Seules les parties de programme concernant les sciences de la Terre sont détaillées.

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La géologie au collège

Cycle 3

AFC : Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique.

• AAC : Mettre en oeuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière.
                  Diversité de la matière : métaux, minéraux, verres, plastiques, matière organique sous différentes formes…
                  L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température.
                  Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (par exemple : densité, solubilité, élasticité…).
                  La matière à grande échelle : Terre, planètes, Univers.

Cycle 4

AFC :  Explorer et expliquer certains phénomènes géologiques liés au fonctionnement de la Terre.

• AAC : La Terre dans le système solaire.
• AAC : Expliquer quelques phénomènes géologiques à partir du contexte géodynamique global.

                  Le système solaire, les planètes telluriques et les planètes gazeuses.
                  Le globe terrestre (forme, rotation, dynamique interne et tectonique des plaques ; séismes, éruptions volcaniques).
                  Eres géologiques.

AFC :  Explorer et expliquer certains éléments de météorologie et de climatologie.

• AAC : Expliquer quelques phénomènes météorologiques et climatiques.

                  Météorologie; dynamique des masses d’air et des masses d’eau ; vents et courants océaniques.
                  Différence entre météo et climat ; les grandes zones climatiques de la Terre.
                  Les changements climatiques passés (temps géologiques) et actuel (influence des activités humaines sur le climat).

AFC :  Identifier les principaux impacts de l’action humaine, bénéfices et risques, à la surface de la planète Terre.

• AAC : Relier les connaissances scientifiques sur les risques naturels (ex. séismes, cyclones, inondations) ainsi que ceux liés aux activités humaines (pollution de l’air et des mers, réchauffement climatique…) aux mesures de prévention (quand c’est possible), de protection,d’adaptation, ou d’atténuation.

                  Les phénomènes naturels : risques et enjeux pour l’être humain
                  Notions d’aléas, de vulnérabilité et de risque en lien avec les phénomènes naturels ; prévisions

AFC :  Envisager ou justifier des comportements responsables face à l’environnement et à la préservation des ressources limitées de la planète.

• AAC : Caractériser quelques-uns des principaux enjeux de l’exploitation d’une ressource naturelle par l’être humain, en lien avec quelques grandes questions de société.

                  L’exploitation de quelques ressources naturelles par l’être humain (eau, sol, pétrole, charbon, bois, ressources minérales, ressources halieutiques, …) pour ses besoins en nourriture et ses activités quotidiennes.

• AAC : Comprendre et expliquer les choix en matière de gestion de ressources naturelles à différentes échelles.
• AAC : Expliquer comment une activité humaine peut modifier l’organisation et le fonctionnement des écosystèmes en lien avec quelques questions environnementales globales.
• AAC : Proposer des argumentations sur les impacts générés par le rythme, la nature (bénéfices/ nuisances), l’importance et la variabilité des actions de l’être humain sur l’environnement.

                  Quelques exemples d’interactions entre les activités humaines et l’environnement, dont l’interaction être humain - biodiversité (de l’échelle d’un écosystème local et de sa dynamique jusqu’à celle de la planète.

AFC : Mettre en relation différents faits et établir des relations de causalité pour expliquer l'évolution des êtres vivants

• AAC : Mettre en évidence des faits d’évolution des espèces et donner des arguments en faveur de quelques mécanismes de l’évolution.

                  Apparition et disparition d’espèces au cours du temps (dont les premiers organismes vivants sur Terre).
 

La géologie au lycée

Classe de Seconde

La Terre, la vie et l’organisation du vivant

La biodiversité change au cours du temps.

• La biodiversité évolue en permanence. Cette évolution est observable sur de courtes échelles de temps, tant au niveau génétique que spécifique.
• L’étude de la biodiversité du passé par l’examen des fossiles montre que l’état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l’histoire du vivant. Ainsi, les organismes vivants actuels ne représentent-ils qu’une infime partie des organismes ayant existé depuis le début de la vie.
• Les crises biologiques sont un exemple de modification importante de la biodiversité (extinctions massives suivies de diversification).
• De nombreux facteurs, dont l’activité humaine, provoquent des modifications de la biodiversité.

Les enjeux contemporains de la planète

Géosciences et dynamique des paysages
Dans ce thème, l’étude des paysages actuels permet de comprendre les mécanismes de leur évolution, le caractère inexorable de l’érosion et l’importance des mécanismes sédimentaires. Par de nombreuses manipulations, les élèves abordent également, dans une première approche, l’étude pétrologique qui sera ensuite enrichie dans l’enseignement de spécialité. Enfin, ils saisissent l’intérêt des géosciences pour comprendre le monde qui nous entoure mais aussi pour identifier les ressources utilisables par l’humanité et prévenir les risques.

L’érosion, processus et conséquences

• L'érosion affecte la totalité des reliefs terrestres. L’eau est le principal facteur de leur altération (modification physique et chimique des roches) et de leur érosion (ablation et transport des produits de l’altération).
• L’altération des roches dépend de différents facteurs dont la nature des roches (cohérence, composition), le climat et la présence de végétation.
• Une partie des produits d’altération, solubles et/ou solides, sont transportés jusqu’au lieu de leur sédimentation, contribuant à leur tour à la modification du paysage.

Sédimentation et milieux de sédimentation

• Il existe une diversité de roches sédimentaires détritiques (conglomérats, grès, pélites) en fonction de la nature des dépôts.
• Les roches formées dépendent des apports et du milieu de sédimentation.
• Ces roches sont formées par compaction et cimentation des dépôts sédimentaires suite à l’enfouissement en profondeur.

Érosion et activité humaine

• L’être humain utilise de nombreux produits de l’érosion/sédimentation pour ses besoins. Par ailleurs, l’activité humaine peut limiter ou favoriser l’érosion, entraînant des risques importants dans certaines zones du globe. Des mesures d’aménagement spécifiques peuvent limiter les risques encourus par les populations humaines.

Classe de Première spécialité SVT

La Terre, la vie et l’organisation du vivant

La dynamique interne de la Terre
Les élèves découvrent le fonctionnement interne actuel de la Terre, une planète active. Ils apprennent comment les méthodes des géosciences permettent de construire une approche scientifique de la dynamique terrestre. C’est aussi l’occasion pour eux de s’approprier les ordres de grandeur des objets (échelles de temps, échelle de taille) et des mécanismes de la géologie, en mobilisant différents objets géologiques, de la roche au globe terrestre.

La structure du globe terrestre
Des contrastes entre les continents et les océans

• La distribution bimodale des altitudes observée entre continents et le fond des océans reflète un contraste géologique, qui se retrouve dans la nature des roches et leur densité.
• Si la composition de la croûte continentale présente une certaine hétérogénéité visible en surface (roches magmatiques, sédimentaires, métamorphiques), une étude en profondeur révèle que les granites en sont les roches les plus représentatives.

L’apport des études sismologiques et thermiques à la connaissance du globe terrestre

• Un séisme résulte de la libération brutale d’énergie lors de rupture de roches soumises à des contraintes.
• Les informations tirées du trajet et de la vitesse des ondes sismiques permettent de comprendre la structure interne de la Terre (croûte – manteau – noyau ; modèle sismique PREM [Preliminary Reference Earth Model], comportement mécanique du manteau permettant de distinguer lithosphère et asthénosphère ; état du noyau externe liquide et du noyau interne solide).
• Les études sismologiques montrent les différences d’épaisseur entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale.
• L’étude des séismes au voisinage des fosses océaniques permet de différencier le comportement d’une lithosphère cassante par rapport à une asthénosphère plus ductile.
• La température interne de la Terre croît avec la profondeur (gradient géothermique). Le profil d’évolution de la température interne présente des différences suivant les enveloppes internes de la Terre, liées aux modes de transfert thermique : la conduction et la convection. Le manteau terrestre est animé de mouvements de convection, mécanisme efficace de transfert thermique.
• La propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées comme des hétérogénéités thermiques au sein du manteau.

La dynamique de la lithosphère
La caractérisation de la mobilité horizontale

• La lithosphère terrestre est découpée en plaques animées de mouvements. Le mouvement des plaques, dans le passé et actuellement, peut être quantifié par différentes méthodes géologiques : études des anomalies magnétiques, mesures géodésiques, détermination de l’âge des roches par rapport à la dorsale, alignements volcaniques liés aux points chauds.
• La distinction de l’ensemble des indices géologiques et les mesures actuelles permettent d’identifier des zones de divergence et des zones de convergence aux caractéristiques géologiques différentes (marqueurs sismologiques, thermiques, pétrologique).

La dynamique des zones de divergence

• La divergence des plaques de part et d’autre des dorsales permet la mise en place d’une nouvelle lithosphère.
• Celle-ci se met en place par apport de magmas mantelliques à l’origine d’une nouvelle croûte océanique. Ce magmatisme à l’aplomb des dorsales s’explique par la décompression du manteau.
• Dans certaines dorsales (dorsales lentes) l’activité magmatique est plus réduite et la divergence met directement à l’affleurement des zones du manteau.
• La nouvelle lithosphère formée se refroidit en s’éloignant de l’axe et s’épaissit. Cet épaississement induit une augmentation progressive de la densité de la lithosphère.
• La croûte océanique et les niveaux superficiels du manteau sont le siège d’une circulation d’eau qui modifie les minéraux.

La dynamique des zones de convergence : Les zones de subduction

• La lithosphère océanique plonge en profondeur au niveau d’une zone de subduction.
• Les zones de subduction sont le siège d’un magmatisme sur la plaque chevauchante.
• Le volcanisme est de type explosif : les roches mises en place montrent une diversité pétrologique mais leur minéralogie atteste toujours de magmas riches en eau.
• Ces magmas sont issus de la fusion partielle du coin de manteau situé sous la plaque chevauchante ; ils peuvent s'exprimer en surface ou peuvent cristalliser en profondeur, sous forme de massifs plutoniques. Ils peuvent subir des modifications lors de leur ascension, ce qui explique la diversité des roches.
• La fusion partielle des péridotites est favorisée par l’hydratation du coin de manteau.
• Les fluides hydratant le coin de manteau sont apportés par des transformations minéralogiques affectant le panneau en subduction, dont une partie a été hydratée au niveau des zones de dorsales.
• La mobilité des plaques lithosphériques résulte de phénomènes de convection impliquant les plaques elles-mêmes et l’ensemble du manteau.
• L’augmentation de la densité de la lithosphère constitue un facteur important contrôlant la subduction et, par suite, les mouvements descendants de la convection. Ceux-ci participent à leur tour à la mise en place des mouvements ascendants.

La dynamique des zones de convergence : Les zones de collision

• L’affrontement de lithosphère de même densité conduit à un épaississement crustal. L’épaisseur de la croûte résulte d’un raccourcissement et d’un empilement des matériaux lithosphériques.
• Raccourcissement et empilement sont attestés par un ensemble de structures tectoniques déformant les roches (plis, failles, chevauchements, nappes de charriage).

Classe de Première Enseignement Scientifique

3 - La Terre, un astre singulier

La Terre, singulière parmi un nombre gigantesque de planètes, est un objet d’étude ancien.
Les évidences apparentes et les récits non scientifiques ont d’abord conduit à de premières représentations. La compréhension scientifique de sa forme, son âge et son mouvement résulte d’un long cheminement, émaillé de controverses.

3.2 - L’histoire de l’âge de la Terre
L’âge de la Terre est d’un ordre de grandeur sans rapport avec la vie humaine. Sa compréhension progressive met en oeuvre des arguments variés.

Au cours de l’histoire des sciences, plusieurs arguments ont été utilisés pour aboutir à la connaissance actuelle de l’âge de la Terre : temps de refroidissement, empilements sédimentaires, évolution biologique, radioactivité.
L’âge de la Terre aujourd’hui précisément déterminé est de 4,57.10⁹ ans.

Classe de Terminale S

La Terre dans l'Univers, la vie, l'évolution du vivant - Génétique et évolution

Un regard sur l'évolution de l'Homme

• D'un point de vue génétique, l'Homme et le chimpanzé, très proches, se distinguent surtout par la position et la chronologie d'expression de certains gènes. Le phénotype humain, comme celui des grands singes proches, s'acquiert au cours du développement pré et postnatal, sous l'effet de l'interaction entre l'expression de l'information génétique et l'environnement (dont la relation aux autres individus).
• Les premiers primates fossiles datent de - 65 à -50 millions d'années. Ils sont variés et ne sont identiques ni à l'Homme actuel, ni aux autres singes actuels. La diversité des grands primates connue par les fossiles, qui a été grande, est aujourd'hui réduite.
• Homme et chimpanzé partagent un ancêtre commun récent. Aucun fossile ne peut être à coup sûr considéré comme un ancêtre de l'homme ou du chimpanzé.
• Le genre Homo regroupe l'Homme actuel et quelques fossiles qui se caractérisent notamment par une face réduite, un dimorphisme sexuel peu marqué sur le squelette, un style de bipédie avec trou occipital avancé et aptitude à la course à pied, une mandibule parabolique, etc. Production d'outils complexes et variété des pratiques culturelles sont associées au genre Homo, mais de façon non exclusive. La construction précise de l'arbre phylogénétique du genre Homo est controversée dans le détail.

Le domaine continental et sa dynamique

La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

• La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l'asthénosphère. Les différences d'altitude moyenne entre les continents et les océans s'expliquent par des différences crustales.
• La croûte continentale, principalement formée de roches voisines du granite, est d'une épaisseur plus grande et d'une densité plus faible que la croûte océanique.
• L'âge de la croûte océanique n'excède pas 200 Ma, alors que la croûte continentale date par endroit de plus de 4 Ga. Cet âge est déterminé par radiochronologie.
• Au relief positif qu'est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale.
• L'épaisseur de la croûte résulte d'un épaississement lié à un raccourcissement et un empilement. On en trouve des indices tectoniques (plis, failles, nappes) et des indices pétrographiques (métamorphisme, traces de fusion partielle).
• Les résultats conjugués des études tectoniques et minéralogiques permettent de reconstituer un scénario de l'histoire de la chaîne.

La convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de montagnes

• Les chaînes de montagnes présentent souvent les traces d'un domaine océanique disparu (ophiolites) et d'anciennes marges continentales passives. La « suture » de matériaux océaniques résulte de l'affrontement de deux lithosphères continentales (collision). Tandis que l'essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s'épaissit par empilement de nappes dans la zone de contact entre les deux plaques.
• Les matériaux océaniques et continentaux montrent les traces d'une transformation minéralogique à grande profondeur au cours de la subduction. La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit. L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère. En surface, son âge n'excède pas 200 Ma.

Le magmatisme en zone de subduction : une production de nouveaux matériaux continentaux

• Dans les zones de subduction, des volcans émettent des laves souvent visqueuses associées à des gaz et leurs éruptions sont fréquemment explosives. La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l'eau qu'elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent.
• Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde. Un magma, d'origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental.

La disparition des reliefs

• Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs moins élevés que les plus récentes. On y observe à l'affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur. Les parties superficielles des reliefs tendent à disparaître.
• Altération et érosion contribuent à l'effacement des reliefs. Les produits de démantèlement sont transportés sous forme solide ou soluble, le plus souvent par l'eau, jusqu'en des lieux plus ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation).
• Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs. L'ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale.

Enjeux planétaires contemporains

• La température croît avec la profondeur (gradient géothermique) ; un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre (flux géothermique). Gradients et flux varient selon le contexte géodynamique.
• Le flux thermique a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches.
• Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre : la convection et la conduction. Le transfert par convection est beaucoup plus efficace.
• À l'échelle globale, le flux fort dans les dorsales est associé à la production de lithosphère nouvelle ; au contraire, les zones de subduction présentent un flux faible associé au plongement de la lithosphère âgée devenue dense. La Terre est une machine thermique.
• L'énergie géothermique utilisable par l'Homme est variable d'un endroit à l'autre.
• Le prélèvement éventuel d'énergie par l'Homme ne représente qu'une infime partie de ce qui est dissipé.

Classe de Terminale S spécialité SVT

Enjeux planétaires contemporains - Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir

Les enveloppes fluides de la Terre (atmosphère et hydrosphère) sont le siège d'une dynamique liée notamment à l'énergie reçue du Soleil. Elles sont en interaction permanente avec la biosphère et la géosphère. Le climat, à l'échelle globale ou locale, est à la fois le résultat de ces interactions et la condition de leur déroulement. La compréhension, au moins partielle, de cette complexité permet d'envisager une gestion raisonnée de l'influence de l'Homme. Sans chercher l'exhaustivité, l'objectif de ce thème est d'aborder quelques aspects de la relation entre histoire des enveloppes fluides de la Terre et histoire du climat.

•     L'atmosphère initiale de la Terre était différente de l'atmosphère actuelle. Sa transformation est la conséquence, notamment, du développement de la vie. L'histoire de cette transformation se trouve inscrite dans les roches, en particulier celles qui sont sédimentaires.
•     Les bulles d'air contenues dans les glaces permettent d'étudier la composition de l'air durant les 800.000 dernières années y compris des polluants d'origine humaine. La composition isotopique des glaces et d'autres indices (par exemple la palynologie) permettent de retracer les évolutions climatiques de cette période.
•     L'effet de serre, déterminé notamment par la composition atmosphérique, est un facteur influençant le climat global. La modélisation de la relation effet de serre/climat est complexe. Elle permet de proposer des hypothèses d'évolutions possibles du climat de la planète notamment en fonction des émissions de gaz à effet de serre induites par l'activité humaine.
•     Sur les grandes durées (par exemple pendant le dernier milliard d'années), les traces de variations climatiques importantes sont enregistrées dans les roches sédimentaires. Des conditions climatiques très éloignées de celles de l'époque actuelle ont existé.