d’alimentation.............. 396

11.5.3 La fonction de conduction.............. 397

11.5.4 La fonction d’isolation.................... 398

11.5.5 La fonction de commande............. 398

11.5.6 La fonction de protection............... 399 Activités 11.5 ..................................................... 400 Synthèse du chapitre 11.......................... 402

Révision ..................................................... 408

Index.............................................................. 418 Sources des photos............................... 421

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L’organisation

du cahier d’apprentissage

Le cahier d’apprentissage SYSTÈMES classe branchée couvre l’ensemble des concepts prescrits par les programmes Science et technologie et Applications technologiques et scientifiques de la 1re année du 2e cycle du secondaire.

Le cahier SYSTÈMES classe branchée est divisé en quatre univers : l’univers Terre et espace, l’univers matériel, l’univers vivant et l’univers technologique. Chaque univers comporte de un à quatre chapitres dans lesquels les connaissances à acquérir sont organisées de manière à respecter le plus fidèlement la Progression des apprentissages. À la fin du cahier, on trouve une section « Révision » ainsi qu’un index pratique.

Les univers

Un sommaire détaillé présente le contenu de chacun des chapitres de l’univers.

Un court texte d’introduction présente les contenus des chapitres de l’univers.

Les chapitres

La liste des concepts ciblés dans le chapitre, qui provient de la Progression des apprentissages, est donnée.

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Une citation en lien avec les contenus des chapitres de l’univers.

Un pictogramme permet de repérer facilement les concepts prescrits réservés exclusivement au programme ST ou ATS .

Si aucune mention n’apparaît, la notion s’adresse aux élèves des deux programmes.

L’organisation du cahier d’apprentissage

VII

Des connaissances préalables de 2e secondaire sont présentées.

Les sections numérotées sont rapidement identifiables.

Les sous-sections sont également numérotées pour un repérage facile.

Les termes importants à retenir sont précédés du pictogramme et sont définis dans une rubrique particulière.

Des rubriques de type « connaissances générales », en lien avec le sujet sont présentées à l’occasion.

Chaque section se termine par deux pages ou plus d’activités (exercices et problèmes) en lien avec l’ensemble des concepts étudiés dans la section.

Un picto annonce une question de type « enrichissement » selon la Progression des apprentissages.

VIII

L’Organisation du cahier d’apprentissage

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Une rubrique Savoir-faire présente, lorsque nécessaire, des techniques prescrites de la section « Techniques » de la Progression des apprentissages.

À la fin de chacun des chapitres Cette rubrique fournit un résumé théorique des principaux concepts abordés dans le chapitre.

À l’aide de questions variées, cette rubrique favorise la synthèse des notions présentées dans l’ensemble du chapitre.

La Révision et l’index La rubrique Révision, placée après le dernier chapitre, permet de faire un retour sur l’ensemble des connaissances acquises dans le cahier.

L’index permet un repérage facile et rapide des connaissances présentées dans le cahier. © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

L’organisation du cahier d’apprentissage

IX

Univers Terre et espace « Depuis des siècles, l’être humain explore et cartographie son environnement. Plus ses connaissances augmentent, plus il pousse cette exploration, jusqu’à chercher où notre planète se situe par rapport aux autres corps célestes.

Nous n’avons aucune idée de 96 % du contenu de l’univers !

Le renard de Saint-Exupéry ne croyait pas si bien dire quand il confiait au Petit Prince : « L’essentiel est invisible pour les yeux. » Trinh Xuan Thuan, astrophysicien (1948 -)

«

Évidemment, le corps céleste de référence est l’étoile qui domine le ciel, le Soleil. Notre planète est-elle proche du Soleil ? En est-elle éloignée ?

Trouver les réponses à ce genre de questions est beaucoup moins évident qu’il n’y paraît. Si on se fie uniquement à ce que nos yeux voient, on ne peut savoir si nous nous trouvons proche d’un petit Soleil ou loin d’une grosse étoile. On ne peut même pas savoir si c’est la Terre qui tourne autour du Soleil ou l’inverse.

Et que dire de la vie ? Même si les percées scientifiques et technologiques de l’homme ont permis de jeter un certain éclairage sur les conditions permettant l’émergence de la vie, les processus qui ont permis de générer des êtres vivants à partir de matière inerte sont encore remplis de mystère et d’inconnu.

X

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Sommaire Chapitre 1 ST La Terre et la vie ................................ 2 1.1 : La Terre dans l’Univers ................... 4

1.1.1 Le système solaire et l’unité astronomique ...................... 4

1.1.2 La galaxie et l’année-lumière.................... 5

1.1.3 Les amas et les superamas ... 7

1.1.4 L’Univers observable............ 8 1.2 : Les conditions favorables

à l’apparition de la vie ..................... 13

1.2.1 La présence d’eau liquide :

une question de distance ..... 13

1.2.2 La présence d’une

atmosphère : une question

de masse ............................. 14

1.2.3 L’abondance des éléments

chimiques : une question

de composition.................... 15 1.3 : L’histoire de la vie sur Terre ............ 18

1.3.1 L’échelle des temps géologiques ......................... 18

1.3.2 Le précambrien.................... 19

1.3.3 Le phanérozoïque................ 20

1.3.4 Le cénozoïque..................... 22 1.4 : Les couches stratigraphiques

et les fossiles................................... 25

1.4.1 Les couches stratigraphiques ................... 25

1.4.2 Les fossiles........................... 26

1.4.3 La datation........................... 27

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Univers terre et espace

1

Chapitre

1

La Terre et la vie

ST

Progression des apprentissages • Expliquer la formation de strates par la superposition des couches de sédiments ST • Ordonner les principales divisions de l’échelle des temps géologiques ST • Décrire des événements associés aux principales divisions de l’échelle des temps géologiques ST • Situer l’apparition d’organismes vivants ou leur évolution sur l’échelle des temps géologiques ST • Situer des périodes d’extinction massive d’espèces sur l’échelle des temps géologiques ST

2

Chapitre 1

• Définir les fossiles comme étant des traces d’organismes généralement préservés dans des roches sédimentaires ST • Expliquer l’utilité des fossiles pour la datation des couches stratigraphiques ST • Définir l’unité astronomique comme étant une unité de longueur correspondant à la distance moyenne de la Terre au Soleil ST

• Définir l’année-lumière comme étant une unité de longueur correspondant à la distance parcourue par la lumière en une année terrestre ST • Comparer les distances relatives des divers corps célestes ST • Décrire des conditions qui favorisent le développement ou le maintien de la vie ST

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Rappel concept La Terre est constituée de quatre enveloppes : la lithosphère, l’hydrosphère, l’atmosphère et la biosphère.

L’intérieur de la Terre est organisé en différentes couches.

explications

Exemples

• La lithosphère désigne la partie rocheuse de la Terre.

• L’hydrosphère désigne l’ensemble des eaux (liquide, solide et gazeuse) sur Terre.

• L’atmosphère désigne l’enveloppe gazeuse qui enrobe la Terre.

• La biosphère désigne l’ensemble des organismes vivants.

Les interactions entre la lithosphère 1 , l’hydrosphère 2 , l’atmosphère 3 et la biosphère 4 .

De la surface jusqu’au centre de la Terre, on trouve, dans l’ordre : • la croûte terrestre ; • le manteau (supérieur et inférieur) ; • le noyau (externe et interne).

3

4

2

1

Manteau supérieur Manteau inférieur Noyau externe

Croûte continentale (en moyenne 30 km d’épaisseur, mais jusqu’à 70 km sous les montagnes) ≈ 2800 km ≈ 3500 km

Croûte océanique (en moyenne 10 km d’épaisseur)

Noyau interne La croûte terrestre, divisée en plaques, est en perpétuel mouvement.

Les mouvements des plaques lithosphériques peuvent engendrer : • des montagnes (orogénèse) ; • des tremblements de terre ; • des volcans ; • des dorsales océaniques.

Les roches présentes sur Terre peuvent être ignées, métamorphiques ou sédimentaires.

Les fossiles d’organismes vivants anciens sont généralement présents dans les roches sédimentaires.

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La collision des deux plaques plisse la croûte terrestre et forme des montagnes.

Plissements

Univers terre et espace

3

1.1 1.1.1

La Terre dans l’Univers

Le système solaire et l’unité astronomique

Les outils d’observation astronomiques élaborés au cours des dernières décennies ont permis d’établir certains faits quant à la position de notre planète dans le système solaire. Ainsi, nous savons aujourd’hui que : • la Terre est très petite par rapport au Soleil (voir la figure 1.1) ; • la Terre tourne autour du Soleil selon une trajectoire légèrement elliptique (voir la figure 1.2) ; • la plus petite et la plus grande distance séparant le Soleil de la Terre sont respectivement de 147 098 074 km et de 152 097 701 km.

On constate que les distances sont très grandes à l’échelle du système solaire.

Il devient donc pratique de définir des unités de mesure adaptées à ces situations.

C’est ainsi qu’a été introduite en 1958 l’unité astronomique (UA).

Unité astronomique (UA) : Unité de mesure permettant d’exprimer les distances dans le système solaire en les comparant avec la distance Terre-Soleil moyenne. Ainsi, 1 UA équivaut à 147 597 870,7 km.

Soleil

147 098 074 km

152 097 701 km

Terre

figure 1.1 La taille relative de certains corps du système solaire

4

Chapitre 1

figure 1.2 La trajectoire de la Terre autour du Soleil

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La figure ci-dessous donne les distances séparant le Soleil des principaux astres du système solaire. On constate que l’utilisation de l’UA permet de se représenter plus facilement ces distances par rapport à la distance Terre-Soleil.

Mercure • 0,47 UA Vénus • 0,73 UA Terre • 1 UA Jupiter

Saturne

Uranus

Neptune

Mars

1,67 UA 5,46 UA 10,05 UA 20,08 UA 30,44 UA figure 1.3 Les distances maximales (UA) séparant le Soleil de certains astres

1.1.2

La galaxie et l’année-lumière

Notre système solaire contient donc 8 planètes, ainsi que quelques planètes naines, des astéroïdes et des comètes. Pourtant, ce sont des centaine de points lumineux que l’on peut apercevoir dans le ciel nocturne. De plus, ces points lumineux semblent fixes les uns par rapport aux autres.

En les observant avec des instruments de plus en plus performants, les astronomes ont déduit que chacun de ces points correspondait à une étoile très éloignée de notre système solaire. En fait, l’étoile la plus proche de notre Soleil, Proxima du Centaure, est distante d’environ 270 000 UA ! On remarque que les distances séparant les étoiles deviennent rapidement énormes, même en utilisant les UA. C’est pour cette raison qu’on mesure les distances entre les étoiles en années-lumière (al).

Année-lumière (al) : Unité de mesure permettant d’exprimer les distances entre les étoiles. Une al mesure 9460,73 milliards de km (63 241,077 UA) et correspond à la distance franchie par la lumière en une année.

Proxima du Centaure vue à l’aide du télescope spatial Hubble © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

Univers terre et espace

5

En effectuant les conversions appropriées, on déduit que 4,26 al nous séparent de Proxima du Centaure (voir la figure 1.4). Le Savoir-faire 1 de la page 9 illustre la façon de procéder à de telles conversions.

1 L’étoile Proxima du Centaure émet

3 Finalement, certains rayons parviennent

constamment des rayons lumineux.

à la Terre 4,26 ans plus tard.

2 Cette lumière voyage un certain temps

dans le vide entre les étoiles.

figure 1.4 Même si la lumière voyage très vite (300 000 km/s), elle prend un certain temps pour franchir les distances qui nous séparent des étoiles. Ainsi, la lumière émise par Proxima du Centaure ne nous parvient qu’après avoir voyagé pendant 4,26 années.

Lorsqu’on observe cette étoile, on la voit telle qu’elle était il y a 4,26 années.

Les astronomes ont découvert que les étoiles n’étaient pas dispersées n’importe comment dans l’Univers, mais qu’elles étaient regroupées en galaxies.

En fait, toutes les étoiles que nous pouvons discerner à l’œil nu font partie de notre galaxie, que l’on nomme « Voie lactée » (voir la figure 1.5).

Selon les théories les plus récentes, notre galaxie aurait la forme d’une spirale et aurait un diamètre d’environ 100 000 al. Cela signifie qu’un rayon lumineux prend 100 000 ans à la traverser d’un bout à l’autre. Quant à notre Soleil, il serait situé à 27 000 al du centre de la Voie lactée.

Galaxie : Regroupement de gaz, de poussières et de plusieurs centaines de milliards d’étoiles. Les galaxies ont généralement la forme d’un disque aplati.

Vue de dessus

Vue de côté

100 000 al Soleil

figure 1.5 Notre galaxie, la Voie lactée

6

Chapitre 1

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1.1.3

Les amas et les superamas

Les amas galactiques Les galaxies elles-mêmes se regroupent pour former des amas galactiques (voir la figure 1.6). Dans ces amas, chaque galaxie subit l’influence gravitationnelle des autres galaxies. La nôtre, par exemple, fait partie d’un amas baptisé « groupe local ».

La figure 1.6 montre que la Voie lactée est entourée de galaxies naines, dont le Grand et le Petit Nuage de Magellan. En revanche, on trouve une galaxie de taille comparable à la nôtre à une distance d’environ 2,5 millions d’al. Il s’agit de la galaxie d’Andromède, visible à l’œil nu depuis la Terre.

3 000 000 al La galaxie d’Andromède

SI la figure 1.6 était représentée à l’échelle, chaque galaxie serait une petite tache lumineuse à peine visible.

En effet, les astronomes ont réalisé que les distances qui séparent les objets célestes les uns des autres sont de très loin supérieures à la taille des objets eux mêmes. Ils en ont conclu que l’Univers est pratiquement… vide.

La Voie lactée

figure 1.6 Le groupe local

Les superamas Les amas eux-mêmes peuvent être en interaction les uns avec les autres pour former des superamas.

Par exemple, le groupe local fait partie d’un superamas baptisé « superamas local » (voir la figure 1.7).

Ce superamas aurait un diamètre d’environ 200 000 000 al et regrouperait plus de 10 000 galaxies.

Groupe local

200 000 000 al

figure 1.7 La position du groupe local dans le superamas local © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

Univers terre et espace

7

1.1.4

L’Univers observable

En résumé, l’univers semble être structuré de la façon suivante : les étoiles font partie de galaxies, qui sont incluses dans des amas galactiques, eux-mêmes regroupés dans des superamas. De plus, les galaxies ne sont pas réparties uniformément dans l’Univers. D’immenses vides séparent les étoiles, les galaxies et les amas les uns des autres.

Mais tout cela a-t-il une fin ? Notre connaissance de l’Univers est limitée par la puissance de nos télescopes. Ainsi, la galaxie la plus lointaine jamais observée est distante d’environ 13,3 milliards d’al. Cette distance constitue la limite de l’Univers observable, lequel contiendrait plusieurs centaines de milliards de galaxies. La figure 1.8 illustre la place de la Terre dans l’Univers et permet de réaliser à quel point notre planète est minuscule !

Univers observable

Groupe local

3 100

Superamas local

3 25 3 150 Voie lactée

3 100 000 000

Système solaire

Terre 3 700 000

figure 1.8 La place de la Terre dans l’Univers Les différents grossissements indiqués permettent de déduire que le diamètre de l’Univers observable est 20 milliards de milliards (2 × 1019) de fois plus grand que celui de la Terre. sur…

La taille réelle de l’Univers Nos télescopes ne permettent pas de voir plus loin que 13,3 milliards d’al de la Terre.

Qu’en est-il au delà ? Personne ne le sait avec certitude. Certains scientifiques pensent que l’Univers est infini. D’autres, au contraire, pensent qu’il est fini, mais non borné. Selon cette dernière théorie, une personne qui voyagerait en ligne droite dans l’Univers finirait par revenir à son point de départ, un peu comme un explorateur qui fait le tour du monde.

8

Chapitre 1

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Savoir-

faire

1

La conversion des distances astronomiques

A L’année lumière (al) correspond à la distance franchie

par la lumière en une année terrestre. Puisque la lumière se déplace à la vitesse de 299 793 km/s, le calcul ci-contre permet de déterminer la valeur, en km, d’une année-lumière.

1 al 5 365,25 j 3 24 h/ j 3 3600 s/h 3 299 793 km/s 1 al ≈ 9,46 3 1012 km

B Les exemples 1 et 2 illustrent la façon de convertir les distances astronomiques.

Ces conversions font intervenir diverses proportions et impliquent les équivalences arrondies ci-contre :

1 UA 5 150 000 000 km 1 al 5 9,5 3 1012 km 1 al 5 63 000 UA

exemple 1 La planète Jupiter est située à 816 620 000 km du Soleil. Exprime cette distance : Données a) en UA

1 UA 5 150 000 000 km d 5 816 620 000 km d 5 ? UA

Calculs 150 000 000 km 816 620 000 km 5 1 UA d d 5 816 620 000 km 3

1 UA 150 000 000 km

d 5 5,44 UA b) en al

1 al 5 9,5 3 1012 km d 5 816 620 000 km d 5 ? al

9,5 3 1012 km 816 620 000 km 5 1 al d d 5 816 620 000 km 3

1 al 9,5 3 1012 km

d 5 0,000 086 al

exemple 2 L’étoile Sirius est la plus brillante que l’on peut voir la nuit dans l’hémisphère Nord.

Cette étoile est située à 8,6 al de la Terre. Exprime cette distance : Données a) en km

1 al 5 9,5 3 1012 km d 5 8,6 al d 5 ? km

Calculs 9,5 3 1012 km d 5 1 al 8,6 al d 5 8,6 al 3

9,5 3 1012 km 1 al

d 5 8,17 3 1013 km b) en UA

1 al 5 63 000 UA d 5 8,6 al d 5 ? UA

63 000 UA d 5 1 al 8,6 al d 5 8,6 al 3

63 000 UA 1 al

d 5 541 800 UA © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

Univers TERRE ET ESPACE

9

Univers matériel «

L’univers tel que nous Il est plus facile le comprenons est constitué de matière de désagréger un atome qu’un et d’énergie. Avec le temps, cette matière s’est préjugé. progressivement organisée de façon à former des étoiles Albert Einstein regroupées en galaxies, des systèmes planétaires et, ultimement, des êtres vivants de toutes sortes. Mais comment cette matière se comporte-t-elle ? Comment est-elle structurée ? Quelles sont ses propriétés et quelles sont les lois qui régissent son comportement ?

Les chapitres qui suivent apporteront des réponses à certaines de ces questions grâce au modèle particulaire qui permet d’expliquer certains comportements et propriétés de la matière. Les phénomènes énergétiques seront également abordés, puisqu’ils participent constamment aux changements de la matière. Un accent particulier sera mis sur l’étude de la lumière, véhicule de l’énergie qui nous provient du Soleil et sans lequel toute vie serait impossible.

«

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Sommaire Chapitre 2 L’organisation et les propriétés de la matière........................................................... 38 2.1 : L’organisation de la matière................................. 40

2.1.1 La notion de modèle................................ 40

2.1.2 Le modèle particulaire.............................. 40

2.1.3 Les substances pures et les mélanges........ 41 2.2 : Les solutions....................................................... 46

2.2.1 Le soluté et le solvant............................... 46

2.2.2 La dissolution............................................ 46

2.2.3 La concentration....................................... 47

2.2.4 Les solutions dans le corps humain............ 48 2.3 : Les propriétés physiques caractéristiques............. 55

2.3.1 Les points de fusion et d’ébullition............. 55

2.3.2 La masse volumique................................. 56

2.3.3 La solubilité ST ........................................ 57 2.4 : Les propriétés chimiques caractéristiques............ 62

2.4.1 La détection de certaines substances......... 62 2.4.2 L’acidité, la basicité et le pH ...................... 63 Chapitre 3 Les transformations de la matière et de l’énergie......................................................... 76 3.1 : Les changements physiques................................ 78

3.1.1 La définition d’un changement physique.... 78

3.1.2 Les changements d’état.............................. 79

3.1.3 La dissolution et la dilution ST ................. 80 3.2 : Les changements chimiques................................. 88

3.2.1 La définition d’un changement chimique.... 88

3.2.2 La décomposition et la synthèse ST ......... 89

3.2.3 L’oxydation ST ........................................ 90

3.2.4 La précipitation ST .................................. 92 3.3 : Les transformations de l’énergie............................... 96

3.3.1 La définition de l’énergie........................... 96

3.3.2 Le joule ST ............................................. 96

3.3.3 Les formes d’énergie................................ 97 3.3.4 Les transformations de l’énergie................ 99 Chapitre 4 Les fluides et les ondes.......................................... 110 4.1 : Les fluides........................................................... 111

4.1.1 La définition d’un fluide.............................. 111

4.1.2 Les fluides compressibles........................... 112

4.1.3 Les fluides incompressibles......................... 113 4.2 : La pression et la circulation des fluides................. 116

4.2.1 La pression............................................... 116

4.2.2 La pression et les fluides compressibles....... 117

4.2.3 La pression et les fluides incompressibles.... 118

4.2.4 La circulation des fluides............................. 118 4.3 : Les ondes mécaniques........................................ 123

4.3.1 La définition d’une onde mécanique........... 123

4.3.2 Les caractéristiques d’une onde mécanique. 124

4.3.3 Les ondes sonores.................................... 125 4.4 : Les ondes électromagnétiques............................ 130

4.4.1 La définition d’une onde électromagnétique. 130

4.4.2 Le spectre électromagnétique.................... 131

4.4.3 Les ondes électromagnétiques

et la matière............................................. 133

4.4.4 Les lentilles correctrices............................. 135 © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

Univers matériel

37

Chapitre

2

L’organisation et les propriétés de la matière

Progression des apprentissages • Comparer l’arrangement des particules dans une substance à l’état solide, liquide ou gazeux • Définir une substance pure comme étant une substance formée d’une seule sorte d’atome ou de molécule • Distinguer un élément d’un composé • Décrire des mélanges homogènes et des mélanges hétérogènes présents dans le corps humain • Identifier une substance par son point de fusion à l’aide d’un document de référence • Identifier une substance par son point d’ébullition à l’aide d’un document de référence

38

Chapitre 2

• Expliquer le concept de masse volumique • Déterminer la masse volumique de différentes substances • Identifier des substances liquides et solides par leur masse volumique à l’aide d’un document de référence • Définir le concept de solubilité ST • Décrire l’effet d’une variation de température sur la solubilité d’une substance ST • Identifier une substance à l’aide de ses propriétés chimiques caractéristiques • Reconnaître le soluté dans une solution aqueuse donnée

• Reconnaître le solvant dans une solution aqueuse donnée • Définir le concept de concentration d’une solution • Décrire l’effet d’une variation de la quantité de soluté ou de solvant sur la concentration d’une solution • Déterminer la concentration d’une solution aqueuse • Définir le modèle particulaire comme étant une façon de représenter le comportement de la matière • Décrire le modèle particulaire en fonction des qualités et des limites d’un bon modèle en sciences • Expliquer le phénomène de dissolution à l’aide du modèle particulaire

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Rappel concept La matière est tout ce qui possède une masse et qui occupe un volume.

Elle est constituée d’atomes.

explications L’atome constitue la plus petite partie de matière possible.

Exemples L’atome de cuivre est la plus petite partie de matière qui constitue ce bloc de cuivre (Cu).

Atome Tous les atomes connus sont répertoriés dans le tableau périodique des éléments.

Le tableau périodique permet de classer la centaine de sortes d’atomes existants.

Les atomes peuvent se lier les uns aux autres pour former des molécules.

• Une molécule possède des propriétés différentes de celles des atomes qui la constituent.

• Une molécule peut être représentée par une formule chimique.

Tableau périodique des éléments

Puisqu’une molécule d’eau est formée de deux atomes d’hydrogène (H) liés à un atome d’oxygène (O), sa formule chimique est H2O.

+ O

Certaines propriétés de la matière permettent d’identifier les substances ou les groupes de substances.

Les points de fusion et d’ébullition, la conductibilité électrique et thermique, la malléabilité, l’acidité et la basicité font partie de ces propriétés caractéristiques.

+ H

= H H2O

L’or et la pyrite de fer sont semblables au premier regard.

Toutefois, l’or fond à 1064 ˚C et la pyrite de fer, à environ 1180 ˚C. La combinaison de plusieurs substances sans réaction chimique engendre un mélange.

• Un mélange peut être homogène (une seule phase visible) ou hétérogène (plusieurs phases visibles).

• Un mélange homogène obtenu lorsqu’une substance est dissoute dans une autre est une solution.

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Mélange homogène

Mélange hétérogène Univers matériel

39

2.1 2.1.1

L’organisation de la matière La notion de modèle

Nous observons constamment des phénomènes impliquant la matière, comme la fusion de la glace ou la formation de rouille. Mais la science ne se contente pas d’observer. Elle cherche à comprendre et à expliquer ces phénomènes. Pourquoi la glace fond-elle ? Pourquoi le fer rouille-t-il ? La réponse se trouve au cœur de la matière : dans les atomes. Malheureusement, ceux-ci sont invisibles à l’œil nu ou au microscope.

Il faut donc représenter la matière au moyen d’une chose qui nous est accessible, comme un dessin, une maquette ou même une équation mathématique. C’est ce qu’on appelle un « modèle ».

Modèle : Représentation physique concrète d’une réalité inaccessible par les sens.

Un modèle peut être de plus ou moins bonne qualité. Un bon modèle doit avoir la capacité : • de simplifier une réalité complexe ; • de rendre compte des phénomènes observés, par exemple le comportement de la matière ; • de prédire adéquatement de nouveaux phénomènes ; • d’être modifié ou amélioré en cas de besoin.

2.1.2

Le modèle particulaire

Le modèle particulaire permet d’expliquer certains comportements et propriétés de la matière. Il rend compte, entre autres, des différences entre les trois états de la matière (voir le tableau 1).

Voici les énoncés qui décrivent le modèle particulaire : 1. La matière est constituée de particules microscopiques ; 2. Les particules de matière sont constamment en mouvement ; 3. L’ampleur du mouvement des particules de matière augmente avec la température ; 4. Les particules de matière peuvent être retenues ensemble par des forces d’attraction ; 5. Ces forces diminuent lorsque la distance entre les particules augmente et vice versa.

40

Chapitre 2

John Dalton John Dalton (1766-1844), physicien britannique, fut le premier à créer un modèle atomique basé sur des mesures précises, bien que l’existence de l’atome ait été pressentie avant lui. C’est en étudiant la composition et les caractéristiques de l’air qu’il conçut sa théorie atomique que l’on nomme le modèle particulaire en 1808. Voici les principaux aspects du modèle atomique de Dalton : • Toute matière est constituée d’atomes.

Chaque atome est microscopique et indivisible.

• Tous les atomes d’un même élément sont identiques. Ils ont la même masse, la même taille et les mêmes propriétés.

• Les atomes d’éléments différents sont différents.

Ils ont une masse, des tailles et des propriétés différentes.

• Des atomes peuvent se combiner pour former une nouvelle substance.

La molécule ainsi créée aura des propriétés différentes des atomes qui la constituent.

+

+

=

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tableau 1 Les trois états de la matière et le modèle particulaire de l’eau La matière peut passer d’un état à l’autre à cause d’une variation de la température et de la pression.

Solide

Liquide

Gazeux

• Le volume est défini.

• Le volume est défini.

• La forme est indéfinie.

• Le volume est indéfini.

• La forme est indéfinie.

La température est moyenne, car les molécules s’agitent et s’éloignent un peu. Les forces d’attraction entre les molécules sont suffisantes pour les maintenir rapprochées, mais insuffisantes pour maintenir la cohésion.

La température est élevée, car les molécules s’agitent beaucoup et dans toutes les directions.

Elles sont très éloignées les unes des autres. Les forces d’attraction entre les molécules sont presque nulles. Il n’y a donc aucune cohésion.

état

caractéristiques • La forme est définie.

La température est généralement basse, car les molécules sont rapprochées et s’agitent très peu.

Explications Les forces d’attraction entre les selon le modèle molécules sont très fortes, ce qui particulaire maintient la cohésion du solide.

2.1.3

Les substances pures et les mélanges

Toute la matière, vivante ou non, est construite à partir d’atomes. Il en existe une centaine de sortes, classés dans le tableau périodique des éléments.

Ces atomes peuvent se lier chimiquement les uns aux autres pour former des molécules.

Les substances pures sont constituées uniquement d’atomes identiques ou de molécules identiques.

Substance pure : Substance constituée d’une seule sorte d’atome ou d’une seule sorte de molécule. Chaque substance pure possède donc une unité de base qui lui est propre. Une substance pure peut être : • un élément si l’unité de base est un atome ; • un élément polyatomique si l’unité de base est une molécule formée d’atomes identiques ; • un composé si l’unité de base est une molécule formée d’atomes différents.

Le tableau 2 résume les différents types de substances pures. tableau

2

Les différents types de substances pures

Type de substance pure

Élément

Élément polyatomique

Unité de base

Atome

Molécule formée d’atomes identiques Molécule formée d’atomes différents

Carbone (C)

Dioxygène (O2 )

Eau (H2O )

Sodium (Na)

Dihydrogène (H2 )

Dioxyde de carbone (CO2 )

Dichlore (Cl2 )

Méthane (CH4 )

Exemples

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Composé

Univers matériel

41

Un mélange est composé d’au moins deux substances pures qui ne se combinent pas chimiquement ensemble (voir la figure 2.1).

La majorité de la matière qui nous entoure existe sous forme de mélange. Un mélange n’a pas d’unité de base qui lui est propre.

Par exemple, le lait contient plusieurs sortes d’atomes et de molécules.

Cependant, l’atome de lait ou la molécule de lait n’existe pas.

Mélange : Association de plusieurs substances qui ne produisent pas de réactions chimiques entre elles. Un mélange peut être : • hétérogène si on peut distinguer plusieurs constituants à l’œil nu (plusieurs phases) ; • homogène si on ne peut distinguer les constituants à l’œil nu (une seule phase).

La figue 2.2 nous montre des exemples des différents types de mélanges hétérogènes et homogènes.

Mélange homogène

Mélange homogène (eau et glucose)

Mélange hétérogène (eau et mercure)

figure 2.1 Les différents types de mélanges

Mélange hétérogène

On peut distinguer une phase à l’œil nu.

On peut distinguer plusieurs phases à l’œil nu. Attention, dans certains cas, les particules en suspension sont si petites que le mélange peut sembler homogène.

Mais après un certain temps, ou à l’aide d’un instrument d’observation approprié, les phases deviennent visibles.

Ce type de mélange, appelé colloïde, est généralement opaque.

Air

Simple Ex. :

Vinaigrette Jus de canneberges Soupe

Acier (fer-blanc et carbone)

Colloïde Ex. : Peinture

figure 2.2 Des exemples de mélanges de la vie courante

42

Chapitre 2

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activités 2.1 Vrai

1 Indique si chacun des énoncés suivants est vrai ou faux. S’il est faux, corrige-le.

a) Toutes les substances pures sont constituées d’atomes et de molécules.

b) Si une molécule contient plusieurs sortes d’atomes, elle constitue l’unité de base d’un mélange.

c) L’unité de base d’un mélange hétérogène n’existe pas.

d) Le dioxygène (O2) est un élément polyatomique.

e) Le sel de table (NaCl) est un mélange homogène.

Faux

2 Voici une liste de plusieurs substances pures : Francium (Fr)

Ammoniac (NH3)

Acide sulfurique (H2SO4)

Octasoufre (S8)

Méthane (CH4)

Dioxygène (O2)

Hélium (He)

Tétraphosphore blanc (P4)

Platine (Pt)

Tungstène (W)

Eau (H2O)

Dichlore (Cl2)

Classe ces substances dans le tableau ci-dessous. Éléments

Éléments polyatomiques

Composés

3 Explique en tes mots ce qui distingue une substance pure d’un mélange.

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Univers matériel

43

4 Associe chaque substance de la ligne supérieure à la description appropriée de son modèle particulaire.

Diazote

Éthanol

Aluminium

N2

Les particules sont très rapprochées et les forces d’attraction sont assez fortes pour maintenir la cohésion.

Les particules sont très éloignées et les forces d’attraction sont presque nulles.

Les particules sont très rapprochées, mais les forces d’attraction sont insuffisantes pour maintenir la cohésion.

5 On te fournit un échantillon d’une substance pure. Le nom de la substance est inscrit sur l’étiquette.

Quel outil pourrais-tu utiliser afin de savoir s’il s’agit d’un élément ou d’un composé ? Explique ta réponse.

6 Décris les caractéristiques d’un bon modèle.

7 Pour chaque échantillon de matière illustré ci-dessous :

• indique s’il s’agit d’un élément, d’un composé, d’un mélange homogène ou d’un mélange hétérogène ; • justifie ta réponse. a) Eau colorée

b) Propane

c) Néon

C3H8

Élément Composé Mélange homogène Mélange hétérogène

44

Chapitre 2

Élément Composé Mélange homogène Mélange hétérogène

Élément Composé Mélange homogène Mélange hétérogène

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8 Complète le schéma suivant en utilisant la banque de mots.

Atome Oui

Élément

Mélange homogène

Substance pure

Molécule

Mélange hétérogène Plusieurs

Une seule

Mélange Non

La substance possède-t-elle une unité de base qui lui est propre ?

Oui

Non

De quelle nature est l’unité de base ?

Distingue-t-on plusieurs phases ?

Ex. : Plomb (Pb)

Ex. : Mélange d’eau et de mercure H2O

Combien de sortes d’atomes ?

Élément polyatomique

Composé

Ex. : Dihydrogène (H2)

Ex. : Glucose (C6H12O6)

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Ex. : Mélange d’eau et de glucose H2O

Hg

C6H12O6

Univers matériel

45

Univers vivant «

Il y a comme

Nous savons que l’Univers un dessin préétabli de chaque être est constitué de matière et comment celle-ci et de chaque se comporte lors de transformations chimiques organe. et physiques. Nous comprenons également que claude bernard (1813-1878) la Terre se trouve dans une situation idéale pour que cette matière s’organise de façon à faire naître la vie.

Mais comment fonctionnent les processus qui régissent cette vie ?

Comment celle-ci se perpétue-t-elle ? C’est en étudiant l’unité de base du vivant, la cellule, que les biologistes ont pu répondre en partie à ces questions et déterminer les modes de fonctionnement d’un organisme extrêmement complexe : l’être humain.

«

144

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Sommaire Chapitre 5 L’organisation du vivant.................... 146 5.1 : L’ADN ST ..................................... 148

5.1.1 Le rôle de L’ADN ................ 148

5.1.2 Les chromosomes ............... 150 5.2 : La division cellulaire

et la reproduction........................... 155

5.2.1 La mitose............................. 155

5.2.2 La méiose............................ 157

5.2.3 La diversité génétique........... 159 5.3 : L’organisation des cellules ST .......... 163

5.3.1 La différenciation cellulaire.... 163

5.3.2 Des cellules aux tissus .......... 165

5.3.3 Des tissus aux organes ......... 166

5.3.4 Des organes aux systèmes ... 166

5.3.5 Le cycle du développement sexué .................................. 167 Chapitre 6 La fonction de nutrition.................... 178 6.1 : Les aliments.................................... 179

6.1.1 Les constituants alimentaires... 179

6.1.2 Les besoins alimentaires ........ 181

6.1.3 La valeur énergétique

et nutritive des aliments......... 182 6.2 : Le système digestif........................... 186

6.2.1 Les nutriments...................... 186

6.2.2 Le tube digestif...................... 187

6.2.3 Les glandes digestives............ 188

6.2.4 La transformation des aliments

pendant la digestion............... 189 6.3 : Le système respiratoire.................... 194

6.3.1 Le rôle du système respiratoire........................... 194

6.3.2 Les parties du système respiratoire........................... 195

6.3.3 Le fonctionnement

du système respiratoire.......... 196 6.4 : Le système circulatoire..................... 200

6.4.1 Le sang................................. 200

6.4.2 Les parties du système circulatoire............................ 202

6.4.3 La circulation pulmonaire

et la circulation systémique..... 203 6.5 : Le système lymphatique................... 208

6.5.1 La lymphe............................. 208 6.5.2 L’immunité............................ 208

6.5.3 Le système lymphatique........ 210 6.6 : Le système excréteur....................... 215

6.6.1 Le maintien de l’équilibre sanguin................................. 215

6.6.2 Le système urinaire............... 216

6.6.3 Les glandes sudoripares......... 217

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Chapitre 7 La fonction de relation...................... 228 7.1 : Les neurones.................................. 229

7.1.1 Les neurones....................... 229

7.1.2 L’influx nerveux.................... 230 7.2 : Le système nerveux ....................... 235

7.2.1 Le système nerveux central (SNC).................................. 235

7.2.2 Le système nerveux

périphérique (SNP).............. 237

7.2.3 L’acte volontaire

et l’arc réflexe...................... 239 7.3 : La vision......................................... 244 7.3.1 L’œil .................................... 244

7.3.2 La formation des images....... 245

7.3.3 Les troubles de la vue........... 246 7.4 : L’audition........................................ 250 7.4.1 L’oreille................................ 250

7.4.2 La perception des sons......... 251 7.4.3 L’équilibre............................. 252 7.5 : Le toucher...................................... 256

7.5.1 Les parties de la peau........... 256

7.5.2 Les récepteurs de la peau..... 257

7.5.3 La perception des textures,

de la température et

de la douleur ....................... 258 7.6 : Le goût et l’odorat.......................... 261

7.6.1 Le nez et la langue................ 261

7.6.2 La perception des odeurs..... 263

7.6.3 La perception des saveurs.... 263 7.7 : Le système musculosquelettique..... 268

7.7.1 Les os.................................. 268

7.7.2 Le squelette......................... 269

7.7.3 Les articulations.................... 271

7.7.4 Les muscles ......................... 272 Chapitre 8 La fonction de reproduction............. 288 8.1 : La puberté...................................... 290

8.1.1 L’influence des hormones...... 290

8.1.2 Les changements physiologiques...................... 291

8.1.3 Les changements psychologiques...................... 292 8.2 : Le système reproducteur féminin...... 295 8.2.1 L’ovogenèse.......................... 295

8.2.2 Le cycle ovarien.................... 296

8.2.3 Le cycle menstruel................ 297

8.2.4 Des cycles coordonnés.......... 299 8.3 : Le système reproducteur masculin..... 302

8.3.1 La spermatogénèse............... 303 8.3.2 L’érection.............................. 303 8.3.3 L’éjaculation.......................... 304

Univers vivant

145

Chapitre

7

La fonction de relation

Progression des apprentissages • Identifier les parties du système nerveux central • Expliquer le rôle du système nerveux central • Décrire les fonctions de l’encéphale et de la moelle épinière • Identifier les principales parties d’un neurone • Expliquer le rôle du système nerveux • Associer les nerfs au transport de l’influx nerveux • Distinguer l’acte volontaire de l’arc réflexe • Identifier les principales parties de l’œil impliquées dans la vision

228

Chapitre 7

• Décrire la fonction des principales parties de l’œil • Identifier les principales parties de l’oreille impliquées dans l’audition ou l’équilibre • Décrire la fonction des principales parties de l’oreille impliquées dans l’audition • Décrire le rôle des canaux semicirculaires dans le maintien de l’équilibre • Décrire la fonction des papilles gustatives de la langue • Identifier les principales parties du nez impliquées dans l’odorat • Décrire la fonction du bulbe olfactif

• Décrire la fonction des récepteurs sensoriels de la peau • Nommer les principales parties du squelette • Décrire les fonctions des principales parties du squelette • Expliquer le rôle du système musculosquelettique • Décrire le fonctionnement des paires de muscles antagonistes • Décrire les fonctions des articulations • Associer les types de muscles aux tissus dans lesquels on les trouve • Décrire des types de mouvements permis par les articulations

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7.1

Les neurones

La capacité d’interagir avec l’environnement est une caractéristique du vivant.

Chez les mammifères, et chez l’humain en particulier, cette capacité est vraiment extraordinaire. En effet, l’organisme humain peut recevoir et décoder l’information sous forme d’images, de sons, d’odeurs, de saveurs et de sensations tactiles. Il peut également poser des actions concrètes sur son environnement grâce à son système musculosquelettique. Toutes ces activités forment la fonction de relation (voir la figure 7.1). figure 7.1 La fonction de relation Une action aussi banale que manger une pomme nécessite des interactions complexes avec l’environnement : voir la pomme, la sentir, tendre la main pour la saisir, la porter à la bouche et finalement la goûter… Toutes ces activités sont assurées par la fonction de relation.

7.1.1

Les neurones

Les activités associées à la fonction de relation sont rendues possibles grâce à un type de cellules spécialisées très particulières : les neurones (voir la figure 7.2). En effet, ces derniers captent et transmettent l’information provenant de l’extérieur jusqu’à notre cerveau. Ils transmettent également les instructions de notre cerveau au reste du corps.

Neurone : Cellule spécialisée dont le rôle est de traduire une stimulation (stimulus) en signal électrique et de le transmettre.

Le neurone est l’unité de base du système nerveux.

Les caractéristiques des neurones Il existe plusieurs types de neurones. Par exemple, les neurones sensoriels (ou récepteurs sensoriels) génèrent un signal électrique à partir d’un stimulus physique ou chimique (pression, lumière, température, etc.) provenant de l’environnement. D’autres relaient les signaux électriques jusqu’à l’endroit approprié du corps. Tous les neurones possèdent deux caractéristiques essentielles : l’excitabilité et la conductivité.

Excitabilité

Conductivité

Capacité de transformer un stimulus en signal électrique.

Ce stimulus peut être, par exemple : • de la lumière ; • un changement de pression ; • le contact avec un certain type de molécule.

Capacité à conduire les signaux électriques et à les transmettre à un autre neurone.

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figure 7.2 Une représentation d’un neurone Univers vivant

229

Le système musculosquelettique

7.7

Les sections précédentes abordaient l’aspect sensoriel de la fonction de relation. Mais cette fonction possède aussi un aspect moteur qui permet à l’humain d’être actif dans son environnement. Cet aspect de la fonction de relation est assuré par le système musculosquelettique (voir la figure 7.30).

Système musculosquelettique : Ensemble des structures qui permettent les mouvements articulés de l’organisme. Il est constitué du squelette et des muscles qui y sont rattachés.

7.7.1

Les os

Les os sont bien plus que des morceaux rigides d’un jeu de construction. Ce sont des tissus vivants, vascularisés et innervés, qui peuvent grandir et se régénérer. Ils sont impliqués dans plusieurs fonctions essentielles. Le tableau 3 décrit les différents types d’os qui constituent notre squelette.

Os : Tissu conjonctif solide pouvant prendre diverses formes et diverses tailles. En plus de former la structure rigide du corps, certains d’entre eux sont la source de production des cellules sanguines. tableau

3

figure 7.30 Le système musculosquelettique

Les types d’os

Os long

Type

Os court

Os plat

Os irrégulier

Description

Os plus long que large.

Il est très bombé à ses extrémités.

Os dont les dimensions sont à peu près égales entre elles, de forme quasi-cubique ou quasi-sphérique.

Os d’apparence écrasée et formant des plaques.

Os de forme très particulière et adaptée à une fonction précise.

Rôle

Os de structure formant les membres.

Jonction entre d’autres os (articulations).

Protection des organes internes et jonction de différents membres.

Divers

Exemple

Le fémur

La rotule

L’omoplate

Les vertèbres

268

Chapitre 7

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Les os ont une constitution complexe qui leur confère à la fois rigidité et légèreté.

La figure ci-dessous décrit les parties d’un os long.

Partie Moelle osseuse (jaune) Os compact Vaisseaux sanguins

Nerfs Moelle osseuse (rouge)

Os spongieux

Description

Os compact

Tissu constitué de cellules osseuses très rapprochées les unes des autres. Le cylindre central des os longs est fait de ce type de tissu.

Os spongieux

Tissu osseux plein de cavités disposées à la manière d’une éponge. Ces cavités sont remplies de moelle osseuse rouge. Les extrémités gonflées des os longs sont spongieuses.

Moelle osseuse jaune

Tissu qui remplit l’intérieur des os et qui est constitué de cellules adipeuses, c’est-à-dire stockeuses de graisses, constituant une réserve d’énergie.

Moelle osseuse rouge

Tissu qui remplit l’os spongieux. La moelle rouge est constituée de cellules souches qui se différencient en globules rouges, en globules blancs et en plaquettes.

Tête

figure 7.31 Les parties d’un os long

7.7.2

Le squelette

Membre supérieur

Les os courts, plats et irréguliers sont de constitution semblable, avec quelques distinctions. Ainsi : • les os plats contiennent seulement de la moelle osseuse rouge. Ces os, surtout ceux du sternum et du bassin, produisent chaque jour environ 1000 milliards de cellules sanguines pour remplacer celles qui sont détruites ; • les os irréguliers contiennent les deux types de moelle dans des proportions variables.

Cage thoracique

Colonne vertébrale

Squelette : Structure rigide articulée formée par l’ensemble des os et permettant à l’organisme de bouger, de conserver sa forme et de protéger certains organes.

Il serait trop long de décrire les 206 os que comporte le squelette humain. Toutefois, on peut diviser ce dernier en plusieurs sections : la tête, la cage thoracique, la colonne vertébrale, les membres inférieurs et les membres supérieurs (voir la figure 7.32).

La figure de la page suivante décrit quelques parties du squelette et quelques os qui forment ces parties. © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

Membre inférieur

Les os du corps se joignent les uns aux autres pour former une structure organisée et articulée : le squelette.

L’ensemble des os du corps, emboîtés et attachés ensemble, sert de support à l’organisme, un peu comme la charpente d’une maison.

figure 7.32 Le squelette Univers vivant

269

Boîte crânienne

La tête comprend la boîte crânienne et la face. La boîte crânienne est un ensemble d’os plats soudés qui enveloppe et protège l’encéphale, tandis que la face est composée des os de la mâchoire et de ceux qui donneront la forme au visage.

Face

La tête

Les membres supérieurs

Omoplate

Chaque membre supérieur comprend tous les os et les articulations qui sont rattachés à l’épaule. Cela inclut l’épaule elle-même, le bras, l’avant-bras et la main. Les membres supérieurs confèrent à l’homme son habileté et sa dextérité.

Sternum Côtes

La cage thoracique Elle est constituée des côtes, qui sont reliées à un os plat central, le sternum, par des cartilages qui rendent le tout mobile.

Cet ensemble osseux forme ainsi une cage qui protège le cœur et les poumons.

Ces derniers sont d’ailleurs attachés à la cage thoracique qui, en se soulevant, en augmente le volume et permet l’inspiration de l’air.

Humérus Vertèbres

Cartilages

Radius

Disques

Cubitus

Os carpiens Os métacarpiens Phalanges Fémur

La colonne vertébrale Il s’agit d’un empilement d’os particuliers, les vertèbres, qui forment un tube flexible.

La colonne vertébrale protège la moelle épinière et permet le mouvement du tronc.

Elle compte 33 vertèbres, dont 24 vertèbres mobiles, séparées les unes des autres par des disques mous, ce qui permet la flexibilité de la colonne.

Les membres inférieurs Chaque membre inférieur comprend tous les os et les articulations qui sont rattachés à la hanche. Cela inclut la cuisse, la jambe et le pied. Les membres inférieurs confèrent à l’homme sa capacité à soutenir son poids et à se déplacer. C’est dans un membre inférieur, dans la cuisse en particulier, qu’on trouve l’os le plus long du corps, le fémur.

Rotule

Tibia Péroné

Os tarsiens Os métatarsiens Phalanges

270

Chapitre 7

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7.7.3

Les articulations

Les différents os qui constituent le squelette sont joints les uns aux autres à des endroits stratégiques, ce qui permet leur mobilité. Chaque région de jonction entre deux os constitue une articulation. Le corps humain en compte plus de 400. Certaines sont très mobiles, d’autres sont semi-mobiles et d’autres sont complètement fixes.

Articulation : Liaison plus ou moins mobile entre deux os. Les articulations mobiles et semi-mobiles permettent les mouvements des membres du corps, tandis que les articulations fixes soudent les os les uns aux autres.

La figure ci-dessous décrit la constitution de l’articulation mobile du genou.

Les structures de ce type d’articulation sont conçues de façon à minimiser le frottement et l’usure.

Partie Membrane synoviale

Cartilage

Tissu conjonctif qui permet aux parties des os en contact de glisser.

Ligament

Tissu conjonctif fibreux et très solide qui relie les os les uns aux autres. Ils agissent comme des élastiques qui exercent une tension afin de maintenir l’articulation.

Ménisque

Structure cartilagineuse qui agit comme un coussinet afin de limiter le frottement et l’usure dans une articulation. Seules les articulations du genou contiennent des ménisques.

Membrane synoviale

Membrane qui englobe l’articulation. L’intérieur est tapissé de cellules qui sécrètent un liquide.

Liquide synovial

Liquide sécrété par la membrane synoviale, dont le rôle est de lubrifier l’articulation et de nourrir les cartilages.

Cartilage Liquide synovial Ménisque Ligaments

figure 7.33 L’articulation du genou

Description

Les articulations n’ont pas toutes la même constitution. Par exemple, les articulations peu mobiles (ex. : celles des vertèbres) ou fixes (ex. : celles du crâne) n’ont pas de capsules synoviales.

Les articulations mobiles ne bougent pas toutes de la même façon. Certaines permettent des mouvements dans toutes les directions et d’autres, dans une seule direction. Les figures ci-dessous illustrent les différents degrés de liberté des articulations.

Un degré de liberté

Deux degrés de liberté

Trois degrés de liberté

L’articulation peut bouger dans une seule direction.

L’articulation peut bouger dans deux directions.

L’articulation peut bouger dans trois directions.

Exemple : Phalange

Exemple : Poignet

Exemple : Hanche

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Univers vivant

271

Les types de mouvements Les articulations permettent plusieurs types de mouvements. Ces mouvements sont résumés par les figures ci-dessous.

Flexion/extension Mouvement qui rapproche/éloigne deux os consécutifs. C’est comme si un membre se pliait et se dépliait.

Flexion

Abduction/adduction Mouvement qui éloigne/rapproche un membre du tronc central du corps.

Abduction

Extension

7.7.4

Rotation Mouvement circulaire d’un membre autour d’un axe de rotation.

Adduction

Les muscles

Le tissu musculaire Le squelette s’effondrerait sur lui-même s’il n’était pas jumelé à un système adapté qui lui confère son tonus et sa capacité de mouvement. Ce sont les muscles qui constituent ce système.

Muscle : Organe constitué de tissu musculaire qui possède la capacité de se contracter et, par conséquent, d’effectuer un travail mécanique en générant les forces nécessaires au mouvement des membres et au maintien de la posture.

Même s’il existe différents types de tissus musculaires, les cellules musculaires possèdent les propriétés suivantes : Excitabilité Leur activité est déclenchée par les stimuli des neurones moteurs.

272

Chapitre 7

Contractilité Les cellules musculaires raccourcissent lorsqu’elles sont stimulées et reprennent leur taille normale lorsque la stimulation cesse.

Élasticité Les cellules musculaires peuvent subir une certaine tension sans rupture et peuvent reprendre leur forme ensuite. Cette propriété est exploitée lorsqu’on fait des étirements avant un sport. © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

Il existe plusieurs types de muscles, ayant des rôles différents. Le tableau ci-dessous décrit ces différents muscles.

Muscles squelettiques

Muscles lisses

Muscle cardiaque (myocarde)

• Constitués de très longues cellules en forme de microtubules et possédant plusieurs noyaux.

• Rattachés aux os afin de contrôler leur mouvement.

• Contrôlés par le système nerveux somatique, c’est-à-dire par des actes volontaires et conscients.

• Formés de cellules à un noyau qui ne possèdent pas la forme caractéristique en tube des muscles squelettiques.

• Généralement contrôlés par le système nerveux autonome, c’est-à-dire inconscient.

• Sont impliqués dans les mouvements involontaires, comme le péristaltisme et les contractions utérines chez la femme.

• Formé de cellules à un noyau exclusives au muscle cardiaque.

• Incapable de contraction prolongée.

• Capable de se contracter de façon rythmique et périodique, même sans stimulation du système nerveux.

Les muscles du bras

L’utérus

Le cœur

Les muscles squelettiques Les muscles squelettiques sont particulièrement abondants dans notre corps. Ils peuvent former jusqu’à 40 % de la masse d’un individu (voir la figure 7.34). Sans eux, notre organisme ne pourrait maintenir sa posture ni se mouvoir.

Deltoïde Biceps

Triceps

La figure ci-dessous illustre la structure d’un muscle squelettique. On voit que ces muscles sont un amalgame de cellules striées pouvant atteindre plusieurs centimètres de longueur : les myofibrilles.

Grand pectoral Quadriceps

Tendon Terminaisons axonales d’un neurone moteur

Grand fessier Jumeaux du triceps sural

Myofibrille

figure 7.35 La structure d’un muscle squelettique © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

figure 7.34 Les muscles squelettiques Univers vivant

273

Les mouvements Les muscles squelettiques et les os travaillent ensemble pour articuler le corps.

Pour ce faire : • les muscles sont rattachés aux os formant une articulation. Ce sont les tendons qui jouent ce rôle d’ancrage ; • les muscles fonctionnent par paire d’antagonistes, c’est-à-dire qui effectuent des mouvements inverses. Par exemple, le muscle permettant la flexion du bras (le biceps) et le muscle qui permet son extension (le triceps) forment une paire de muscles antagonistes. La contraction de l’un est accompagnée du relâchement de l’autre et vice versa.

1 Flexion

2 Extension

Biceps contracté

Tendons

Triceps relâché

Biceps relâché

Tendons • Les neurones moteurs associés au biceps actionnent les myofibrilles du biceps.

• Le muscle se contracte et raccourcit.

• La tension engendrée tire sur l’intérieur de l’os de l’avant-bras. Celui-ci se referme.

Triceps contracté

• Les neurones moteurs associés au triceps actionnent les myofibrilles du triceps. Simultanément, les neurones moteurs associés au biceps cessent leur stimulation.

Les myofibrilles du biceps se relâchent.

• Le triceps se contracte et raccourcit.

• La tension engendrée tire sur l’extérieur de l’os de l’avant-bras. Celui-ci se déplie.

figure 7.36 Les actions d’une paire de muscles antagonistes

Aïe ! Ça fait mal !

Tendons, muscles, ligaments, articulations…Toutes ces structures sont sollicitées lors de la pratique d’activités physiques et il peut survenir des blessures à l’occasion.

Mais quelles structures au juste sont impliquées dans ces blessures ? Pour s’y retrouver, voici une description des blessures les plus courantes.

Claquage : Il s’agit d’une déchirure en tout ou en partie des fibres musculaires d’un muscle. On parle également d’un claquage lorsqu’un tendon se détache de l’os.

Ce type de blessure survient lors d’un effort trop brusque ou sans échauffement.

Entorse : Il s’agit d’un étirement des ligaments qui maintiennent une articulation.

Il peut parfois y avoir déchirure du ligament.

Luxation ou dislocation : Il s’agit du déboîtement d’une articulation. Les surfaces des os impliqués ne sont plus en contact et il faut forcer le réemboîtement de l’articulation.

Ce type de blessure risque d’étirer les ligaments et de rendre l’articulation plus à risque de futures luxations. Une luxation est souvent accompagnée d’une entorse.

274

Chapitre 7

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activités 7.7 1 Relie chaque élément de la colonne centrale à la structure correspondante de l’os ou de l’articulation.

Os

Articulation Ligament Os spongieux Moelle osseuse rouge Ménisque Membrane synoviale Moelle osseuse jaune Vaisseaux sanguins Cartilages Liquide synovial

2 Indique le nom de la structure qui correspond à chacune des descriptions suivantes.

Structure cartilagineuse en forme de disque agissant comme un coussinet

A entre deux os d’une articulation.

Cellule musculaire d’un muscle squelettique. Elle contient plusieurs noyaux

B et a la forme d’un fil.

Tissu qui recouvre les extrémités des os des articulations. Son rôle est

C de favoriser le glissement des os.

Type d’os dans lequel a lieu la majorité de la production des cellules

D sanguines.

Type de muscle dont l’action est généralement gérée par le système

E nerveux autonome (muscle involontaire).

Membrane qui englobe une articulation mobile et qui contient un liquide

F dont le rôle est de lubrifier l’articulation.

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Univers vivant

275

3 Dans chaque cas, décris la différence entre les deux éléments nommés.

a) Un ligament et un tendon

b) La moelle osseuse jaune et la moelle osseuse rouge

c) L’abduction et l’extension

d) L’os spongieux et l’os compact

4 a) Sur le squelette illustré ci-contre, identifie chacune des structures

ci-dessous à l’aide de la lettre correspondante et d’une flèche.

A Un

B

C Un

os court

D Un

os plat de la cage thoracique

E

Un autre os plat

F

Un os irrégulier

G Une

articulation

H Des

côtes

os long d’un membre supérieur

Un os long d’un membre inférieur D A H F E

b) En une phrase, décris le rôle :

1) du squelette en général ;

2) de la colonne vertébrale ;

3) de la cage thoracique.

276

Chapitre 7

C

G

B

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Vrai

5 Indique si chacun des énoncés suivants est vrai ou faux. S’il est faux, corrige-le.

a) Les os sont de la même nature que les ongles et les cheveux. C’est de la matière inerte et non vivante.

b) La moelle épinière désigne la moelle osseuse contenue dans les vertèbres de la colonne vertébrale.

c) L’organisme humain contient plus de 200 os et plus de 400 articulations.

d) Les cellules du muscle cardiaque peuvent se contracter périodiquement sans être stimulées par des neurones moteurs.

e) Les cellules sanguines (globules rouges, globules blancs et plaquettes) sont fabriquées dans le sang lui-même.

Faux

6 Énumère les trois propriétés communes à toutes les cellules musculaires.

7 Associe chaque illustration au type de mouvement qui lui correspond.

Flexion

Abduction

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Adduction

Extension

Rotation

Univers vivant

277

8 Pour chacune des illustrations ci-dessous, indique quel type de muscle est impliqué.

L’utérus

Les muscles du bras

Le cœur

La vessie

Les muscles de la jambe

9 Les illustrations ci-dessous montrent la façon dont deux muscles (le jambier antérieur et le mollet)

coopèrent pour faire bouger le pied autour de la cheville.

Mollet (relâché)

Mollet (contracté)

Jambier antérieur (relâché)

Jambier antérieur (contracté)

a) Quel type de mouvement est engendré par la contraction du mollet ?

A) Rotation

B) Abduction

C) Flexion

D) Extension

b) Quel type de mouvement est engendré par la contraction du jambier antérieur ?

A) Rotation

B) Abduction

C) Flexion

D) Extension

c) De quel type de muscle sont constitués le mollet et le jambier antérieur ?

A) Muscle lisse

B) Muscle squelettique

C) Muscle flexible

D) Muscle extensible

d) Comment se nomment les structures qui lient le mollet et le jambier antérieur aux os ?

A) Tendons

B) Ligaments

C) Myofibrilles

D) Ancrages

e) Pourquoi peut-on affirmer que le mollet et le jambier antérieur forment une paire de muscles antagonistes ?

278

Chapitre 7

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du chapitre

7

La fonction de relation

Le système nerveux

• La fonction de relation décrit toutes les activités de l’organisme qui lui permettent d’interagir avec son environnement. La fonction de relation est rendue possible grâce : - au système nerveux ; - aux récepteurs sensoriels ; - au système musculosquelettique.

• Il s’agit du système responsable de la perception des sensations (vue, toucher, etc.) et de la coordination de toutes les activités de l’organisme, tant volontaires qu’involontaires.

• Le système nerveux central (SNC) constitue le centre de traitement de l’information et de contrôle de toutes les fonctions du corps humain. Il comprend l’encéphale et la moelle épinière.

• Le système nerveux périphérique (SNP) englobe tous les nerfs du corps. Ces nerfs sont des chaînes de neurones qui acheminent les influx nerveux des organes sensoriels au SNC (nerfs sensoriels) et du SNC aux muscles (nerfs moteurs).

Les neurones • Ce sont des cellules spécialisées dont le rôle est de traduire une stimulation (stimulus) en un signal électrique (influx nerveux) et de le transmettre. Le neurone est l’unité de base du système nerveux.

Encéphale

Sens de la propagation de l’influx nerveux

Système nerveux central

Moelle épinière

Synapse Neurotransmetteurs

Terminaison axonale Système nerveux périphérique

Axone

Dendrite

• L’encéphale constitue le centre de contrôle de toutes les activités du corps. Il est divisé en aires spécialisées responsables d’un type d’activité en particulier.

Aire motrice Aire d’analyse motrice

Aire du toucher Aire d’analyse du toucher Aire gustative

Aire des émotions Aire olfactive

Aire visuelle

Aire auditive Aire d’analyse de l’audition

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Aire d’analyse visuelle

Univers vivant

279

en bref

synthèse

en bref

La vision

L’audition

• La vision est le sens qui nous révèle la facette lumineuse de notre environnement.

• La perception des images est rendue possible par l’œil (organe spécialisé qui transforme la lumière environnante en influx nerveux) et l’aire visuelle de l’encéphale.

• L’audition est le sens qui nous révèle la facette sonore de notre environnement.

• La perception des sons est rendue possible par l’oreille (organe spécialisé qui transforme les ondes sonores en influx nerveux) et l’aire auditive de l’encéphale. L’oreille contient également les structures responsables de l’équilibre.

Choroïde Sclérotique

Rétine

Humeur aqueuse

Oreille externe (pavillon et conduit auditif)

Oreille interne (cochlée, nerfs, vestibule et canaux semi-circulaires)

Cornée Nerf optique Humeur vitrée

Cristallin

Le toucher • Le toucher est le sens qui nous révèle la facette tactile de notre environnement.

• La perception des textures, des températures et de la douleur est rendue possible par la peau (organe spécialisé qui transforme les variations de pression et de température en influx nerveux) et l’aire tactile de l’encéphale.

Terminaisons libres

Disques de Merkel

Corpuscules de Meissner

Oreille moyenne (tympan et osselets)

Le goût et l’odorat • Ce sont ces sens qui nous révèlent la facette chimique de notre environnement.

• La perception des odeurs et des saveurs est rendue possible par le nez (organe spécialisé qui détecte la présence de certaines substances volatiles), la langue (organe spécialisé qui détecte la présence de certaines substances en solution) et les aires olfactives et gustatives de l’encéphale.

La langue Papilles caliciformes

Papilles foliées

Papille gustative Récepteurs des follicules pileux

Corpuscules de Krause

Cils gustatifs

Papille gustative Bourgeons gustatifs

280

Chapitre 7

Nerf olfactif

Cellules olfactives

Papilles fongiformes Corpuscules de Ruffini

Bulbe olfactif Fosses nasales

Papilles filiformes

Corpuscules de Pacini

Nerfs

Cils olfactifs

Pore gustatif

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Les os, le squelette et les articulations • Le squelette englobe l’ensemble des os du corps humain.

Il en existe plusieurs types.

Os court

Os plat

Colonne vertébrale

Os irrégulier

• C’est dans la moelle osseuse rouge des os plats du sternum et de la hanche que sont fabriquées la plupart des cellules sanguines.

Membre inférieur

Os long

Cage thoracique

Membrane synoviale Cartilage Liquide synovial

Ménisque Ligaments

• Les os sont joints grâce à des articulations. Certaines sont mobiles, d’autres sont semi-mobiles et d’autres sont fixes.

Les articulations permettent aux membres d’effectuer plusieurs sortes de mouvements (flexion et extension, abduction et adduction, rotation).

Les muscles • Les muscles sont les organes constitués de tissu musculaire qui possèdent la capacité de se contracter pour générer la force nécessaire au mouvement des membres. Il en existe trois types : les muscles lisses, les muscles squelettiques et le muscle cardiaque.

• Les muscles squelettiques fonctionnent par paire d’antagonistes, c’est-à-dire qui effectuent le travail inverse l’un de l’autre.

1 Flexion

Biceps contracté Triceps relâché

Tendons © 2015, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite

Tendon Terminaisons axonales d’un neurone moteur

Myofibrille

2 Extension

Tendons

Biceps relâché

Triceps contracté

Univers vivant

281

en bref

Tête

• Ce système désigne l’ensemble des structures qui permettent les mouvements articulés de l’organisme. Il est constitué du squelette et des muscles qui y sont rattachés.

Membre supérieur

Le système musculosquelettique

ACTIVITÉS activités

dE SYNTHÈSE

1 Le système nerveux est basé sur le fonctionnement d’un type particulier de cellules. Lesquelles ?

A) Les myofibrilles

B) Les neurones

C) Les cellules osseuses

D) Les globules rouges

2 À quel type de stimuli les récepteurs sensoriels appelés « bâtonnets » sont-ils sensibles ?

A) Aux stimuli électriques

B) Aux stimuli mécaniques

C) Aux stimuli thermiques

D) Aux stimuli lumineux

3 Parmi les propriétés ci-dessous, laquelle n’est pas une propriété des cellules musculaires ?

A) Excitabilité

B) Contractilité

C) Conductibilité

D) Élasticité

4 Dans quelle partie du corps trouve-t-on les structures responsables de notre perception de l’équilibre ?

A) Les yeux

B) Les muscles

C) Les oreilles

D) Les os

5 À quel endroit du corps humain les cellules sanguines sont-elles fabriquées ?

A) Le cœur

B) Les vaisseaux sanguins C) Le cerveau

D) Les os

6 Comment se nomment les molécules qui permettent à un influx nerveux de passer d’un neurone

à un autre ?

A) Les neurorelayeurs

B) Les neurotransmetteurs

C) Les neurorécepteurs

D) Les chimioconducteurs

7 Que représente l’illustration ci-contre ?

A) Une synapse B) Un cône C) Un bâtonnet D) Une papille gustative

8 Décris le rôle de la structure nommée à la question précédente.

9 Explique en une ou deux phrases en quoi consiste la fonction de relation.

282

Chapitre 7

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activités

10 Associe chaque récepteur sensoriel au stimulus auquel il est sensible.

Récepteur sensoriel Stimulus

A Corpuscule de Meissner

1 Vibration d’un liquide

B Cellule olfactive

2 Variation de température

C Cellule gustative

3 Pression légère

D Cellule ciliée de la cochlée

4 Lumière

E Corpuscule de Krause

5 Présence de molécules volatiles

F Bâtonnet

6 Présence de molécules en solution

11 Classe chacun des termes de la banque ci-dessous sous l’illustration qui convient. Épiderme Bourgeon gustatif

Papille foliée Choroïde

Pavillon

Cochlée

Cornée

Fosses nasales

Cristallin

Vestibule

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Glande sudoripare Derme

Bulbe olfactif

Osselets

Corpuscule de Pacini

Univers vivant

283

activités

12 La peau contient des mécanorécepteurs, comme les corpuscules de Ruffini, qui sont sensibles à l’étirement.

Les récepteurs sensoriels de la cochlée sont également qualifiés de mécanorécepteurs. Pourquoi ?

13 Écris le nom de la structure ou de l’organe associé à chacune des descriptions ci-dessous.

Organe qui permet de transformer les ondes mécaniques

A en perceptions sensorielles.

Couche de cellules qui transforment les ondes

B électromagnétiques du spectre visible en influx nerveux.

Regroupement d’axones qui acheminent les influx nerveux

C émis par le SNC vers les muscles afin de les faire bouger.

Organe qui permet de percevoir la facette chimique volatile

D de l’environnement.

Structure de la langue comptant des récepteurs sensoriels

E sensibles à certaines molécules dissoutes dans la salive.

Tissu vivant et rigide dont l’assemblage forme une charpente

F qui soutient tout le corps.

14 a) Comment se nomme l’ensemble des structures

représentées ci-contre ?

Cerveau

b) Laquelle de ces structures est responsable : 1) du contrôle des actes volontaires ?

2) du contrôle des fonctions vitales et involontaires (activité cardiaque, digestion, etc.) ?

3) du contrôle de la coordination des mouvements ?

Tronc cérébral

284

Chapitre 7

Cervelet

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activités

15 Sur le schéma ci-contre, dessine :

a) d’une flèche bleue le trajet des influx nerveux générés par les mécanorécepteurs de la peau lors d’une sensation tactile normale par la main droite ; b) d’une flèche rouge le trajet des influx nerveux lors d’un arc réflexe ayant pour but d’éloigner la main gauche d’une source de chaleur intense ; c) d’une flèche pointillée le trajet des influx nerveux émis par le SNC lors d’un mouvement volontaire de la cuisse gauche.

16 Le tableau ci-dessous décrit les mouvements engendrés par les muscles identifiés sur la figure suivante.

Regroupe ces muscles par paire de muscles antagonistes.

1 Abduction

du bras

2 Flexion 3 Flexion

des doigts

4 Extension

6

Triceps brachial

7

Biceps brachial

du pied

5 Extension

des doigts

6 Extension

de l’avant-bras

7 Flexion

de l’avant-bras

8 Adduction

du bras

9 Adduction

3

Fléchisseur radial des doigts

5

Extenseur des doigts 11

Grand fessier

10

Groupe du quadriceps fémoral

9

Grand adducteur

de la cuisse de la jambe

11 Abduction

Deltoïde

du pied

10 Extension

1

8

Grand pectoral

12

Biceps fémoral

2

Tibia antérieur

de la cuisse

4

Jumeaux

12 Flexion

de la jambe

Paires de muscles antagonistes :

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Univers vivant

285

activités

17 Une action simple, comme manger une banane, implique une collaboration complexe de plusieurs

systèmes. Les descriptions ci-dessous expliquent la façon dont l’organisme gère la fonction de relation dans cette situation. Ces descriptions sont dans le désordre.

1

Des molécules se dissolvent dans la salive et stimulent les A bourgeons gustatifs qui émettent des influx nerveux.

L’encéphale les traduit en perceptions gustatives.

Les récepteurs sensoriels de la main émettent des influx nerveux qui sont acheminés à l’encéphale. Ce dernier les traduit B en perceptions tactiles de pression, puis émet des influx nerveux. Ces derniers sont acheminés aux muscles de la main pour ajuster la prise.

2

3

Des influx nerveux sont émis par l’encéphale. Ils sont acheminés

C aux muscles du bras, qui se contractent et se détendent de façon à produire les mouvements voulus.

4

Des molécules volatiles émanent de la banane et déclenchent D des influx nerveux de la part des cellules olfactives. La zone olfactive de l’encéphale traduit ces influx en odeurs.

E

Des influx nerveux sont émis par l’encéphale. Ils sont acheminés aux muscles du bras et de la face, qui se contractent et se détendent de façon à produire les mouvements voulus.

5

Les cônes et les bâtonnets de la rétine émettent des influx

6

F nerveux. Le cortex visuel de l’encéphale construit l’image de la banane à partir de ces influx nerveux.

a) Associe chaque illustration de la colonne de droite à la bonne description.

2)

1)

3)

4)

5)

6)

b) Énumère tous les sens qui sont exploités dans l’action décrite. c) Parmi les descriptions, lesquelles impliquent :

1) des nerfs sensoriels ?

3) le système musculosquelettique ?

2) des nerfs moteurs ?

d) Pour chaque description, surligne : • en bleu les phrases qui impliquent le système nerveux central ; • en jaune les phrases qui impliquent le système nerveux périphérique. e) Quel est le type de mouvement effectué par le bras à l’étape :

286

3

Chapitre 7

5

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la flexion et l’extension de l’avant-bras.

activités

18 L’illustration ci-contre montre les muscles qui permettent Tendons du biceps

a) Encercle toutes les articulations sur cette illustration. b) Nomme toutes les structures qui font en sorte que les os mobiles peuvent glisser les uns sur les autres avec un minimum de frottement.

Biceps

c) Si un claquage du tendon gauche du triceps survient, quel mouvement sera rendu impossible ?

Explique ta réponse.

Triceps

Tendons du triceps

d) Après une chute, le médecin diagnostique une entorse du coude. Qu’est-ce que cela veut dire ?

e) Décris le fonctionnement du biceps et du triceps lors des mouvements de l’avant-bras.

19 Selon toi, existe-t-il dans le règne animal d’autres sens que les cinq énumérés dans ce chapitre ?

Explique ta réponse. (Tu peux effectuer une recherche dans Internet pour te guider.)

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Univers vivant

287

Univers technologique « Les chapitres précédents ont montré que l’être humain constitue un joyau de complexité et de précision biologique. Mais l’homme ne se contente pas d’être une créature extraordinaire. Son intelligence l’amène à être lui-même créateur. C’est ainsi que, se basant sur les découvertes et les connaissances des générations antérieures, chaque génération d’hommes et de femmes conçoit des outils, des techniques et des appareils de plus en plus complexes qui lui permettent d’augmenter ses capacités naturelles et d’effectuer des tâches qui, autrement, seraient impossibles. La technologie désigne justement l’ensemble de ces techniques. Et leur croissance est exponentielle ! En effet, chaque nouvelle technologie ouvre la porte à de nouvelles découvertes, qui déboucheront elles-mêmes sur de nouvelles technologies.

314

Les prouesses réalisées par des individus exceptionnels grâce à leur art et à leur intelligence seront tôt ou tard rendues accessibles à tout le monde grâce à la technologie.

Roland Topor (1938-1997)

«

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Sommaire Chapitre 9 Les biotechnologies ........................... 316 9.1 : La pasteurisation .......................... 317

9.1.1 Les micro-organismes

et les aliments...................... 317

9.1.2 L’utilité de la pasteurisation. 318

9.1.3 Le procédé

de pasteurisation ............... 318 9.2 : Les vaccins ................................... 320

9.2.1 Le rôle des vaccins............. 320

9.2.2 La fabrication d’un vaccin

et les types de vaccins........ 322 9.3 : La culture cellulaire ....................... 323

9.3.1 Le procédé de culture cellulaire ........................... 323

9.3.2 Les paramètres à contrôler. 324 9.4 : La procréation médicalement assistée......................................... 326

9.4.1 Infertilité et stérilité ............ 326

9.4.2 La définition de procréation

médicalement assistée….... 326

9.4.3 Les divers procédés

de procréation assistée....... 327 9.5 : Les transformations génétiques (OGM) ST .................................. 329

9.5.1 La définition de la

transformation génétique ... 329

9.4.2 Les avantages et les inconvénients .................... 330 Chapitre 10 Le dessin technique............................ 336 10.1 : Les conventions du dessin

technique (première partie)........... 338

10.1.1 Les symboles normalisés..... 338

10.1.2 Les lignes de base et

les tracés géométriques....... 339 10.2 : Les conventions du dessin

technique (deuxième partie).......... 343

10.2.1 La cotation......................... 343

10.2.2 Les tolérances ATS ............. 344

10.2.3 Les échelles….................... 345 10.3 : Les formes de représentation

(première partie)........................... 349

10.3.1 Le croquis, le schéma

de principe et le schéma

de construction................... 349

10.3.2 Les représentations

en perspective................... 350

10.3.3 Les dessins en vue éclatée ATS ......................... 353 10.4 : Les formes de représentation

(deuxième partie).......................... 357

10.4.1 La projection orthogonale

à vues multiples.................. 357

10.4.2 Les vues en coupe............. 358

10.4.3 Les sections ATS ................. 359

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Chapitre 11 L’ingénierie ......................................... 368 11.1 : Les matériaux............................... 370

11.1.1 Les contraintes mécaniques. 370

11.1.2 Les propriétés mécaniques

des matériaux.................... 371

11.1.3 Les différents matériaux...... 372 11.2 : Les procédés de fabrication ATS ..... 381

11.2.1 Le mesurage et le traçage .... 381

11.2.2 Le façonnage et l’inspection. 382

11.2.3 Les techniques de façonnage 3 83 11.3 : Les fonctions mécaniques élémentaires ................................. 386

11.3.1 La fonction de liaison.......... 386

11.3.2 La fonction de guidage ....... 387

11.3.3 La fonction de lubrification. 387

11.3.4 La fonction d’étanchéité...... 388 11.4 : Les fonctions mécaniques complexes .................................... 391

11.4.1 La transmission

du mouvement.................. 391

11.4.2 La transformation

du mouvement.................. 392

11.4.3 La variation de vitesse......... 393 11.5 : L’ingénierie électrique ATS .............. 396

11.5.1 Les circuits électriques ....... 396

11.5.2 La fonction d’alimentation.... 396

11.5.3 La fonction de conduction.... 397

11.5.4 La fonction d’isolation ....... 398

11.5.5 La fonction de commande. 398

11.5.6 La fonction de protection .... 399

Univers technologique

315

10

Chapitre

Le dessin technique

Progression des apprentissages • Choisir le type de schéma approprié à la représentation souhaitée • Représenter les mouvements liés au fonctionnement d’un objet à l’aide des symboles appropriés • Associer un dessin à une combinaison de tracés géométriques • Nommer les lignes de base présentes dans un dessin • Associer, dans un dessin, les lignes de base aux contours et aux détails d’une pièce simple • Associer les types de projections à leur utilité respective • Représenter des formes simples en projection orthogonale à vues multiples • Représenter des formes simples en projection isométrique

336

Chapitre 10

• Associer les échelles à leur usage • Choisir une échelle d’utilisation simple pour réaliser un dessin • Interpréter des dessins en considérant l’échelle utilisée • Définir la perspective, la projection oblique et la projection axonométrique • Représenter par des croquis (dessins à main levée) des objets simples en utilisant diverses formes de représentation • Donner les caractéristiques d’un dessin en vue éclatée ATS • Expliquer l’utilité de la vue éclatée ATS • Décrire l’utilité de la coupe en dessin technique

• Interpréter un dessin technique comportant des vues de pièces en coupe • Représenter une forme simple en réalisant une vue en coupe • Distinguer une section d’une coupe ATS

• Décrire l’utilité de la section sortie et de la section rabattue ATS • Décrire les principales règles de cotation • Interpréter des dessins techniques comportant les cotes requises pour la fabrication • Définir la tolérance comme étant la précision exigée lors de la fabrication ATS

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Rappel conceptS Une force est une action susceptible de : • déformer un objet ; • modifier l’état de mouvement d’un objet.

explications

Exemples

Il existe plusieurs types de forces, dont les forces de compression, de tension, de torsion, de flexion et de cisaillement.

Les forces de compression tendent à écraser les objets.

Une force peut avoir différents effets, selon l’objet sur lequel elle est appliquée.

Un objet technique est un objet conçu par l’homme dans le but d’accomplir une fonction précise.

Certaines pièces constituant un objet technique assurent des fonctions mécaniques particulières.

Une force peut engendrer : • une déformation temporaire ; • une déformation permanente ; • une modification du mouvement (vitesse ou orientation).

Déformation temporaire

Les forces de torsion tendent à tordre les objets.

Modification du mouvement

L’objet se déforme et reprend sa forme dès qu’on cesse d’appliquer la force.

L’objet change de vitesse ou de direction lorsqu’on lui applique une force.

Le couteau à beurre est un objet technique simple.

L’ordinateur est un objet technique complexe.

La vis est un organe de liaison.

Le rail est un organe de guidage.

Un objet technique peut être très simple ou très complexe.

Parmi les fonctions mécaniques, on trouve : • la liaison, qui consiste à maintenir ensemble les pièces d’un objet ; • le guidage, qui consiste à encadrer le mouvement d’un objet ou d’une de ses pièces.

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Univers technologique

337

10.1

Les conventions du dessin technique (première partie)

L’homme fabrique une multitude d’objets techniques, parfois d’une grande complexité. Ces objets impliquent toutes sortes de forces et de mouvements qui permettent à l’objet d’accomplir ce pour quoi il a été conçu. Prenons l’exemple d’une poignée de porte. Pour que cet objet soit fabriqué comme il faut, il est nécessaire d’en faire un dessin technique (voir la figure 10.1) et d’indiquer par écrit ses caractéristiques. Les conventions du dessin technique permettent de communiquer ces caractéristiques pour qu’elles soient comprises par l’ensemble des personnes qui prennent part à sa fabrication.

Dessin technique : Représentation graphique d’un objet dans le but de communiquer ses caractéristiques et de le fabriquer.

Conventions du dessin technique : Ensemble des règles et des symboles qui régissent la façon dont un dessin technique doit être effectué pour pouvoir être adéquatement interprété.

10.1.1

figure 10.1 Le dessin technique d’une poignée de porte

Les symboles normalisés

Les symboles normalisés permettent entre autres d’indiquer : • les forces à appliquer à l’objet technique ; • les mouvements engendrés par ces forces ; • les types de guidages impliqués ; • divers types de pièces mécaniques, comme des ressorts ou des roues.

Le tableau ci-dessous présente quelques-uns des symboles les plus couramment utilisés.

Tension

Torsion

Cisaillement

Flexion

Translation unidirectionnelle

Translation bidirectionnelle

Rotation unidirectionnelle

Rotation bidirectionnelle

Hélicoïdal bidirectionnel

Mouvements

Forces

Compression

Guidages

Translation

Pièces mécaniques

Ressort de compression

338

Roue

Chapitre 10

Rotation

Ressort de tension

Roue d’engrenage

Hélicoïdal

Ressort de torsion

Écrou

Vis

Ressort à action angulaire

Crémaillère

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10.1.2

Les lignes de base et les tracés géométriques

Les lignes de base Le type de trait utilisé lorsqu’on effectue un dessin technique donne des informations sur l’objet. Par exemple, une ligne de contour n’a pas la même épaisseur qu’une ligne qui indique l’endroit où percer un trou. Le tableau ci-dessous indique les types de lignes utilisées en dessin technique et la figure 10.2 illustre un exemple de l’utilisation de ces lignes pour la représentation de plusieurs vues d’une pièce. tableau

1

Lettre sur la figure

Les lignes de base en dessin technique

Type de ligne

Type de tracé

utilisation

Ligne de construction

Trait fin et continu

Sert à l’ébauche du dessin. Doit être effacée dans le travail final.

Ligne de contour

Trait fort et continu

Marque les contours visibles d’un objet.

Ligne de contour caché

Trait moyen discontinu et régulier

Marque les contours et les surfaces invisibles d’un objet (à l’intérieur de l’objet, par exemple).

Ligne d’axe

Trait fin discontinu formé par l’alternance d’un trait long et d’un trait court

Indique l’axe de symétrie d’un objet circulaire ou cylindrique. L’intersection de deux lignes d’axe indique le centre d’un cercle.

Ligne d’axe de coupe

Trait très fort se terminant par deux flèches

Lorsqu’on représente une vue en coupe ou une section, elle indique l’emplacement de cette coupe et le sens du regard de l’observateur.

Hachures

Traits fins

Indiquent les surfaces coupées dans une vue en coupe ou une section.

A

B

C

D

E

F

E B

Vue de dessus Vue de dessus

A F

D

C

Vue de face

Vue de droite

Coupe frontale

figure 10.2 Les lignes de base dans un dessin technique

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339

Les tracés géométriques et les instruments L’exécution manuelle d’un dessin technique implique nécessairement des tracés géométriques, c’est-à-dire l’exécution de figures géométriques plus ou moins complexes réalisables à l’aide du matériel géométrique de base (règle, équerre, rapporteur d’angles, compas, etc.). Par exemple, la figure ci-dessous illustre le tracé géométrique permettant de représenter une encoche arrondie faite dans une plaque de bois rectangulaire afin de construire un dessus de bureau d’ordinateur.

On représente le morceau initial par un rectangle.

On trace un cercle à l’endroit approprié, puis les tangentes à ce cercle passant par les deux coins supérieurs du rectangle. Cela génère l’arc de cercle qui représentera l’arrondi de l’encoche.

On relie les coins supérieurs et les points de tangence par un trait fort continu. On fait de même avec l’arc de cercle, puis on efface les lignes de construction.

figure 10.3 Exploiter les tracés géométriques

Pour effectuer manuellement des tracés géométriques précis, les dessinateurs possèdent tout un attirail d’instruments.

En voici quelques-uns.

Instrument

Usage

Table à dessin

Fixer et supporter la feuille où s’effectue le dessin

Té à dessin

Tracer des lignes parallèles

Équerre

Tracer des lignes perpendiculaires

Règle graduée

Tracer des lignes de longueurs précises

Rapporteur d’angles

Tracer des angles de mesures précises

Compas

Tracer des cercles d’un rayon quelconque

Gabarit de cercles

Tracer des cercles de rayons prédéterminés

Crayon à mine de graphite

Dessiner des traits de différentes épaisseurs, effaçables au besoin

Gomme à effacer

Effacer les lignes de construction et corriger les erreurs

Le dessin assisté par ordinateur (DAO) L’avènement de l’ordinateur a révolutionné le dessin technique. En effet, le dessin assisté par ordinateur permet de modifier, copier, transférer et conserver facilement tous les dessins effectués. Avant le DAO, le recopiage de plans et de dessins techniques à la main était extrêmement laborieux. Une erreur et il fallait parfois tout recommencer. Le DAO rend tout ça beaucoup plus rapide. L’ordinateur calcule lui-même les mesures, repère les erreurs et effectue des suggestions de corrections.

340

Chapitre 10

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activités 10.1 1 Le dessin technique ci-dessous exploite plusieurs lignes de base. Dans chaque case, écris le type de ligne

qui est identifié.

Vue de face Vue de droite en coupe

2 Le schéma ci-contre illustre le dessin technique d’une pièce circulaire

effectué par un élève de 3e secondaire. Ce dessin comporte trois erreurs associées aux conventions du dessin technique. Trouve ces erreurs et remplis le tableau ci-dessous. erreur

correction

3 Le rectangle ci-contre représente la vue de

dessus d’une table rectangulaire. Les coins de cette table doivent correspondre à des quarts de cercle. Sur ce dessin technique, ces arcs ont un rayon de 1,5 cm. a) Effectue les tracés géométriques permettant de dessiner ces coins.

Laisse des traces de tes constructions et assure-toi de respecter les conventions du dessin technique.

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Univers technologique

341

révision

du cahier

1 Parmi les systèmes suivants, lequel n’est pas impliqué dans la fonction de relation ?

A) Le système nerveux central

B) Le système musculo-squelettique

C) Le système excréteur

D) Le système nerveux périphérique

2 Parmi les processus nommés ci-dessous, lequel génère des cellules haploïdes ?

A) La mitose

B) La méiose

C) La différenciation cellulaire

D) La fécondation

3 Parmi les changements décrits ci-dessous, lequel n’est pas un changement chimique ?

A) La combustion de l’essence

B) La sublimation du CO2

C) La photosynthèse

D) La décomposition des protéines

4 Lequel des énoncés ci-dessous ne décrit pas le modèle particulaire de la matière ?

A) La matière est formée de particules microscopiques : les atomes.

B) Les particules de matière sont en perpétuel mouvement.

C) Des forces d’attraction tendent à rapprocher les particules de matière.

D) Les atomes possèdent un noyau très dense.

5

ST

Lequel des énoncés ci-dessous ne décrit pas une condition favorisant l’apparition de la vie sur un astre ?

A) L’astre doit être une planète.

B) L’astre doit se situer dans la zone habitable d’une étoile.

C) L’astre doit contenir de l’eau liquide.

D) L’astre doit posséder une atmosphère.

6

ST Selon l’échelle des temps géologiques, quel changement majeur caractérise le passage du précambrien au phanérozoïque ?

A) L’impact d’une énorme météorite B) L’extinction des dinosaures C) La complexification et la diversification soudaine de la vie D) L’apparition des mammifères 7

ST

Sur quels principes reposent les théories actuelles de l’histoire de la vie sur Terre ?

A) L’étude des fossiles et des couches stratigraphiques B) L’étude des combustibles fossiles et des phénomènes énergétiques C) L’observation des phénomènes astronomiques et géologiques D) L’étude du volcanisme et de la tectonique des plaques

408

révision

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8 Tel qu’illustré ci-dessous, le modèle particulaire permet d’illustrer les changements que subit la matière.

Réactifs Fer + dioxygène

Produit Trioxyde de de fer

4 Fe + 3 O2

2 Fe2O3

À l’aide des termes appropriés, identifie de la façon la plus précise possible le changement illustré.

Justifie ton choix.

9 La photosynthèse permet une transformation de l’énergie. Quelles sont les formes d’énergie impliquées ?

10 Décris une propriété mécanique des matériaux qui est aussi considérée comme une propriété physique

caractéristique.

11

ST

Replace les événements suivants dans l’ordre chronologique.

A Apparition de l’homme

B Extinction des dinosaures

C Apparition des unicellulaires

D Apparition des oiseaux

E Formation des océans

F Apparition des végétaux

12 Classe les ondes électromagnétiques ci-dessous par ordre croissant d’énergie qu’elles véhiculent.

A Rayons X

B Lumière visible

C Ondes radio

D Ultraviolets

E Micro-ondes

F Rayons gamma

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révision

409

Classe branchée La collection SYSTÈMES classe branchée est destinée à l’enseignement des programmes Science et technologie et Applications technologiques et scientifiques de la 1re année du 2e cycle du secondaire. Elle est conçue de manière à couvrir l’ensemble des concepts prescrits par le Programme de formation du MELS, tout en respectant la Progression des apprentissages (PDA).

La collection SYSTÈMES classe branchée permet aux enseignants et enseignantes de planifier avec une grande souplesse l’apprentissage des sciences au 2e cycle du secondaire. Elle est également conçue pour soutenir le travail autonome de l’élève en classe et à la maison.

On trouve dans le cahier d’apprentissage : • une organisation par univers, chacun comportant un ou plusieurs chapitres ; • un visuel clair et attrayant ; • des notions théoriques rigoureuses et concises ; • de nombreuses sections Activités au fil des chapitres ; • des rubriques de connaissances générales ou à caractère historique ; • des savoir-faire placés au fil des pages ; • des résumés théoriques et des activités de synthèse à la fin de chaque chapitre ; • une section Révision à la fin du cahier.

On trouve dans chaque guide-corrigé : • le corrigé en couleur du cahier d’apprentissage ; • des notes pédagogiques pertinentes ; • des exercices supplémentaires dans chaque chapitre ; • plusieurs laboratoires captivants en lien avec les concepts abordés ; • des outils d’évaluation dans chaque chapitre ; • une médiagraphie proposant des sites Internet pertinents.

Les versions numériques Le guide-corrigé de l’enseignant • Pour l’animation en classe et la correction collective, la version numérique du cahier vous permet : - de projeter, d’annoter et de feuilleter le cahier en entier ; - d’afficher le corrigé du cahier, question par question ; - d’accéder à tout le matériel reproductible ; - de partager des notes et des documents avec vos élèves ; - de corriger leurs réponses directement dans la version numérique de leur cahier ; - de travailler dans votre matériel même sans connexion Internet ; - d’accéder à des contenus multimédias uniques (vidéos, animations, planches anatomiques, etc.) ; - d’avoir accès à 11 tests en ligne gratuits sous forme de questions interactives.

Le cahier de l’élève • La version numérique du cahier permet à l’élève : - de feuilleter et d’annoter chaque page ; - d’écrire ses réponses dans son cahier ; - de travailler dans son matériel sans connexion Internet ; - d’accéder à des contenus multimédias uniques (vidéos, animations, planches anatomiques, etc.) ; - d’avoir accès à 11 tests en ligne gratuits sous forme de questions interactives.