Thème 1 – La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée

L’histoire de la Terre s’inscrit dans celle de l’Univers. Le développement de la vie sur Terre est lié à des particularités de la planète. La vie émerge de la nature inerte. Les êtres vivants possèdent une organisation et un fonctionnement propres. Leurs formes montrent une diversité immense, variable dans le temps, au gré de l’évolution.

Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ?

La Terre est une planète rocheuse du système solaire.

Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie.

Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire.

Ces conditions peuvent exister sur d’autres planètes qui possèderaient des caractéristiques voisines sans pour autant que la présence de vie y soit certaine.

Objectifs et mots clés. Système solaire, étoile, planète gazeuse, planète rocheuse, astéroïde, comète.

[Limites. Différenciation du globe terrestre ; origine de la planète ; origine de la vie.]

Convergences. Physique : l’univers, le système solaire, les états de l’eau, l’atmosphère.

Expérimenter, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations pour :

- comparer les différents objets du système solaire et dégager les singularités de la Terre ;

- relier les particularités de la planète Terre à sa masse et sa distance au Soleil et définir une zone d’habitabilité autour des étoiles.

La nature du vivant

Les êtres vivants sont constitués d’éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre. Leurs proportions sont différentes dans le monde inerte et dans le monde vivant. Ces éléments chimiques se répartissent dans les

diverses molécules constitutives des êtres vivants.

Les êtres vivants se caractérisent par leur matière carbonée et leur richesse en eau.

L’unité chimique des êtres vivants est un indice de leur parenté.

(Collège. Lipides, protides, glucides.)

[Limites. Aucune étude biochimique exhaustive n’est attendue.]

Convergences. Chimie : les éléments chimiques, espèces chimiques, classification périodique des éléments.

Expérimenter, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre la parenté chimique entre le vivant et le non vivant.

Mettre en œuvre un processus (analyse chimique et/ou logiciel de visualisation moléculaire et/ou pratique documentaire) pour repérer quelques caractéristiques des molécules du vivant.

De nombreuses transformations chimiques se déroulent à l’intérieur de la cellule : elles constituent le métabolisme. Il est contrôlé par les conditions du milieu et par le patrimoine génétique.

La cellule est un espace limité par une membrane qui échange de la matière et de l’énergie avec son environnement.

Cette unité structurale et fonctionnelle commune à tous les êtres vivants est un indice de leur parenté.

Objectifs et mots clés. On étudie un exemple. Mutant, organite, ordres de grandeur de tailles (cellule, organite, membrane). Distinction procaryote / eucaryote.

(Collège. Membrane, noyau, cytoplasme ; information génétique, gène, allèle.)

[Limites. Les réactions du métabolisme ; l’ultrastructure des organites ; la nomenclature des organites.]

Convergences. Chimie : transformations chimiques.

Mettre en œuvre un raisonnement expérimental pour :

- montrer l’effet de mutations sur le métabolisme cellulaire et comprendre le rôle du génome ;

- repérer l’influence de l’environnement sur le fonctionnement d’une cellule ;

- comprendre les mécanismes d’une démonstration expérimentale : comparaisons, tests, témoins.

Réaliser une préparation microscopique et/ou utiliser des logiciels et/ou organiser et recenser des informations pour distinguer les échelles : atome, molécule, cellule, organe, organisme et les ordres de grandeur associés.

Comparer des ultrastructures cellulaires pour illustrer la parenté entre les êtres vivants.

La transgénèse montre que l’information génétique est contenue dans la molécule d’ADN et qu’elle y est inscrite dans un langage universel.

La variation génétique repose sur la variabilité de la molécule d’ADN (mutation).

L’universalité du rôle de l’ADN est un indice de la parenté des êtres vivants.

Objectifs et mots clés. La double hélice, nucléotide, séquence.

(Collège. L’information génétique est contenue dans le noyau ; l’ADN est présent dans le noyau.)

[Limites. Code génétique, transcription, traduction, réplication ; la transgénèse est utilisée comme méthode mais aucune connaissance sur ses mécanismes ne doit être acquise.]

Manipuler, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations pour mettre en évidence l’universalité de l’ADN.

Mettre en œuvre une méthode (démarche historique et/ou utilisation de logiciel et/ou pratique documentaire) permettant d’approcher la structure de l’ADN et la nature du message codé.

La biodiversité, résultat et étape de l’évolution

La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des espèces et la diversité génétique au sein des espèces.

L’état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l’histoire du monde vivant : les espèces actuelles représentent une infime partie du total des espèces ayant existé depuis les débuts de la vie.

La biodiversité se modifie au cours du temps sous l’effet de nombreux facteurs, dont l’activité humaine.

Objectifs et mots clés. On enrichit la notion de biodiversité, à l’occasion d’une sortie ou d’un travail de laboratoire.

(Collège. Détermination d’espèces vivantes, première approche de la biodiversité, biodiversités anciennes.)

[Limites. L’écosystème est seulement défini comme l’ensemble constitué par un milieu et les êtres vivants qui l’habitent.]

Manipuler, extraire et organiser des informations, si possible sur le terrain, pour :

- repérer les divers aspects de la biodiversité dans une situation donnée ;

- mettre en évidence l’influence de l’Homme sur la biodiversité.

Utiliser des outils simples de détermination d’espèces végétales ou animales (actuelles ou fossiles) pour mettre en évidence la biodiversité d’un milieu.

Prendre conscience de la responsabilité humaine face à l’environnement et au monde vivant.

Au sein de la biodiversité, des parentés existent qui fondent les groupes d’êtres vivants. Ainsi, les vertébrés ont une organisation commune.

Les parentés d’organisation des espèces d’un groupe suggèrent qu’elles partagent toutes un ancêtre commun.

Objectifs et mots clés. Polarité, symétrie, squelette osseux, vertèbre.

(Collège. Classification en groupes emboîtés ; arbre phylogénétique.)

[Limites. Les caractères communs aux vertébrés non

cités dans les mots clés n’ont pas à être mémorisés.]

Mettre en œuvre un protocole de dissection pour comparer l’organisation de quelques vertébrés.

Manipuler, recenser, extraire et organiser des informations sur l’organisation de quelques vertébrés actuels et/ou fossiles.

La diversité des allèles est l’un des aspects de la biodiversité.

La dérive génétique est une modification aléatoire de la diversité des allèles. Elle se produit de façon plus marquée lorsque l’effectif de la population est faible.

La sélection naturelle et la dérive génétique peuvent conduire à l’apparition de nouvelles espèces.

(Collège. Première approche de la variation, crise biologique ; sélection par le milieu des formes les plus adaptées.)

[Limites. La compréhension de la notion de dérive se limite à une première appréhension qualitative, sans formalisme mathématique, et sans en étudier les variantes. Aucun approfondissement n’est attendu.]

Convergences. Mathématiques : simulation, tableur, échantillonnage.

Manipuler, utiliser un logiciel de modélisation pour comprendre la dérive génétique.

Extraire et organiser des informations pour relier crises biologiques, dérive génétique et évolution des espèces.

Thème 2 Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol

L’Homme a besoin de matière et d’énergie. La croissance démographique place l’humanité face à un enjeu majeur :

trouver et exploiter des ressources (énergie, sol) tout en gérant le patrimoine naturel.

Le soleil : une source d’énergie essentielle

La lumière solaire permet, dans les parties chlorophylliennes des végétaux, la synthèse de matière organique à partir d'eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone.

Ce processus permet, à l’échelle de la planète, l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère.

Objectifs et mots clés. Photosynthèse, productivité primaire, biomasse.

(Collège. Première approche de la nutrition des végétaux ; réseau alimentaire.)

[Limites. Aucun mécanisme cellulaire ou moléculaire n’est attendu.]

Établir, à l’aide d’arguments expérimentaux, les grands éléments de bilan de la photosynthèse.

Recenser, extraire et organiser des informations pour prendre conscience de l’importance planétaire de la photosynthèse.

La présence de restes organiques dans les combustibles fossiles montre qu’ils sont issus d’une biomasse.

Dans des environnements de haute productivité, une faible proportion de la matière organique échappe à l’action des décomposeurs puis se transforme en combustible fossile au cours de son enfouissement.

La répartition des gisements de combustibles fossiles montre que transformation et conservation de la matière organique se déroulent dans des circonstances géologiques bien particulières.

La connaissance de ces mécanismes permet de découvrir les gisements et de les exploiter par des méthodes adaptées. Cette exploitation a des

implications économiques et environnementales.

Objectifs et mots clés. On étudie un exemple (qui peut être un pétrole, un charbon, etc.) choisi en fonction de sa proximité ou de son intérêt ; gisement, réserve, ressource, subsidence.

(Collège. Décomposeur, roche sédimentaire, paléœnvironnement.)

[Limites. L’explication de la répartition des ressources à l’échelle globale n’est pas au programme de la classe de seconde mais sera reprise ultérieurement. On signalera l’inégale répartition et on annoncera l’étude future de cet aspect.]

Convergences. Géographie.

Repérer dans la composition et les conditions de gisement les indices d’une origine biologique d’un exemple de combustible fossile.

Manipuler, modéliser, extraire et exploiter des informations, si possible sur le terrain et/ou modéliser pour comprendre les caractéristiques d’un gisement de combustible fossile (structure, formation, découverte, exploitation).

L’utilisation de combustible fossile restitue rapidement à l’atmosphère du dioxyde de carbone prélevé lentement et piégé depuis longtemps. Brûler un combustible fossile, c’est en réalité utiliser une énergie solaire du passé.

L’augmentation rapide, d’origine humaine de la concentration du dioxyde de carbone dans l’atmosphère interfère avec le cycle naturel du carbone.

[Limites. Les conséquences climatiques de la variation du dioxyde de carbone atmosphérique ne seront qu’évoquées en seconde et seront étudiées ultérieurement.]

Manipuler, modéliser, extraire et exploiter des informations pour repérer dans une archive géologique simple les indices d’une variation d’origine humaine de la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique.

Représenter un cycle du carbone simplifié mais quantifié pour comprendre en quoi l’utilisation des combustibles fossiles constitue un enjeu planétaire.

L’énergie solaire est inégalement reçue à la surface de la planète.

La photosynthèse en utilise moins de 1%. Le reste chauffe l’air (par l’intermédiaire du sol) et l’eau (ce qui est à l’origine des vents et courants) et évapore l’eau (ce qui permet le cycle de l’eau).

Utiliser l’énergie des vents, des courants marins, des barrages hydroélectriques, revient à utiliser indirectement de l’énergie solaire. Ces ressources énergétiques sont rapidement renouvelables.

La comparaison de l’énergie reçue par la planète et des besoins humains en énergie permet de discuter de la place actuelle ou future de ces différentes formes d’énergie d’origine solaire.

Collège. Le cycle de l’eau.

[Limites. Il s’agit seulement de proposer une vision globale, sans chercher à expliquer chacun des éléments de façon exhaustive. L’énergie nucléaire pourra simplement être signalée dans le cadre d’un panorama d’ensemble quantifié.]

Convergences. Géographie, sciences économiques.

Expérimenter, modéliser, extraire et exploiter des informations (documents météorologiques et/ou images satellitales et/ou documents océanographiques, etc.) et les mettre en relation pour comprendre l’effet de l’énergie solaire sur un exemple de circulation (atmosphérique ou hydrosphérique).

Construire une argumentation (de nature manipulatoire et/ou documentaire) pour montrer l’inégale répartition de la quantité d’énergie solaire reçue selon la latitude, et ses conséquences.

Le sol : un patrimoine durable ?

Pour satisfaire les besoins alimentaires de l’humanité, l’Homme utilise à son profit la photosynthèse.

L’agriculture a besoin pour cela de sols cultivables et d’eau : deux ressources très inégalement réparties à la surface de la planète, fragiles et disponibles en quantités limitées. Elle entre en concurrence avec la

biodiversité naturelle.

La biomasse végétale produite par l’agriculture est une source de nourriture mais aussi une source de combustibles ou d’agrocarburants. Ces deux productions entrent en concurrence.

[Limites. Aucune étude de pratique agricole n’est attendue.]

Convergences. Géographie.

Modéliser, recenser, extraire et organiser des informations de façon à

- comparer la part de production de biomasse utilisée par l’homme et le total de cette production ;

- établir l’inégale répartition de ces deux ressources.

Comprendre la responsabilité humaine en matière d’environnement.

Comprendre les éléments d’un débat. Manifester un intérêt pour la vie publique et les grands enjeux de la société à l’échelle planétaire.

Modéliser, recenser, extraire et organiser des informations afin de comprendre comment l’homme intervient sur les flux naturels de biomasse et les détourne partiellement à son profit.

Un sol résulte d’une longue interaction entre les roches et la biosphère, conditionnée par la présence d’eau et la température. Le sol est lent à se former, inégalement réparti à la surface de la planète, facilement dégradé et souvent détourné de sa fonction biologique.

Sa gestion est un enjeu majeur pour l’humanité.

Objectifs et mots clés. On étudie un exemple, dans l’objectif de comprendre ce qu’est un sol et qu’il résulte d’une lente formation ; altération, hydrolyse, roche mère, humus, horizon.

[Limites. Les différents types de sol ; les différents types d’horizons ; tout vocabulaire de pédologie autre que les quelques termes cités ; les mécanismes de formation du sol au-delà de la simple existence d’une altération et d’une interaction avec la biosphère.]

Manipuler, recenser, extraire et organiser des informations, si possible sur le terrain, pour :

- comprendre la formation d’un exemple de sol ;

- relier végétation, climat, nature de la roche mère et nature d’un exemple de sol.

Comprendre la responsabilité humaine en matière d’environnement.

Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique

La connaissance du corps et de son fonctionnement est indispensable pour pratiquer un exercice physique dans des conditions compatibles avec la santé. Cela passe par la compréhension des effets physiologiques de l’effort et de ses mécanismes dont on étudie ici un petit nombre d’aspects.

Des modifications physiologiques à l’effort

Au cours d’un exercice long et/ou peu intense, l’énergie est fournie par la respiration, qui utilise le dioxygène et les nutriments.

L’effort physique augmente la consommation de dioxygène :

- plus l’effort est intense, plus la consommation de dioxygène augmente ;

- il y a une limite à la consommation de dioxygène.

La consommation de nutriments dépend aussi de l’effort fourni. L’exercice physique est un des facteurs qui aident à lutter contre l’obésité.

Objectifs et mots clés. VO2, VO2max. (Collège. Nutriments et dioxygène libèrent de l’énergie utilisable pour le fonctionnement des organes. Réactions de l’organisme à l’effort).

[Limites. Aucune étude n’est conduite à l’échelle cellulaire.]

Convergences. Mathématiques : fonctions, tableur.

Concevoir et/ou mettre en œuvre un protocole expérimental (ExAO, spirométrie, brassard, ...)

pour mettre en évidence un ou plusieurs aspects du métabolisme énergétique à l’effort (consommation de dioxygène, production de chaleur,…).

Exploiter des données quantitatives (éventuellement à l’aide d’un tableur) concernant les modifications de la consommation de dioxygène et/ou de nutriments à l’effort.

Au cours de l’effort un certain nombre de paramètres physiologiques sont modifiés : fréquence cardiaque,

volume d’éjection systolique (et donc débit cardiaque) ;

fréquence ventilatoire et volume courant (et donc débit ventilatoire) ; pression artérielle.

Ces modifications physiologiques permettent un meilleur approvisionnement des muscles en dioxygène et en nutriments. L’organisation anatomique facilite cet apport privilégié.

Un bon état cardiovasculaire et ventilatoire est indispensable à la pratique d’un exercice physique.

Objectifs et mots clés. Cœur, artère, veine, capillaire, pression artérielle, double circulation en série, circulation générale en parallèle.

(Collège. Modifications des fréquences cardiaque et ventilatoire à l’effort ; besoin du muscle en dioxygène et nutriments ; bases anatomiques.)

[Limites. L’étude anatomique se limite à celle du cœur et de l’organisation générale de la circulation. Aucune étude histologique n’est attendue.]

Convergences. EPS, sciences physiques.

Concevoir et/ou mettre en œuvre un protocole expérimental (en particulier assisté par ordinateur) pour montrer les variations des paramètres physiologiques à l’effort.

Manipuler, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations et ou manipuler (dissections et/ou logiciels de simulation et/ou recherche documentaire) pour comprendre l’organisation et le fonctionnement des systèmes cardiovasculaire et ventilatoire.

Une boucle de régulation nerveuse

La pression artérielle est une grandeur contrôlée par plusieurs paramètres. Par exemple, il existe une boucle réflexe de contrôle de la fréquence cardiaque (dont la pression artérielle dépend par l’intermédiaire du débit) :

- des capteurs (barorécepteurs) sont sensibles à la valeur de la pression artérielle ;

- un centre bulbaire intègre les informations issues des barorécepteurs et module les messages nerveux en direction de l’effecteur (cœur) ;

- les informations sont transmises du centre à l’effecteur par des nerfs sympathiques et parasympathiques.

La boucle de régulation contribue à maintenir la pression artérielle dans d'étroites limites autour d'une certaine valeur.

A l’effort, l’organisme s’écarte de cette situation standard.

Objectifs et mots clés. A partir de la complexité des réactions de l’organisme à l’effort, on isole un seul aspect (le contrôle nerveux de la fréquence cardiaque dans le cadre de la régulation de la pression artérielle) afin de construire le concept de boucle de régulation.

[Limites. Tout autre mécanisme intervenant sur la régulation de la pression artérielle ; on pourra signaler que l’on n’étudie que l’un des éléments d’un ensemble complexe qui sera complété dans une classe ultérieure.

Toute étude à l’échelle cellulaire du fonctionnement des récepteurs, des fibres nerveuses, du bulbe ou des effets nerveux sur le cœur ; les médiateurs nerveux. Le message nerveux est vu simplement comme un train de signaux de nature électrique. Le mode de détermination de la valeur de la pression artérielle selon les circonstances n’est pas au programme.]

Recenser, extraire et exploiter des documents historiques relatifs à des travaux expérimentaux pour construire et/ou argumenter la boucle de régulation nerveuse évoquée.

Élaborer un schéma fonctionnel pour représenter une boucle de régulation.

Pratiquer une activité physique en préservant sa santé

Le muscle strié squelettique et les articulations constituent un système fragile qui doit être protégé.

Les accidents musculo-articulaires s’expliquent par une détérioration du tissu musculaire, des tendons, ou de la structure articulaire.

Au cours de la contraction musculaire, la force exercée tire sur les tendons et fait jouer une articulation, ce qui conduit à un mouvement.

Objectifs et mots clés. On étudie un exemple d’accident musculo-articulaire (claquage, entorse, déchirure…).

La recherche de l’explication de l’accident choisi conduit à en connaître l’origine et débouche sur la compréhension de la structure normale du système musculo-articulaire.

L’organisation d’un muscle est abordée jusqu’à l’identification de la cellule musculaire.

[Limites. Toute étude intracellulaire de la fibre musculaire ou de sa contraction est exclue.

La commande de la contraction n’est pas au programme.]

Recenser, extraire et interpréter des informations tirées de compte rendus d’accidents musculo-articulaires (imageries médicales).

Manipuler, modéliser, recenser, extraire et organiser des informations et/ou manipuler (dissections, maquettes,

etc.) pour comprendre le fonctionnement du système musculo-articulaire.

Relier les caractéristiques de l’organisation du muscle aux manifestations d’un accident musculo-articulaire.

Des pratiques inadaptées ou dangereuses (exercice trop intense, dopage…) augmentent la fragilité du système musculo-articulaire et/ou provoquent des accidents.

[Limites. On se limite à l’étude d’un exemple.]

Extraire et exploiter des informations pour :

- comprendre la différence entre l’usage thérapeutique d’une molécule et l’usage détourné qui peut en être fait ;

- comprendre l’effet sur la santé des sportifs d’une pratique de dopage ;

- déterminer comment se livrer à un exercice physique dans de bonnes conditions de santé.

Exercer sa responsabilité en matière de santé.