TERRE ET ESPACE CHAPITRE 2. L espace

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1 CHAPITRE 2 TERRE ET ESPACE SECTION 1 Manuel, page 239 L espace Le flux d énergie émis par le Soleil ST STE ATS (manuel, pages 232 à 235) 1. Quel type de réaction est à l origine de l énergie rayonnante du Soleil? Les réactions de fusion nucléaire sont à l origine de l énergie rayonnante du Soleil. Ce type de réactions convertit l hydrogène en hélium en libérant une énorme quantité d énergie. 2. a) Qu est-ce que le rayonnement électromagnétique? Le rayonnement électromagnétique est la propagation d ondes électromagnétiques. b) Quel type d ondes électromagnétiques, issues du rayonnement solaire, atteint principalement la surface de la Terre? Les ondes électromagnétiques qui constituent la lumière visible. c) Nommez deux types d ondes électromagnétiques qui sont, en grande partie, absorbés ou réfléchis par l atmosphère terrestre. Les rayons ultraviolets et les rayons infrarouges. 3. a) Qu est-ce que l insolation? L insolation est la quantité de rayonnement solaire reçue à la surface de la Terre. b) Quels sont les deux principaux facteurs qui influent sur l insolation? La latitude terrestre et les saisons. c) Expliquez brièvement, à l aide de la notion d insolation, pourquoi la température moyenne annuelle à l équateur est plus élevée qu au Québec. Le Québec est situé à des latitudes plus élevées que l équateur. L angle d incidence des rayons solaires est, au Québec, toujours supérieur à l angle d incidence des rayons solaires près de l équateur. L insolation est donc plus faible au Québec qu à l équateur. Au Québec, les rayons solaires se répartissent sur une plus grande surface que près de l équateur, donc on y reçoit moins d énergie solaire et la température moyenne annuelle y est plus basse. Le système Terre-Lune ST STE ATS (manuel, pages 236 à 239) 4. a) Quel nom porte la force qui caractérise les interactions entre la Terre et la Lune, son satellite naturel? La force gravitationnelle. b) Quels sont les deux principaux effets observables de cette force sur le système Terre-Lune? Le maintien de la Lune en rotation sur son orbite autour de la Terre est le résultat de la force gravitationnelle exercée par la Terre. Les marées sont le résultat de la force gravitationnelle exercée par la Lune. 5. a) Comment nomme-t-on les marées de forte amplitude qui se produisent au moment de la pleine Lune et de la nouvelle Lune? Les «marées de vive-eau». b) Expliquez pourquoi ces marées, au moment de la pleine Lune et de la nouvelle Lune, sont des marées de forte amplitude. Quand la Lune et le Soleil sont alignés sur la Terre, à la pleine Lune et à la nouvelle Lune, leurs forces gravitationnelles s additionnent et provoquent des marées de plus grande amplitude. 6. Nommez un facteur géographique qui exerce une influence sur l amplitude des marées. Le relief et la configuration des fonds océaniques et des côtes exercent une influence sur l amplitude des marées. 24

2 SECTION 2 Manuel, page 272 L atmosphère L effet de serre ST STE SE (manuel, pages 243 à 245) 1. a) Qu est-ce que l effet de serre? L effet de serre est un processus naturel de réchauffement de l atmosphère. L atmosphère laisse passer une grande partie du rayonnement solaire visible et réfléchit, vers le sol, une partie du rayonnement infrarouge émis par la Terre. L atmosphère laisse donc l énergie solaire pénétrer et chauffer la Terre tandis qu elle limite les pertes d énergie thermiques de la Terre. L effet de serre est similaire à celui qui se produit dans les serres horticoles. b) Quels sont les gaz à effet de serre (GES) naturellement présents dans l atmosphère? La vapeur d eau (H 2 O), le dioxyde de carbone (CO 2 ), le méthane (CH 4 ) et l oxyde de diazote (N 2 O). 2. a) Quelle est la différence entre l effet de serre naturel et l effet de serre renforcé? L effet de serre naturel est un processus naturel de réchauffement de l atmosphère, dans lequel certains gaz bloquent une partie de la chaleur en l emprisonnant près du sol. L effet de serre renforcé est le réchauffement accéléré de l atmosphère dû à la présence d un surplus de gaz à effet de serre issus de l activité humaine. b) Quels types d énergie provoquent une augmentation importante des gaz à effet de serre? Les énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel). 3. Qu est-ce que le potentiel de réchauffement climatique d un gaz à effet de serre? Donnez un exemple. Le potentiel d un gaz à effet de serre sur le réchauffement climatique par rapport au potentiel du dioxyde de carbone (CO 2 ), qui sert de valeur étalon et vaut 1. Par exemple, le potentiel de l oxyde de diazote (N 2 O) est d environ 300 : à quantité égale dans l atmosphère, la contribution de ce gaz à l effet de serre est 300 fois plus élevée que celle du dioxyde de carbone (CO 2 ). Les masses d air ST STE ATS (manuel, pages 246 à 248) 4. Comment une masse d air acquiert-elle ses principales caractéristiques? Une masse d air qui reste suffisamment longtemps au-dessus d un même endroit acquiert les conditions de température et d humidité du sol ou de l étendue d eau au-dessus desquels elle se trouve. 5. Quels sont les noms et les caractéristiques des principales masses d air qui se forment audessus de l Amérique du Nord? Les masses d air continentale arctique (air sec et très froid), maritime arctique (air humide et très froid), maritime polaire (air humide et froid) et maritime tropical (air humide et chaud). 6. Si l air a une humidité relative de 90 %, qu estce que cela signifie? Si l air a une humidité relative de 90 %, cela signifie qu il contient 90 % de la quantité maximale de vapeur d eau qu il peut contenir. 7. a) Qu est-ce que le point de rosée? Le point de rosée est la température à laquelle l air devient saturé de vapeur d eau (humidité relative de 100 %). b) Que se passe-t-il si l air, qui est à une humidité relative de 100 %, se refroidit? L air plus froid ne peut pas contenir autant de vapeur d eau : une partie de la vapeur d eau contenue dans l air se condense et prend la forme de rosée, de brouillard ou de givre. La circulation atmosphérique ST STE SE (manuel, pages 249 à 255) 8. Expliquez ce qu est le phénomène de convection. La convection est un transfert de chaleur : les gaz chauds, plus légers, montent, cèdent leur chaleur aux gaz plus froids et se refroidissent progressivement ; les gaz froids, plus lourds, descendent vers la source de chaleur, où ils se réchauffent. 9. a) Qu est-ce qu un courant de convection? Un courant de convection est un déplacement de l air qui prend la forme d une boucle. Ce courant s établit lors de la convection : les gaz chauffés montent au-dessus de la source de chaleur, puis, une fois refroidis, retombent sur le côté et sont aspirés par la source de chaleur pour combler la dépression créée par la montée des gaz chauffés. b) Nommez les courants de convection qui régissent la circulation atmosphérique. Les courants polaires, des régions tempérées et intertropicaux. 25

3 STE c) Comment la force de Coriolis agit-elle sur la circulation atmosphérique en Amérique du Nord? La trajectoire des courants de convection est déviée vers la droite dans le même sens que celui des aiguilles d une montre. 10. Qu est-ce qu un vent dominant? Un vent dominant est un grand couloir de vents dont la direction est déterminée à la fois par les courants de convection et la force de Coriolis. 11. Qu est-ce qu un courant-jet? Un courant-jet est un vent très rapide qui circule au sommet de la troposphère, à une altitude de 8 à 14 km et à une vitesse variant de 100 à 360 km/h autour de certaines régions du globe. Les cyclones et les anticyclones ST STE ATS (manuel, pages 256 à 260) 12. a) Qu est-ce que la pression atmosphérique? La pression atmosphérique est la force exercée par le poids de l atmosphère sur la surface de la Terre. b) Pourquoi la pression atmosphérique estelle plus faible en haute altitude? La pression atmosphérique diminue rapidement avec l altitude. Plus on monte en altitude, moins il y a de molécules d air pour exercer de la pression. c) Qu est-ce que la pression atmosphérique normale? La pression atmosphérique normale est établie à 101,3 kpa et correspond à une estimation moyenne des masses d air. 13. Dans l hémisphère Nord, comment se déplace l air d un cyclone et d un anticyclone? Dans l hémisphère Nord, l air d un cyclone monte et tourbillonne dans le sens contraire des aiguilles d une montre. L air d un anticyclone descend et tourbillonne dans le sens des aiguilles d une montre. 14. Quelles sont les conditions météorologiques généralement associées aux anticyclones et aux dépressions? Un temps sec est généralement associé aux anticyclones. Un temps humide avec des précipitations est généralement associé aux dépressions. 15. a) Pourquoi les ouragans se forment-ils exclusivement au-dessus des mers tropicales? Les ouragans ont besoin de beaucoup d énergie pour se former. Seule une couche d eau chaude à plus de 26 C à une profondeur de 60 m peut fournir une quantité d énergie suffisante pour la formation d ouragans. De telles conditions n existent que dans les mers tropicales. b) Expliquez ce qu est l onde de tempête associée aux ouragans. La dépression au centre de l ouragan («l œil de l ouragan») est suffisamment importante pour soulever le niveau de l océan de plusieurs mètres. L onde de tempête est cette colline d eau qui suit le mouvement de l ouragan et forme une vague gigantesque qui peut inonder les régions côtières où elle déferle. 16. a) Qu est-ce qu un front? Un front est la ligne de transition entre deux masses d air de températures différentes. Il peut s étendre sur des milliers de kilomètres et se déplacer à des vitesses variées. b) À quel genre de système un front est-il associé? Un front est associé aux cyclones. L ozone STE (manuel, pages 261 à 263) 17. Décrivez les grandes étapes du cycle de l ozone. Dans la stratosphère, l ozone (O 3 ) se décompose sous l action du rayonnement ultraviolet selon O 3 O 2 + O. Le dioxygène (O 2 ) se décompose sous l action du rayonnement ultraviolet selon O 2 2O. Un atome d oxygène libre (O) peut se combiner avec une molécule de dioxygène (O 2 ) pour former de l ozone (O 3 ) selon O 2 + O O Quelle est la différence entre l ozone stratosphérique et l ozone troposphérique? L ozone stratosphérique absorbe une grande partie du rayonnement ultraviolet néfaste. L ozone troposphérique est un contaminant toxique présent dans le smog ; il est principalement produit à partir des polluants provenant de la combustion des énergies fossiles, des moteurs à explosion (voitures) et des centrales électriques thermiques (pétrole et charbon utilisés pour produire de l électricité). 19. Pourquoi la décomposition des chlorofluorocarbures (CFC) détruit-elle l ozone stratosphérique? Les chlorofluorocarbures (CFC) se décomposent sous l action des rayons ultraviolets pour produire des atomes de chlore (Cl). Les atomes de chlore réagissent ensuite avec l ozone (O 3 ) et le décomposent. Avec le temps, un seul atome de chlore peut détruire des dizaines de milliers de molécules d ozone. La contamination atmosphérique STE SE (manuel, pages 264 à 267) 20. Qu est-ce qui distingue les polluants primaires des polluants secondaires? Les polluants primaires sont émis directement par des activités 26

4 humaines alors que les polluants secondaires sont issus de la transformation chimique des polluants primaires dans l atmosphère. 21. a) Quelles sont les principales sources de polluants primaires? Les activités industrielles, les centrales thermiques, les industries métallurgiques, les industries de pâtes et papiers, le transport routier, l agriculture et les produits dérivés du pétrole. b) Donnez deux exemples d effets des polluants primaires sur la santé humaine et sur l environnement. Les polluants primaires peuvent provoquer des troubles respiratoires, être cancérogènes, contribuer aux pluies acides et participer à la formation de l ozone troposphérique. SECTION 3 Manuel, page 302 L hydrosphère Les bassins versants ST STE ATS (manuel, pages 276 à 280) 1. a) Qu est-ce qu un bassin versant? Un bassin versant est une portion de territoire qui draine toutes les précipitations reçues vers un même endroit. b) Quel nom donne-t-on à la frontière entre deux bassins versants? La ligne de crête, également appelée «ligne de partage des eaux». 2. a) Comment les eaux de ruissellement et les eaux souterraines s écoulent-elles? Les eaux de ruissellement (pluie ou fonte des neiges) s écoulent, en surface, le long des pentes vers les lacs et les cours d eau. Les eaux souterraines forment des nappes d eau et des rivières souterraines. Les eaux de ruissellement et les eaux souterraines coulent en suivant le relief, d amont en aval, pour alimenter d autres rivières plus grandes. b) Quels sont les différents niveaux de bassins versants? Il y a quatre niveaux de bassins versants : océaniques, fluviaux, secondaires et locaux. 3. Nommez les deux bassins océaniques qui occupent le territoire québécois. Le bassin versant de l océan Atlantique et le bassin versant de la baie d Hudson. Les ressources énergétiques de l atmosphère ST STE ATS (manuel, pages 268 à 271) 22. Nommez deux ressources énergétiques de l atmosphère. L énergie éolienne et l énergie thermique de l air. 23. Décrivez les caractéristiques qui déterminent les sites où sont habituellement installées les éoliennes. Afin de capter les vents les plus forts, les éoliennes sont habituellement installées en hauteur, sur les crêtes des collines ou dans des régions où le relief ne fait pas obstacle aux vents. En raison de l absence d obstacles, les étendues maritimes, au large des côtes, sont des endroits privilégiés où la capacité de production éolienne est très élevée. 24. Quel système est communément utilisé pour récupérer l énergie thermique de l air? La thermopompe. 4. a) Quelle est la différence entre un delta et un estuaire? Un delta est une embouchure où les dépôts de sédiments sont importants et divisent le cours d eau en plusieurs branches. Un estuaire est une embouchure large où il y a peu de dépôts de sédiments, car les marées y sont importantes et l eau de mer remonte profondément dans l estuaire. b) Expliquez comment les cours d eau transportent des sédiments. L écoulement des eaux de surface érode la roche. Les cours d eau contiennent donc des matériaux et des sédiments de diverses tailles (sable, limon, argile, gravier, galets, etc.) qu ils charrient. La salinité ST STE (manuel, pages 281 à 283) 5. a) D où vient la salinité élevée de l eau de mer? La salinité relativement élevée de l eau de mer provient du déversement continuel de sels minéraux par les bassins versants fluviaux, de l activité volcanique et des sources hydrothermales sous-marines, situées à proximité des dorsales océaniques. b) Pourquoi les océans ne sont-ils pas de plus en plus salés? Cela s explique par le fait qu une part des sels est rejetée dans l atmosphère sous forme d embruns et qu une autre part est déposée dans les fonds marins. 27

5 humaines alors que les polluants secondaires sont issus de la transformation chimique des polluants primaires dans l atmosphère. 21. a) Quelles sont les principales sources de polluants primaires? Les activités industrielles, les centrales thermiques, les industries métallurgiques, les industries de pâtes et papiers, le transport routier, l agriculture et les produits dérivés du pétrole. b) Donnez deux exemples d effets des polluants primaires sur la santé humaine et sur l environnement. Les polluants primaires peuvent provoquer des troubles respiratoires, être cancérogènes, contribuer aux pluies acides et participer à la formation de l ozone troposphérique. SECTION 3 Manuel, page 302 L hydrosphère Les bassins versants ST STE ATS (manuel, pages 276 à 280) 1. a) Qu est-ce qu un bassin versant? Un bassin versant est une portion de territoire qui draine toutes les précipitations reçues vers un même endroit. b) Quel nom donne-t-on à la frontière entre deux bassins versants? La ligne de crête, également appelée «ligne de partage des eaux». 2. a) Comment les eaux de ruissellement et les eaux souterraines s écoulent-elles? Les eaux de ruissellement (pluie ou fonte des neiges) s écoulent, en surface, le long des pentes vers les lacs et les cours d eau. Les eaux souterraines forment des nappes d eau et des rivières souterraines. Les eaux de ruissellement et les eaux souterraines coulent en suivant le relief, d amont en aval, pour alimenter d autres rivières plus grandes. b) Quels sont les différents niveaux de bassins versants? Il y a quatre niveaux de bassins versants : océaniques, fluviaux, secondaires et locaux. 3. Nommez les deux bassins océaniques qui occupent le territoire québécois. Le bassin versant de l océan Atlantique et le bassin versant de la baie d Hudson. Les ressources énergétiques de l atmosphère ST STE ATS (manuel, pages 268 à 271) 22. Nommez deux ressources énergétiques de l atmosphère. L énergie éolienne et l énergie thermique de l air. 23. Décrivez les caractéristiques qui déterminent les sites où sont habituellement installées les éoliennes. Afin de capter les vents les plus forts, les éoliennes sont habituellement installées en hauteur, sur les crêtes des collines ou dans des régions où le relief ne fait pas obstacle aux vents. En raison de l absence d obstacles, les étendues maritimes, au large des côtes, sont des endroits privilégiés où la capacité de production éolienne est très élevée. 24. Quel système est communément utilisé pour récupérer l énergie thermique de l air? La thermopompe. 4. a) Quelle est la différence entre un delta et un estuaire? Un delta est une embouchure où les dépôts de sédiments sont importants et divisent le cours d eau en plusieurs branches. Un estuaire est une embouchure large où il y a peu de dépôts de sédiments, car les marées y sont importantes et l eau de mer remonte profondément dans l estuaire. b) Expliquez comment les cours d eau transportent des sédiments. L écoulement des eaux de surface érode la roche. Les cours d eau contiennent donc des matériaux et des sédiments de diverses tailles (sable, limon, argile, gravier, galets, etc.) qu ils charrient. La salinité ST STE (manuel, pages 281 à 283) 5. a) D où vient la salinité élevée de l eau de mer? La salinité relativement élevée de l eau de mer provient du déversement continuel de sels minéraux par les bassins versants fluviaux, de l activité volcanique et des sources hydrothermales sous-marines, situées à proximité des dorsales océaniques. b) Pourquoi les océans ne sont-ils pas de plus en plus salés? Cela s explique par le fait qu une part des sels est rejetée dans l atmosphère sous forme d embruns et qu une autre part est déposée dans les fonds marins. 27

6 6. a) Quelle est la différence entre l eau saumâtre et l eau de mer? L eau saumâtre est un mélange d eau douce et d eau salée. La salinité de l eau saumâtre est comprise entre 1 g/l et 10 g/l et est inférieure à celle de l eau de mer (35 g/l). b) Dans quels secteurs du fleuve Saint- Laurent trouve-t-on de l eau saumâtre? On trouve de l eau saumâtre entre l île d Orléans (ou la ville de Montmagny) et la ville de Baie- Saint-Paul. On en trouve aussi à l embouchure de la rivière Saguenay. La circulation océanique ST STE (manuel, pages 284 à 287) 7. Expliquez brièvement comment la circulation océanique régule les climats à l échelle de la planète. Les océans emmagasinent de l énergie solaire dans les régions équatoriales. Les courants marins libèrent lentement l énergie solaire emmagasinée et la transfèrent vers les pôles. La circulation océanique répartit la chaleur issue de l énergie solaire et régule les climats à la grandeur de la planète. Cette répartition de chaleur s effectue par l intermédiaire de deux types de courants marins : les courants de surface et les courants profonds. 8. a) Qu est-ce qui génère les courants de surface? Les courants de surface sont générés par les vents qui soufflent à la surface des océans. b) Quels sont les principaux facteurs qui font dévier la circulation des courants de surface? La force de Coriolis et la présence des continents. c) À quel phénomène atmosphérique peut-on comparer la circulation océanique des courants de surface? On peut comparer la circulation océanique des courants de surface à celle des vents dominants. 9. a) Qu est-ce que le Gulf Stream? Le Gulf Stream est un courant océanique de surface qui transporte l eau très chaude de la mer des Caraïbes et du golfe du Mexique et qui monte vers le nord, longeant la côte américaine avant de bifurquer vers l est et de se diriger vers le nord de l Europe. b) Quel est l effet du Gulf Stream sur le climat de l Europe du Nord? Grâce au Gulf Stream, l Europe du Nord connaît un climat plus doux que celui des régions d Amérique du Nord situées à la même latitude. 10. a) Qu est-ce que la circulation thermohaline? La circulation thermohaline est un ensemble de courants de densité (ou courants profonds) générés par des différences de température et de salinité de l eau des océans. La circulation thermohaline est formée de courants chauds de salinité plus faible en surface et de courants froids de plus forte salinité en profondeur. b) Quel autre nom donne-t-on à la circulation thermohaline? Le «tapis roulant océanique». c) Pourquoi l eau froide est-elle plus «lourde» que l eau chaude? L eau froide est plus lourde que l eau chaude parce qu en se refroidissant, l eau se contracte et son volume diminue. Ce faisant, la masse volumique de l eau augmente : l eau froide est donc plus lourde. 11. Expliquez pourquoi les remontées d eau dues aux courants de densité sont importantes pour les écosystèmes marins. Les remontées d eau dues aux courants de densité sont importantes pour les écosystèmes marins parce que, en circulant au fond des océans, l eau froide et salée s enrichit de nutriments qui proviennent de la décomposition de la matière organique, et qu en remontant ces nutriments sont entraînés à la surface des océans. Ces nutriments alimentent alors le phytoplancton et les algues, et ils sont à la base de riches écosystèmes marins. Les glaciers et la banquise ST STE (manuel, pages 288 à 291) 12. Quelle est la principale différence entre les glaciers et la banquise? La principale différence entre les glaciers et la banquise est que les glaciers se trouvent sur les continents alors que la banquise flotte dans les régions polaires. 13. a) Quels sont les deux grands types de glaciers? Les calottes glaciaires et les glaciers dépendants du relief. b) En quoi ces deux types de glaciers sont-ils distincts? Les calottes glaciaires recouvrent de grandes superficies et se déplacent dans toutes les directions. Les glaciers dépendants du relief recouvrent de petites superficies et se déplacent dans une seule direction, en suivant la pente du bassin versant. 14. Pourquoi la formation de la banquise est-elle essentielle à la circulation thermohaline? Lors de la formation de la banquise, les sels dissous sont rejetés dans l eau de mer. Cette eau, plus dense, 28

7 tend à «plonger» vers le fond des océans et à circuler le long du plancher océanique. Cela favorise la circulation thermohaline. La contamination de l hydrosphère STE SE (manuel, pages 292 à 294) 15. a) Quelles sont les trois catégories de contaminants de l hydrosphère? Les polluants biologiques, les polluants chimiques et les polluants physiques. b) Donnez quelques exemples de contaminants correspondant à chacune de ces catégories. Réponses possibles : Polluants biologiques : microorganismes (bactéries, virus, parasites) et matières organiques (excréments, sucres, graisses, etc.). Polluants chimiques : acides nitrique (HNO 3 ) et sulfurique (H 2 SO 4 ), nitrates (NO 3 ) et phosphates 3 (PO 4 ), métaux lourds, hydrocarbures et produits organiques persistants (POP). Polluants physiques : débris insolubles et non dégradables (tels les plastiques) ainsi que les eaux chaudes rejetées par les systèmes de refroidissement des centrales thermiques et nucléaires. 16. Décrivez une conséquence de la pollution thermique. La pollution thermique entraîne un réchauffement des eaux. Ce réchauffement peut nuire aux poissons, car il réduit la concentration de dioxygène (O 2 ) dans l eau et favorise ainsi l eutrophisation. L eutrophisation STE SE (manuel, pages 295 à 297) 17. a) Qu est-ce que l eutrophisation? L eutrophisation est un processus d enrichissement graduel d un milieu aquatique en éléments nutritifs, comme le phosphore (P) et l azote (N). b) Dans quel cas le processus d eutrophisation devient-il une forme de contamination? Quand d importantes quantités de phosphore (P) et d azote (N) sont continuellement déversées dans les milieux aquatiques par les activités humaines, le processus d eutrophisation peut s accélérer et devenir une forme de contamination. 18. Décrivez toutes les étapes du processus d eutrophisation. 1) Il y a d abord une prolifération de plantes aquatiques, d algues, de phytoplancton et de bactéries photosynthétiques appelées «cyanobactéries». 2) En proliférant ainsi, elles forment une pellicule verdâtre à la surface de l eau qui prive de lumière les végétaux qui vivent dans les couches profondes du lac. 3) Les végétaux ne peuvent plus réaliser la photosynthèse et meurent. Ils se déposent alors au fond du lac où ils sont décomposés par des bactéries. 4) Les bactéries se multiplient et utilisent plus de dioxygène (O 2 ) pour décomposer le surplus de matière organique. 5) Le dioxygène (O 2 ) dissous se raréfie et certaines espèces de poissons, d insectes et de crustacés disparaissent progressivement. 6) Les organismes morts s accumulent au fond du lac où ils forment une épaisse couche de vase. 7) Les sédiments qui se déposent au fond de l eau entraînent la dégradation progressive du lac. Celui-ci se transforme en marais, puis en tourbière ou en prairie. Les ressources énergétiques de l hydrosphère ST STE ATS (manuel, pages 298 à 301) 19. a) Nommez cinq ressources énergétiques de l hydrosphère. L énergie hydroélectrique, l énergie marémotrice, l énergie maréthermique, l énergie des vagues et l énergie des courants marins. b) Quelle est la ressource de l hydrosphère la plus utilisée actuellement dans le monde? L énergie hydroélectrique. 20. Quelle est la différence entre l énergie maréthermique et l énergie marémotrice? L énergie maréthermique est produite en utilisant la différence de température entre l eau de la surface des océans (elle peut atteindre 28 C) et l eau profonde, dont la température se maintient autour de 4 C. L énergie marémotrice est produite par les mouvements de l eau créés par les marées océaniques. 21. Pourquoi les énergies provenant de l hydrosphère sont-elles considérées comme relativement propres et renouvelables? Parce que leur exploitation ne génère pas ou génère peu de gaz à effet de serre et parce qu elles dérivent de l énergie solaire ou de la force d attraction gravitationnelle. 29

8 SECTION 4 Manuel, page 326 La lithosphère Les minéraux ST STE ATS (manuel, pages 306 à 311) 1. a) Qu est-ce qu une structure cristalline? Une structure cristalline correspond à la forme géométrique du cristal d un minéral. b) Nommez cinq autres propriétés physiques ou chimiques qui permettent d identifier et de classifier les minéraux. Réponses possibles : la couleur, l éclat, le clivage, la dureté, le trait de couleur, la densité, la fluorescence, la conductibilité électrique, le magnétisme et la radioactivité. 2. a) Quelle est la différence entre la dureté et le trait de couleur d un minéral? La dureté d un minéral est sa capacité à résister à la rayure d un objet ou d un autre minéral. Le trait de couleur d un minéral correspond à la couleur de la trace de poudre laissée par le minéral lorsqu il est frotté contre une surface dure. b) Comment se nomme l échelle utilisée pour évaluer la dureté d un minéral? L échelle de Mohs. c) Comment détermine-t-on la dureté d un minéral par rapport à un autre? Un minéral est plus dur qu un autre s il raye ce dernier. 3. a) Qu est-ce qu un minerai? Un minerai est une roche qui contient une quantité suffisante de minéraux pour être exploitée. b) Pour quelles utilisations l être humain exploite-t-il les minerais? Nommez-en quatre. On exploite surtout les minerais pour en tirer des métaux et d autres substances dont on se servira comme matériaux de construction et sources d énergie. Les horizons du sol ST STE SE (manuel, pages 312 et 313) 4. a) Décrivez brièvement la formation d un sol. Le sol se forme lentement sur la roche mère: 1) Sous l action du climat et de l érosion, la roche mère se désagrège pour former des débris, de plus petites particules (blocs de pierre, sable, argile, limon) et des minéraux. 2) Le sol s enrichit progressivement d humus grâce à l action des décomposeurs (bactéries, champignons, invertébrés) qui transforment les végétaux morts. b) Combien de temps le sol met-il à se former? Le sol met des centaines ou des milliers d années à se former. 5. a) Comment appelle-t-on l ensemble des horizons qui composent un sol? Le profil du sol. b) Nommez les principaux horizons qu on peut distinguer dans un sol. Les horizons O, A, B et C. c) Quels sont les horizons riches en humus et les horizons riches en minéraux? Les horizons O et A sont riches en humus ; les horizons A, B et C sont riches en minéraux. La capacité tampon du sol STE SE (manuel, page 314) 6. a) Qu est-ce que la capacité tampon du sol? La capacité tampon du sol est la capacité des sols à résister à des variations de ph. b) Quel type de sol résiste le mieux à l acidification? Justifiez votre réponse. Un sol qui contient des minéraux basiques. Ces minéraux peuvent neutraliser chimiquement les acides. Par exemple, un sol calcaire contient une bonne proportion de carbonate de calcium (CaCO 3 ), un minéral basique. Il est donc en mesure de neutraliser chimiquement les acides. Les variations de ph, dans ce type de sol, sont alors moins importantes. L épuisement des sols STE (manuel, pages 315 à 317) 7. a) Quels sont les trois principaux facteurs d épuisement des sols? L érosion par l eau et le vent, et les processus de dégradation physique et de dégradation chimique. b) Expliquez brièvement comment chacun de ces facteurs dégrade les sols. L érosion cause une perte de matériaux et d humus riche en éléments nutritifs. Ces sols peuvent alors se dégrader rapidement et devenir infertiles. Le compactage des sols, ou leur tassement, entraîne la dégradation physique des sols, puisque cela diminue leur porosité et leur aération. Ainsi, les sols absorbent moins d eau, les 30

9 horizons se dégradent et la fertilité des sols est réduite. La dégradation chimique des sols a lieu lorsqu il y a acidification, salinisation (accumulation de sels) ou contamination des sols. L acidification et la salinisation ralentissent la formation de l humus par les organismes vivants du sol. La contamination des sols les rend infertiles. 8. a) Quelles activités humaines sont à l origine de l épuisement des sols? Plusieurs pratiques agricoles et forestières ainsi que l urbanisation sont à l origine de l épuisement des sols. b) Quelle peut être la conséquence ultime de l épuisement des sols? La désertification. La contamination des sols STE SE (manuel, pages 318 à 320) 9. D où proviennent les contaminants des sols? Les contaminants des sols proviennent directement des déversements de produits toxiques ou indirectement de la pollution atmosphérique (smog, poussières industrielles, volcanisme, pluies acides ou pluies radioactives). 10. Nommez trois types de contamination des sols. Expliquez brièvement en quoi ils consistent. Les contaminants organiques comprennent à la fois les microorganismes (bactéries, virus, parasites) et les matières organiques mortes, les hydrocarbures (pétrole et dérivés) et les produits organiques persistants (POP) comme les solvants et les pesticides. Les contaminants inorganiques sont principalement des métaux lourds tels que le plomb (Pb), le mercure (Hg), le zinc (Zn), le cadmium (Cd), le nickel (Ni) et l arsenic (As). Les contaminants radioactifs proviennent particulièrement des centrales nucléaires ou des installations militaires et résultent d accidents. Le pergélisol STE SE (manuel, pages 321 et 322) 11. a) Dans quelles régions le pergélisol est-il présent? Dans les régions froides, près des pôles, et en altitude, au sommet de certaines montagnes. b) Décrivez comment la superficie du pergélisol varie du nord au sud. Selon la latitude, du nord vers le sud, la superficie du pergélisol varie. Le pergélisol peut être continu (100 % du sol est gelé), étendu (de 50 à 90 % du sol est gelé) ou sporadique (de 10 à 50 % du sol est gelé). De même, l épaisseur du pergélisol varie (elle atteint plus de m au nord et est de 30 cm dans les zones les plus au sud). 12. Qu est-ce que le mollisol? Le mollisol est la couche superficielle qui surmonte le pergélisol. Le sol qui compose le mollisol dégèle en été. Les ressources énergétiques de la lithosphère ST STE ATS (manuel, pages 323 à 325) 13. a) Quelles sont les trois principales énergies fossiles de la lithosphère? Le pétrole, le gaz naturel et le charbon. b) Expliquez brièvement pourquoi les combustibles fossiles ne sont pas des énergies renouvelables. La formation des combustibles fossiles, qui s échelonne sur des millions d années, explique pourquoi ces énergies sont non renouvelables. 14. a) Quel type d énergie peut-on tirer de la pechblende (UO 2 )? L énergie nucléaire produite par la fission nucléaire de l uranium (U). b) Quel est le principal problème que pose l énergie nucléaire? Bien qu elle n émette pas de gaz à effet de serre (GES), l énergie nucléaire génère des déchets radioactifs très dangereux, comme le plutonium, qui demeurent radioactifs pendant des dizaines de milliers d années. L entreposage sécuritaire de ces déchets est un défi majeur pour les pays qui ont opté pour cette ressource énergétique. 15. a) Qu est-ce que la géothermie? La géothermie est l énergie issue de la chaleur interne de la Terre. Cette chaleur provient de la chaleur du magma et de la radioactivité naturelle des roches. b) Quel type de géothermie est le plus adapté au Québec? La géothermie de très basse énergie. 31

10 Les facteurs influençant la distribution des biomes ST STE SE (manuel, pages 340 à 344) 12. a) Quels sont les principaux facteurs qui déterminent la distribution des biomes terrestres dans la biosphère? Le climat, le relief, ainsi que la nature des roches et des sols des continents. b) De quels facteurs climatiques dépend principalement la distribution des biomes terrestres dans la biosphère? De l ensoleillement, de la température, des précipitations et des vents. c) Quel biome terrestre reçoit les précipitations moyennes les plus élevées? La forêt tropicale. 13. a) Nommez deux facteurs géographiques qui modifient la distribution des biomes terrestres. La présence de grandes étendues d eau (lacs, océans et mers) ainsi que des reliefs (montagnes Rocheuses, Himalaya) influe sur la circulation atmosphérique et, de ce fait, modifie la distribution des biomes. SECTION 6 Manuel, page 356 Les cycles biogéochimiques b) Expliquez brièvement comment se fait la distribution des biomes en altitude. À mesure qu on s élève en altitude, on observe une succession de végétations qui correspondent globalement à celles rencontrées à différentes latitudes : de la base au sommet d une montagne, on peut ainsi observer successivement la forêt tropicale, la forêt tempérée, la taïga, puis la toundra. 14. a) Quels sont les principaux facteurs qui déterminent la distribution des biomes aquatiques dans l hydrosphère? Les facteurs physicochimiques comme la salinité et la température de l eau, la luminosité, la teneur en nutriments et en dioxygène (O 2 ). b) Est-ce que toutes les espèces marines demeurent toujours dans le même biome? Justifiez votre réponse. À l exception de certaines espèces adaptées aux eaux chaudes ou glaciales, les espèces marines peuvent facilement se déplacer d une zone à l autre. Le cycle du carbone ST STE SE (manuel, pages 348 à 351) 1. a) Quels sont les deux principaux processus biochimiques qui caractérisent le cycle du carbone? La photosynthèse et la respiration. b) Quels gaz sont dégagés par un certain type de fermentation? Le méthane (CH 4 ) et le dioxyde de carbone (CO 2 ). 2. Quels sont les deux principaux réservoirs de carbone de la biosphère et sous quelle forme trouve-t-on le carbone? La lithosphère et l hydrosphère. Le carbone se trouve dans les roches, les sédiments et les océans. 3. Quel phénomène libère du CO 2 dans l atmosphère à la suite de la transformation de roches sédimentaires en roches métamorphiques? Le volcanisme. 4. Quelles sont les principales sources d émissions attribuables aux activités humaines qui déséquilibrent le cycle naturel du carbone? La déforestation et la combustion des énergies fossiles. Le cycle de l azote ST STE SE (manuel, pages 352 à 354) 5. a) Quels sont les deux principaux processus naturels permettant la conversion du diazote gazeux (N 2 ) de l atmosphère en azote disponible pour les organismes vivants? La fixation biologique bactérienne et l action des décharges électriques des orages. b) Quelle est la principale particularité des plantes de la famille des légumineuses comme le haricot, la luzerne et le trèfle? Dans les racines des plantes des légumineuses, des bactéries vivant en symbiose assimilent l azote atmosphérique. 6. Qu est-ce que la nitrification? La nitrification est la transformation de l ammoniac (NH 3 ) ou de l ammonium (NH 4+ ) en nitrites (NO 2 ), puis en nitrates (NO 3 ). Les nitrates peuvent être directement absorbés par les racines des végétaux. 7. a) Qu est-ce que la rotation des cultures? La rotation des cultures consiste à cultiver en alternance une série de plantes de familles 33

11 différentes sur une même parcelle de terre selon un rythme régulier. b) Nommez une plante qui peut être utilisée dans la rotation des cultures et expliquez en quoi sa culture peut s avérer utile dans le cycle de l azote. Le trèfle, la luzerne ou d autres légumineuses. Ces plantes favorisent la fixation de l azote atmosphérique dans le sol, ce qui constitue une étape importante du cycle de l azote. Cet azote ainsi fixé sera disponible pour les cultures suivantes. Le cycle du phosphore STE SE (manuel, pages 355 et 356) 8. a) Pourquoi le cycle du phosphore est-il un cycle sédimentaire? Le cycle du phosphore est un cycle sédimentaire parce qu il ne possède pratiquement pas de composante gazeuse et n affecte presque pas l atmosphère. b) Quelle composante de la biosphère assure presque entièrement l apport en phosphore? La lithosphère. 9. a) Quelle forme prend le phosphore une fois dissous? Une fois dissous, le phosphore prend la forme de phosphates (PO 4 3 ). b) Comment les animaux se procurent-ils le phosphore? Dans les écosystèmes terrestres, les phosphates dissous dans l eau du sol sont absorbés par les plantes. Les animaux se les procurent en consommant les végétaux à travers les chaînes alimentaires. 34

12 SECTION 5 Manuel, page 345 Les régions climatiques Les biomes terrestres ST STE (manuel, pages 330 à 334) 1. a) Nommez sept biomes terrestres. La toundra, la taïga, la forêt tempérée, la prairie tempérée, la savane tropicale, le désert et la forêt tropicale. b) Lesquels de ces biomes trouve-t-on en Amérique du Nord? La toundra, la taïga, la forêt tempérée, la prairie tempérée et le désert. c) Quel biome terrestre est aussi appelé «forêt boréale»? La taïga. 2. a) Quel type de végétation trouve-t-on dans la toundra? On trouve dans la toundra une végétation basse : des mousses, des lichens, des herbes et des arbustes rabougris. b) Quel élément de la toundra limite le développement de la végétation? Le pergélisol. 3. a) Dans quelles grandes régions la taïga apparaît-elle? La taïga apparaît au sud de la toundra, en Amérique du Nord (Canada, Alaska) et en Eurasie (Sibérie, Scandinavie). b) Quel type de végétaux et d animaux y trouve-t-on? On y trouve principalement des conifères (sapins, épinettes), plus rarement des feuillus (aulnes, bouleaux, peupliers), et on y trouve plusieurs espèces de mammifères, des petits rongeurs (écureuils, suisses) aux grands herbivores (orignaux, caribous) et carnivores (renards, lynx, loups, ours). 4. Qu est-ce qui distingue une forêt mixte d une forêt tempérée? La végétation de la forêt tempérée est principalement composée de feuillus ; celle de la forêt mixte est composée d un mélange de feuillus et de conifères. 5. Qu est-ce qui différencie la prairie tempérée de la savane tropicale? La prairie tempérée est présente sous les latitudes moyennes, en Amérique du Nord, en Amérique du Sud et en Eurasie. Ce biome est caractérisé par de longs hivers froids et des étés ponctués de périodes de sécheresse. La prairie est dominée par des plantes à fleurs, et les arbres et les arbustes y sont rares. La savane tropicale est située dans la zone intertropicale, en Afrique, en Amérique centrale et en Australie. Ce biome est caractérisé par une saison des pluies et une saison sèche. L abondance des précipitations permet le maintien de certains arbres et arbustes dispersés sur le territoire. 6. Dans quelles régions les déserts sont-ils situés? Les déserts sont situés dans des régions où les précipitations sont rares. Les grands déserts chauds, comme le Sahara et le Grand Désert de Sable (en Australie) sont situés au niveau des tropiques. Les déserts plus froids, comme le désert de Gobi (Asie) et le désert de Mojave (États-Unis) sont situés dans des régions tempérées. 7. a) Quel biome terrestre présente la plus grande diversité végétale et animale? Expliquez votre réponse. La forêt tropicale humide abrite la plus grande diversité d espèces animales et végétales de la planète, soit plus de la moitié des espèces connues. b) Quels sont les deux biomes terrestres qui présentent la plus faible diversité végétale et animale? Expliquez votre réponse. La toundra et le désert. En raison des conditions climatiques qui y dominent, la végétation y est clairsemée, ce qui en limite la diversité. Les biomes aquatiques ST STE (manuel, pages 335 à 339) 8. Quels sont les deux grands types de biomes aquatiques? Les biomes marins («biomes d eau de mer») et les biomes dulcicoles («biomes d eau douce»). 9. Pourquoi la zone néritique est-elle plus riche en espèces marines que les autres types de biomes aquatiques? La zone néritique est plus riche en espèces marines que les autres types de biomes aquatiques parce qu elle est éclairée (peu profonde) et enrichie de nutriments qui proviennent des continents. La zone néritique est donc riche en algues et herbes marines, en plancton, en invertébrés et en poissons. 10. Dans quelles régions les récifs coralliens se trouvent-ils généralement? Les récifs coralliens se trouvent dans des zones néritiques peu profondes et généralement chaudes, autour des îles volcaniques ou sur le plateau continental. 11. Quel organisme vivant de la zone pélagique océanique assure, à lui seul, 40 % de la photosynthèse de la biosphère? Le phytoplancton. 32

13 Les facteurs influençant la distribution des biomes ST STE SE (manuel, pages 340 à 344) 12. a) Quels sont les principaux facteurs qui déterminent la distribution des biomes terrestres dans la biosphère? Le climat, le relief, ainsi que la nature des roches et des sols des continents. b) De quels facteurs climatiques dépend principalement la distribution des biomes terrestres dans la biosphère? De l ensoleillement, de la température, des précipitations et des vents. c) Quel biome terrestre reçoit les précipitations moyennes les plus élevées? La forêt tropicale. 13. a) Nommez deux facteurs géographiques qui modifient la distribution des biomes terrestres. La présence de grandes étendues d eau (lacs, océans et mers) ainsi que des reliefs (montagnes Rocheuses, Himalaya) influe sur la circulation atmosphérique et, de ce fait, modifie la distribution des biomes. SECTION 6 Manuel, page 356 Les cycles biogéochimiques b) Expliquez brièvement comment se fait la distribution des biomes en altitude. À mesure qu on s élève en altitude, on observe une succession de végétations qui correspondent globalement à celles rencontrées à différentes latitudes : de la base au sommet d une montagne, on peut ainsi observer successivement la forêt tropicale, la forêt tempérée, la taïga, puis la toundra. 14. a) Quels sont les principaux facteurs qui déterminent la distribution des biomes aquatiques dans l hydrosphère? Les facteurs physicochimiques comme la salinité et la température de l eau, la luminosité, la teneur en nutriments et en dioxygène (O 2 ). b) Est-ce que toutes les espèces marines demeurent toujours dans le même biome? Justifiez votre réponse. À l exception de certaines espèces adaptées aux eaux chaudes ou glaciales, les espèces marines peuvent facilement se déplacer d une zone à l autre. Le cycle du carbone ST STE SE (manuel, pages 348 à 351) 1. a) Quels sont les deux principaux processus biochimiques qui caractérisent le cycle du carbone? La photosynthèse et la respiration. b) Quels gaz sont dégagés par un certain type de fermentation? Le méthane (CH 4 ) et le dioxyde de carbone (CO 2 ). 2. Quels sont les deux principaux réservoirs de carbone de la biosphère et sous quelle forme trouve-t-on le carbone? La lithosphère et l hydrosphère. Le carbone se trouve dans les roches, les sédiments et les océans. 3. Quel phénomène libère du CO 2 dans l atmosphère à la suite de la transformation de roches sédimentaires en roches métamorphiques? Le volcanisme. 4. Quelles sont les principales sources d émissions attribuables aux activités humaines qui déséquilibrent le cycle naturel du carbone? La déforestation et la combustion des énergies fossiles. Le cycle de l azote ST STE SE (manuel, pages 352 à 354) 5. a) Quels sont les deux principaux processus naturels permettant la conversion du diazote gazeux (N 2 ) de l atmosphère en azote disponible pour les organismes vivants? La fixation biologique bactérienne et l action des décharges électriques des orages. b) Quelle est la principale particularité des plantes de la famille des légumineuses comme le haricot, la luzerne et le trèfle? Dans les racines des plantes des légumineuses, des bactéries vivant en symbiose assimilent l azote atmosphérique. 6. Qu est-ce que la nitrification? La nitrification est la transformation de l ammoniac (NH 3 ) ou de l ammonium (NH 4+ ) en nitrites (NO 2 ), puis en nitrates (NO 3 ). Les nitrates peuvent être directement absorbés par les racines des végétaux. 7. a) Qu est-ce que la rotation des cultures? La rotation des cultures consiste à cultiver en alternance une série de plantes de familles 33

14 b) À quel type d utilisateur peut-il être destiné? Aux personnes qui doivent réaliser l assemblage d un objet, notamment les consommateurs d objets livrés en pièces détachées. Les tolérances dimensionnelles STE ATS (page 421) 10. Est-ce que les dimensions des pièces qu on fabrique respectent toujours exactement les mesures spécifiées dans un dessin technique? Expliquez votre réponse. Non, car dans la réalité, il est presque impossible de fabriquer une pièce en respectant exactement les dimensions indiquées sur le dessin technique. 11. Pourquoi indique-t-on la tolérance dimensionnelle de certaines mesures sur les dessins techniques? Pour indiquer le degré d imprécision acceptable pour que les pièces puissent s assembler ou fonctionner correctement. La cotation fonctionnelle ATS (page 422) 12. Qu est-ce que la cotation? La cotation est l inscription, sur un dessin technique, des dimensions SECTION 2 Manuel, pages 447 et 448 L ingénierie mécanique Les caractéristiques des liaisons mécaniques ST STE ATS (pages 428 et 429) 1. a) Quelles sont les quatre paires de caractéristiques utilisées pour décrire une fonction liaison en mécanique? 1) Directe ou indirecte. 2) Démontable ou indémontable. 3) Rigide ou élastique. 4) Complète ou partielle. b) Quel rôle un rivet ou une vis et son écrou jouent-ils dans une liaison? Le rôle d organe de liaison. 2. Pour chacune des liaisons suivantes, indiquez ses quatre caractéristiques et précisez si un organe de liaison est utilisé. a) Un tiroir et sa poignée. Liaison indirecte, démontable, rigide, complète. Organes de liaison : quatre vis. b) Un pneu installé sur une jante. Liaison directe, démontable, élastique, complète. requises pour la fabrication et le fonctionnement d un objet technique. 13. Donnez un exemple d un cas où on doit utiliser la cotation fonctionnelle. Pour indiquer l espace prévu entre deux pièces pour permettre leur mouvement, c est-à-dire le jeu mécanique. Les développements ATS (pages 423 et 424) 14. Pourquoi utilise-t-on des développements en dessin technique? On utilise les développements pour concevoir et fabriquer une pièce par cambrage. Il est nécessaire de dessiner un développement afin de prévoir précisément les dimensions et la forme de la feuille à découper, les dimensions des faces de la pièce ainsi que les endroits où les plis seront effectués. 15. Quelles formes sont couramment représentées à l aide de développements? Les prismes (à base carrée, à base rectangulaire ou à base triangulaire), les pyramides, les cônes et les cylindres. 3. Dans une liaison partielle ou élastique, comment se nomme l espace entre la pièce et l organe de liaison qui leur permet de bouger librement? Le jeu mécanique. Les degrés de liberté STE ATS (pages 430 et 431) 4. a) Que sont les degrés de liberté? Ce sont les six mouvements possibles entre deux pièces d un objet technique. b) Combien de degrés de liberté une liaison complète comporte-t-elle? Expliquez votre réponse. Une liaison complète ne comporte aucun degré de liberté, car les pièces ne peuvent pas bouger l une par rapport à l autre. 5. Pour les objets techniques suivants, donnez le nombre de degrés de liberté de la pièce encerclée. a) Un degré de liberté en rotation. 42 Synergie Chapitre 4 Univers technologique

15 b) Trois degrés de liberté en rotation. La fonction de guidage (pages 432 et 433) ST STE ATS 6. Qu est-ce que la fonction de guidage? La fonction de guidage est assurée par un organe de guidage qui oblige une pièce à n effectuer que certains types de mouvements. 7. a) Quelles sont les deux pièces qui assurent un guidage en rotation? L arbre et le moyeu. b) Donnez un exemple d objet technique qui renferme un guidage en rotation. Plusieurs réponses possibles. Exemples : un bouton de réglage du volume, la base pivotante d une lampe de bureau, un guidon de bicyclette, un volant, une roue de bicyclette ou de voiture, etc. 8. a) Quel rôle l organe de guidage joue-t-il dans un guidage en translation? Il joue le rôle d un rail pour la pièce mobile. b) Donnez un exemple d objet technique qui renferme un guidage en translation. Plusieurs réponses possibles. Exemples : une fenêtre coulissante ou à guillotine, une perceuse à colonne, un tiroir, une antenne télescopique, etc. 9. Donnez un exemple d objet technique qui renferme un guidage hélicoïdal. Plusieurs réponses possibles. Exemples : un serre-joint, un étau, un robinet, etc. Les systèmes de transmission du mouvement ST STE ATS (pages 434 à 437) 10. a) Qu est-ce qu un système de transmission du mouvement? C est un système qui permet de transmettre un même type de mouvement d une pièce mécanique à une autre. b) Quels sont les types d organes et leur rôle dans un tel système? Un organe moteur (qui met le système en mouvement) et un organe récepteur (qui reçoit le mouvement). Certains systèmes comportent également un organe intermédiaire (comme une chaîne ou une courroie) qui conduit le mouvement de l organe moteur à l organe récepteur. 11. a) Qu est-ce qu un système de roues de friction? C est un système composé de deux roues dont l une est entraînée dans un mouvement de rotation au contact de l autre. b) Nommez un avantage et un inconvénient du système de roues de friction. Le principal avantage de ce système est que n importe quelle roue de forme cylindrique ou conique peut être utilisée pour transmettre un mouvement de rotation ou en changer l axe. Son principal inconvénient est qu il y a toujours un peu de glissement entre les roues. 12. a) Qu est-ce qu un système de courroie et de poulies? Ce système comporte deux poulies ou plus et une courroie. La rotation d une des poulies entraîne la courroie qui transmet ce mouvement rotation à une seconde poulie. b) Quel rôle la courroie joue-t-elle dans un tel système? La courroie joue le rôle d organe intermédiaire. c) Nommez quatre différents types de courroies. La courroie à section crantée, la courroie à section trapézoïdale, la courroie à section circulaire et la courroie à section rectangulaire. d) Dans quels sens les poulies tournent-elles lorsque la courroie est en forme de «8»? Les poulies tournent en sens inverse. 13. a) Quel est le principal avantage de l utilisation des engrenages par rapport aux roues de friction et à la courroie et aux poulies? La présence de dents sur les roues permet d éviter tout glissement. b) Quel type d engrenage peut-on utiliser lorsqu on souhaite changer l axe de rotation du mouvement? Un engrenage à roues coniques. c) Quels sont les deux types de dentures et lequel est le plus efficace? Expliquez votre réponse. Les deux types de dentures sont les dentures droites et les dentures hélicoïdales. Les engrenages à denture hélicoïdale permettent de réaliser des systèmes plus efficaces et plus silencieux, car la rotation de ces engrenages met plus de dents en contact en même temps. 14. Nommez le système qui permet la transmission d un mouvement de rotation par l intermédiaire d une chaîne. Le système de chaîne et de roues dentées. Synergie Chapitre 4 Univers technologique 43

16 15. Nommez chacun des trois systèmes de transmission du mouvement suivants. a) Roues de frictions. b) Un système à bielle, manivelle et coulisse. b) Courroie à section rectangulaire et poulies. c) Engrenage à roue droite et denture hélicoïdale. Les systèmes de transformation du mouvement ST STE ATS (pages 438 à 440) 16. Qu est-ce qu un système de transformation du mouvement? Un système de transformation du mouvement est un système qui convertit un mouvement de rotation en un mouvement de translation, ou un mouvement de translation en un mouvement de rotation. 17. a) Quelle transformation du mouvement est assurée par un système à vis et écrou? La transformation d un mouvement de rotation en un mouvement de translation. b) Quel type de guidage permet la liaison entre les deux pièces d un tel système? Un guidage hélicoïdal. 18. a) Qu est-ce qu un système à bielle, manivelle et coulisse? C est un système qui transforme un mouvement de translation en un mouvement de rotation, ou vice versa. b) Nommez un exemple d objet technique utilisant un tel système. Un moteur à combustion. 19. Nommez les systèmes de transformation du mouvement utilisés dans chacun des objets techniques suivants. a) Un système à vis et écrou. 20. Qu est-ce qu un système à pignon et crémaillère? C est un système qui transforme le mouvement de rotation du pignon en un mouvement de translation de la crémaillère, ou vice versa. 21. Qu est-ce qu un système à came et tige guidée? C est un système qui transforme le mouvement de rotation de la came en un mouvement de translation de la tige guidée. STE ATS 22. Qu est-ce qui distingue un excentrique d une came? Un excentrique permet de transformer un mouvement de translation comme celui d une tige guidée. Ce qui distingue l excentrique d une came est sa forme ronde et son axe de rotation décentré par rapport à sa circonférence. L adhérence et le frottement ST STE ATS (pages 441 et 442) 23. Comment obtient-on l adhérence de deux pièces liées mécaniquement? On obtient l adhérence à l aide d un organe de liaison qui maintient les deux pièces en contact comme une vis, un rivet ou un goujon. On peut également utiliser des colles ou d autres substances adhésives, ou simplement insérer une pièce dans une autre, ce qui conduit souvent à une liaison indémontable. 24. Outre la force appliquée sur les pièces, de quels autres facteurs l adhérence peut-elle dépendre? L adhérence peut dépendre des matériaux utilisés, de la température et du poids des pièces. 25. a) Quels sont les deux phénomènes engendrés par le frottement? Le frottement entraîne l usure des pièces et des pertes d énergie. b) Nommez deux façons de limiter le frottement entre deux pièces. On peut utiliser un lubrifiant comme de l huile ou de l air, ou utiliser des roulements. 44 Synergie Chapitre 4 Univers technologique

17 Les changements de vitesse et les couples STE ATS (pages 443 à 446) 26. a) Qu est-ce que le changement de vitesse? C est le rapport entre la vitesse de rotation de l organe moteur et la vitesse de rotation de l organe récepteur. b) Que sont la roue menante et la roue menée? La roue menante est reliée à l organe moteur. La roue menée est reliée à l organe récepteur. 27. Calculez la vitesse de la roue menée dans les deux systèmes suivants. a) 25 tours/min 15 dents/25 dents = 15 tours/min SECTION (25 tours/min) Roue menante (15 dents) 3 Manuel, pages 467 et 468 Roue menée (25 dents) L ingénierie électrique La fonction d alimentation (pages 453 et 454) ST STE ATS 1. Quel est le rôle de la fonction d alimentation dans un circuit électrique? Le rôle de la fonction d alimentation est de fournir l énergie nécessaire au passage d un courant électrique dans le circuit. 2. a) Donnez trois exemples de sources d alimentation de courant continu. Les piles, les batteries, les génératrices à courant continu (ex. : une dynamo de bicyclette) et les redresseurs de courant. b) Donnez deux raisons qui justifient l utilisation du courant continu pour alimenter des objets techniques. Le courant continu est principalement utilisé dans les objets techniques portables comme les lampes de poche, les téléphones cellulaires, les baladeurs et les ordinateurs portables. Il est également employé pour les appareils qui ne peuvent être alimentés par un réseau de distribution, comme certaines stations météorologiques automatiques, les automobiles et les satellites. ATS b) 30 tours/min 30 mm/12 mm = 75 tours/min (30 tours/min) Roue menante (30 mm) Roue menée (12 mm) 28. a) Qu est-ce que le couple moteur? Le couple moteur correspond à l action combinée de forces qui s appliquent sur un organe moteur et qui tendent à produire un mouvement. b) Qu est-ce que le couple résistant? Le couple résistant résulte des forces qui s opposent au mouvement de rotation de l organe moteur. c) Que se passe-t-il lorsque le couple résistant est supérieur au couple moteur? La vitesse de rotation du système diminue ou si elle est déjà nulle, elle le reste. 3. a) Qu est-ce qui distingue le courant alternatif du courant continu? Le courant alternatif change périodiquement de sens tandis que le courant continu circule toujours dans le même sens. b) Quelle source d alimentation est communément utilisée pour produire du courant alternatif? Une génératrice, qu on appelle «alternateur», dans les centrales électriques (thermiques, nucléaires, hydroélectriques) et les éoliennes. c) Quel dispositif permet de convertir le courant continu en courant alternatif? Un onduleur. Les fonctions de conduction, d isolation et de protection ST STE ATS (pages 455 à 458) 4. a) Quelle composante électrique permet au courant de passer dans l ensemble d un circuit? Un conducteur. b) Quelle composante électrique empêche les fuites de courant à l extérieur d un circuit? Un isolant. Synergie Chapitre 4 Univers technologique 45

18 Les changements de vitesse et les couples STE ATS (pages 443 à 446) 26. a) Qu est-ce que le changement de vitesse? C est le rapport entre la vitesse de rotation de l organe moteur et la vitesse de rotation de l organe récepteur. b) Que sont la roue menante et la roue menée? La roue menante est reliée à l organe moteur. La roue menée est reliée à l organe récepteur. 27. Calculez la vitesse de la roue menée dans les deux systèmes suivants. a) 25 tours/min 15 dents/25 dents = 15 tours/min SECTION (25 tours/min) Roue menante (15 dents) 3 Manuel, pages 467 et 468 Roue menée (25 dents) L ingénierie électrique La fonction d alimentation (pages 453 et 454) ST STE ATS 1. Quel est le rôle de la fonction d alimentation dans un circuit électrique? Le rôle de la fonction d alimentation est de fournir l énergie nécessaire au passage d un courant électrique dans le circuit. 2. a) Donnez trois exemples de sources d alimentation de courant continu. Les piles, les batteries, les génératrices à courant continu (ex. : une dynamo de bicyclette) et les redresseurs de courant. b) Donnez deux raisons qui justifient l utilisation du courant continu pour alimenter des objets techniques. Le courant continu est principalement utilisé dans les objets techniques portables comme les lampes de poche, les téléphones cellulaires, les baladeurs et les ordinateurs portables. Il est également employé pour les appareils qui ne peuvent être alimentés par un réseau de distribution, comme certaines stations météorologiques automatiques, les automobiles et les satellites. ATS b) 30 tours/min 30 mm/12 mm = 75 tours/min (30 tours/min) Roue menante (30 mm) Roue menée (12 mm) 28. a) Qu est-ce que le couple moteur? Le couple moteur correspond à l action combinée de forces qui s appliquent sur un organe moteur et qui tendent à produire un mouvement. b) Qu est-ce que le couple résistant? Le couple résistant résulte des forces qui s opposent au mouvement de rotation de l organe moteur. c) Que se passe-t-il lorsque le couple résistant est supérieur au couple moteur? La vitesse de rotation du système diminue ou si elle est déjà nulle, elle le reste. 3. a) Qu est-ce qui distingue le courant alternatif du courant continu? Le courant alternatif change périodiquement de sens tandis que le courant continu circule toujours dans le même sens. b) Quelle source d alimentation est communément utilisée pour produire du courant alternatif? Une génératrice, qu on appelle «alternateur», dans les centrales électriques (thermiques, nucléaires, hydroélectriques) et les éoliennes. c) Quel dispositif permet de convertir le courant continu en courant alternatif? Un onduleur. Les fonctions de conduction, d isolation et de protection ST STE ATS (pages 455 à 458) 4. a) Quelle composante électrique permet au courant de passer dans l ensemble d un circuit? Un conducteur. b) Quelle composante électrique empêche les fuites de courant à l extérieur d un circuit? Un isolant. Synergie Chapitre 4 Univers technologique 45

19 5. a) Quelle propriété permet de déterminer si un matériau constitue un bon conducteur ou un bon isolant? La conductibilité électrique. b) Donnez trois exemples de métaux qui constituent de bons conducteurs électriques. Le cuivre (Cu), l or (Au) et l argent (Ag). c) Donnez trois exemples de matériaux qui constituent de bons isolants. Le verre, le plastique et la céramique. STE ATS STE ATS STE ATS 6. Expliquez brièvement comment les fonctions de conduction et d isolation sont assurées dans un circuit imprimé. La fonction de conduction est assurée par des pistes conductrices sur lesquelles sont soudées les composantes électroniques. Ces pistes sont généralement fabriquées en cuivre (CU). La fonction d isolation est, pour sa part, assurée en partie par la plaque de plastique sous les pistes, et en partie par l air au-dessus des pistes. 7. a) Qu est-ce que la résistance? La résistance est la propriété des composantes qui limite le passage du courant dans un circuit. b) Dans un circuit imprimé, quelle composante électronique utilise-t-on pour contrôler la circulation du courant électrique? Des résisteurs. 8. Donnez la valeur de résistance et la tolérance de chacune des composantes suivantes. a) Chiffres significatifs : jaune (4), vert(5), multiplicateur : orange : (10 3 ), tolérance : gris foncé (0,05 %). Cette codification signifie à 0,05 %, soit W ± 0,05 %. b) Chiffres significatifs : rouge (2), violet (7) multiplicateur : brun (10), tolérance : argent (10 %). Cette codification signifie W à 10 %, soit 270 ± 10 %. 9. a) Quel est le rôle de la fonction de protection? Le rôle de la fonction de protection est d interrompre automatiquement le courant en cas de surcharge ou de court-circuit. b) Nommez les dispositifs de protection suivants et expliquez leur fonctionnement. En haut : Il s agit d un disjoncteur. Le déclenchement automatique de ce dispositif se produit lors d un court-circuit ou d une surcharge. Une fois le circuit ouvert, le courant cesse de passer. Pour rétablir le courant, il faut réenclencher l e disjoncteur. En bas : Il s agit d un disjoncteur de fuite à la terre (aussi appelé «différentiel»). Le déclenchement de ce dispositif se produit uniquement lors d une différence d intensité causée par un courtcircuit. Ils sont obligatoirement installés dans les endroits susceptibles d être en présence d eau et se trouvent généralement sous la forme de prises murales de salles de bain ou de prises extérieures. Pour rétablir le courant, il faut réenclencher le disjoncteur à l aide du bouton prévu à cet effet. La fonction de commande (pages 459 et 460) ST STE ATS 10. Qu est-ce que la fonction de commande? La fonction de commande est assurée par un interrupteur qui permet d ouvrir ou de fermer un circuit électrique. STE ATS 11. Nommez les interrupteurs suivants et expliquez leur fonctionnement. a) Interrupteur à bascule ou à lame : interrupteur à rupture brusque commandée par un bouton à bascule. b) Interrupteur à bouton poussoir : interrupteur actionné par un bouton-poussoir sur lequel il faut appuyer pour fermer le circuit et l ouvrir. 46 Synergie Chapitre 4 Univers technologique

20 STE ATS c) Interrupteur à commande infrarouge : dispositif sensible à la chaleur du toucher. 12. a) Quel type d interrupteur est le plus communément utilisé dans les appareils électriques et les habitations? L interrupteur unipolaire. b) Quel type d interrupteur est habituellement utilisé dans les circuits en «va-et-vient»? L interrupteur bidirectionnel. La fonction de transformation de l énergie ST STE ATS (pages 461 à 463) 13. a) Nommez trois types de transformation de l énergie électrique. La transformation en lumière, en chaleur et en énergie mécanique. b) Pour chaque type de transformation, nommez deux composantes qui assurent cette fonction. - La transformation en lumière: ampoule à incandescence, ampoule à halogène, ampoule fluorescente. - La transformation en chaleur : éléments chauffants, induction électromagnétique. - La transformation en énergie mécanique : électroaimants et moteurs électriques. 14. Qu est-ce qui distingue une ampoule à incandescence d une ampoule fluorescente? Dans une ampoule à incandescence, le courant traverse un filament de tungstène (W) qui chauffe et émet de la lumière. Dans une ampoule fluorescente, le passage du courant produit des décharges électriques dans un gaz inerte, généralement de l argon (Ar), lesquelles créent un rayonnement ultraviolet très énergétique. La paroi du tube est recouverte d une substance fluorescente qui absorbe les ultraviolets et réémet de la lumière visible. Les fonctions du condensateur, de la diode, du transistor et du relais semi-conducteur STE ATS (pages 464 à 467) 15. Quelle fonction est assurée par le condensateur? Le condensateur assure la fonction de réserve temporaire d énergie électrique. 16. a) Quelle fonction est assurée par la diode? La fonction de la diode est de n autoriser le passage du courant que dans un seul sens. b) Quelle est la principale application des diodes? Comment nomme-t-on le dispositif ainsi utilisé? La principale application des diodes est d obtenir du courant continu à partir d une source d alimentation en courant alternatif. Pour ce faire, on utilise le principe du pont de diodes, qui est à la base de dispositifs comme les redresseurs de courant, également appelés «adaptateurs de courant». ATS ATS 17. a) Quelle composante électronique peut être utilisée à la fois comme amplificateur et comme interrupteur? Le transistor. b) Donnez un exemple d application de cette composante. Le transistor est utilisé, entre autres, pour gérer avec précision des systèmes électriques comme des moteurs ou des éclairages. 18. a) Décrivez brièvement l utilité du relais. Le relais est une composante utilisée entre deux circuits électriques ; un circuit généralement à basse tension qui comprend une fonction de commande, et un circuit à haute tension qui comprend une fonction de transformation de l énergie. L utilisation d un relais permet d utiliser des interrupteurs fonctionnant sous basse tension alors que les dispositifs qu ils commandent fonctionnent sous haute tension. b) Quel avantage présente l utilisation du relais semi-conducteur? Le relais semi-conducteur a l avantage de ne pas comporter de pièces mobiles et d avoir une durée de vie plus longue. Synergie Chapitre 4 Univers technologique 47