Kaléidoscope. Cahier d'apprentissage, savoirs et activités : st science et technologie, ste science et technologie de l'environnement : 2e cycle du secondaire, 2e année

636 Pages·2012·49.68 MB·French

by  Ahmed Bensaada

ST SCIENCE ET TECHNOLOGIE
STE SCIENCE ET TECHNOLOGIE DE L’ENVIRONNEMENT
2ecycle du secondaire •2e année
Cahier
d’apprentissage
Savoirs et activités
Ahmed Bensaada
Annie Bolduc
Valérie Claude
Mourad Meziane
Catherine Rhéaume
Karine Tardif
Conforme à
la PROGRESSION des
apprentissages

ST SCIENCE ET TECHNOLOGIE
STE SCIENCE ET TECHNOLOGIE DE L’ENVIRONNEMENT
2ecycle du secondaire •2e année
Cahier
d’apprentissage
Savoirs et activités
Ahmed Bensaada
Annie Bolduc
Valérie Claude
Mourad Meziane
Catherine Rhéaume
Karine Tardif
Kaléidoscope
Science et technologie Remerciements
Science et technologie de l’environnement
Pour leur précieux travail de consultation, l’Éditeur
2ecycle du secondaire – 2eannée
tient à remercier :
Cahier d’apprentissage – Savoirs et activités Julie Boucher, C. S. des Navigateurs, Anne Chouinard,
Académie Saint-Louis, Raynald Dancause, C. S. de
la Capitale, Charles Métivier, C. S. des Appalaches,
Michel Paré, C. S. Chemin-du-Roy, Lorraine Parent,
Ahmed Bensaada, Annie Bolduc, Valérie Claude, C. S. de la Seigneurie des Mille-Îles, Martin Roy, C. S.
Mourad Meziane, Catherine Rhéaume, Karine Tardif Chemin-du-Roy, Mélanie Smith, C. S. de la Vallée-des-
Tisserands, Mélanie Trudel, C. S. des Hautes-Rivières,
© 2012 Chenelière Éducation inc. Liz Wirtanen, C. S. de la Rivière-du-Nord.
Édition :Annie Fortier, François Moreault Pour leur travail de révision scientifique réalisé avec
Coordination :Anne Melançon, Caroline Bouffard, expertise, l’Éditeur tient à remercier :
Cécile Poulou-Gallet, Ginette Gratton Jocelyne Blouin (La Terre et l’espace, chapitre 3),
Révision linguistique :Anne Melançon, Caroline Bouffard, Daniel Borcard, Université de Montréal (Univers
Ginette Gratton, Yvan Dupuis vivant, chapitre 1), Michel Caillier, Université Laval
Correction d’épreuves :Sabine Cerboni (La Terre et l’espace, chapitres 1, 2, 4 à 6), Laurent
Illustrations :Michel Rouleau, Martin Gagnon, Late Night Studio Drissen, Université Laval (La Terre et l’espace,
Conception graphique et infographie :Protocole chapitre 7), Denis Fyfe, consultant (Univers techno-
Conception de la couverture :Protocole logique), Marie-Ève Lacombe-Harvey, Université de
Recherche iconographique :Marie-Chantal Laforge, Sherbrooke (Univers matériel, chapitres 2 et 3), Kim
Patrick St-Hilaire McAleer, Cégep Saint-Jean-sur-Richelieu (Univers
Impression :TC Imprimeries Transcontinental vivant, chapitre 2), Raynald Pepin, Collège Ahuntsic
(Univers matériel, chapitres 5 et 6).
TOUS DROITS RÉSERVÉS.
Toute reproduction du présent ouvrage, en totalité ou en partie,
par tous les moyens présentement connus ou à être décou-
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contrefaçon pouvant donner lieu à une poursuite en justice
contre l’individu ou l’établissement qui effectue la reproduction
non autorisée.
ISBN 978-2-7650-3663-0
Dépôt légal : 2etrimestre 2012
Bibliothèque et Archives nationales du Québec
Bibliothèque et Archives Canada
Imprimé au Canada
1 2 3 4 5 ITIB 16 15 14 13 12
Nous reconnaissons l’aide financière du gouvernement du Canada par l’en-
tremise du Fonds du livre du Canada (FLC) pour nos activités d’édition.
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livres – Gestion SODEC.
Table des matières
L’univers matériel
......................... 1
Chapitre 1 L’organisation
de la matière...................................................... 2 2.3 La concentration............................................... 85
2.3.1 La concentration en grammes par
1.1 Les modèles atomiques ................................. 3
litre (g/L) et en pourcentage (%) .......... 85
1.1.1 Les premiers modèles
2.3.2 La concentration en parties
atomiques............................................... 3
par million (ppm).................................... 86
1.1.2 Le modèle atomique
2.3.3 La concentration molaire
de Rutherford (1911) ............................. 4
(mol/L) STE ............................................ 87
1.1.3 Le modèle atomique simplifié STE .... 11
2.3.4 La dilution ............................................... 88
1.2 La masse atomique STE ............................... 20
2.4 Le pH.................................................................... 95
1.2.1 La masse atomique relative.................. 20
2.4.1 L’échelle pH............................................. 95
1.2.2 Les isotopes............................................ 21
2.4.2 Le pH et la concentration
1.2.3 Le calcul de la masse molaire en ions H+ STE ....................... 96
atomique................................................. 22
1.3 Le tableau périodique des éléments............ 28 Consolidation du chapitre 2 ......................... 99
1.3.1 L’organisation générale Chapitre 3 Les transformations
du tableau périodique........................... 30
chimiques .............................................................103
1.3.2 Les familles du tableau périodique..... 31
1.3.3 Les périodes du tableau périodique..... 33 3.1 La loi de la conservation de la masse.........104
1.3.4 La périodicité des propriétés STE ..... 39 3.2 Le balancement des équations
1.3.5 La notation de Lewis............................. 40 chimiques...........................................................107
1.4 Les molécules STE .......................................... 45 3.3 La stœchiométrie STE ....................................110
1.4.1 La nature de la liaison........................... 45 3.4 Les réactions endothermiques
1.4.2 Les règles de nomenclature et et exothermiques STE ....................................119
d’écriture des composés binaires....... 55 3.5 Des exemples de transformations
1.5 La notion de mole et le nombre chimiques...........................................................123
d’Avogadro STE ............................................... 57 3.5.1 La neutralisation acidobasique............123
1.5.1 La notion de mole.................................. 57 3.5.2 La combustion........................................124
1.5.2 Le nombre d'Avogadro.......................... 58 3.5.3 L’oxydation STE ....................................125
1.5.3 La masse molaire................................... 59 3.5.4 La photosynthèse et
Consolidation du chapitre 1 ......................... 65 la respiration cellulaire..........................125
PROBLÉMATIQUE ENVIRONNEMENTALE
Chapitre 2 Les propriétés
Les changements climatiques ...........................128
physiques des solutions............................ 69
Consolidation du chapitre 3..........................130
2.1 Les composés ioniques................................... 70
Chapitre 4 Les transformations
2.1.1 Les ions ................................................... 70
2.1.2 Les ions polyatomiques STE .............. 72 nucléaires STE ...................................................135
2.2 Les électrolytes.................................................. 76 4.1 La stabilité nucléaire STE ..............................136
2.2.1 La conductibilité électrique.................. 76 4.2 La radioactivité STE ........................................138
2.2.2 La dissociation électrolytique.............. 76
4.3 La fission et la fusion nucléaires STE .........140
OUTIL Vérifier la conductibilité électrique
d'une solution aqueuse............................ 78 Consolidation du chapitre 4 STE ...............142
2.2.3 La force des électrolytes STE ............. 80 PROBLÉMATIQUE ENVIRONNEMENTALE
2.2.4 Les acides, les bases et les sels........... 82 Les matières résiduelles STE ............................144
Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc. Table des matières III
Chapitre 5 Les transformations
de l’énergie..........................................................145 La Terre et l’espace
............... 239
5.1 La relation entre la masse
et le poids STE .................................................146
5.2 Le travail STE ....................................................149 Chapitre 1 La lithosphère .....................240
5.2.1 La relation entre le travail,
la force et le déplacement....................149 1.1 Les minéraux......................................................241
5.2.2 La force efficace.....................................150 1.2 Les horizons du sol...........................................241
5.3 L’énergie mécanique........................................154 1.3 Le pergélisol.......................................................242
5.3.1 La relation entre le travail 1.4 La contamination des sols STE ....................245
et l’énergie STE ....................................154 1.4.1 La capacité tampon des sols................245
5.3.2 La relation entre l’énergie cinétique, 1.4.2 La biodégradation des polluants.........246
la masse et la vitesse STE ..................155
1.5 L’épuisement des sols STE ...........................252
5.3.3 La relation entre l’énergie
potentielle, la masse, la grandeur PROBLÉMATIQUE ENVIRONNEMENTALE
du champ gravitationnel La déforestation......................................................253
et la hauteur STE ..................................156
5.3.4 La loi de la conservation Consolidation du chapitre 1..........................254
de l’énergie.............................................157 Chapitre 2 L’hydrosphère.....................257
5.4 L’énergie thermique..........................................168
5.4.1 La distinction entre la chaleur 2.1 Les bassins versants........................................258
et la température....................................168 2.2 La salinité............................................................259
5.4.2 La relation entre la chaleur, la capacité
PROBLÉMATIQUE ENVIRONNEMENTALE
thermique massique, la masse et la
L’eau potable.............................................................262
variation de température STE ............168
5.5 Le rendement énergétique.............................173 2.3 La circulation océanique.................................263
2.3.1 Les courants de surface........................263
Consolidation du chapitre 5..........................176 2.3.2 Les courants de profondeur.................263
Chapitre 6 L’électricité 2.3.3 La circulation thermohaline..................263
et l’électromagnétisme .............................179 2.4 Les glaciers et les banquises.........................264
2.5 La contamination de
6.1 Les phénomènes électriques.........................180 l’hydrosphère STE ...........................................267
6.1.1 La charge électrique..............................180
2.6 Le traitement des eaux usées STE ..............269
6.1.2 L’électricité statique...............................181
6.1.3 La loi de Coulomb STE ........................182 Consolidation du chapitre 2 .........................275
6.1.4 Le champ électrique STE ....................183 Chapitre 3 L’atmosphère.......................277
6.2 Les circuits électriques....................................191
6.2.1 Les types de circuits électriques.........192 3.1 Les masses d’air................................................278
OUTIL Mesurer le courant et 3.2 La circulation atmosphérique........................279
la différence de potentiel.........................194 3.3 Les vents dominants STE ..............................279
6.2.2 La loi d’Ohm ...........................................202 3.4 Les cyclones et les anticyclones...................281
6.2.3 Les lois de Kirchhoff STE ....................206 3.4.1 La formation d'un cyclone....................281
6.2.4 La relation entre la puissance 3.4.2 La formation d'un anticyclone .............282
et l'énergie électrique............................218 3.5 La contamination de l’air STE ......................286
6.3 Les phénomènes électromagnétiques........222 3.6 L’effet de serre ...................................................287
6.3.1 Les forces d’attraction
et de répulsion magnétiques...............222 Consolidation du chapitre 3..........................291
6.3.2 Le champ magnétique d’un fil
parcouru par un courant ......................227
6.3.3 Le champ magnétique
d’un solénoïde STE ..............................229
Consolidation du chapitre 6..........................234
IV Table des matières Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.
Chapitre 4 Les ressources
énergétiques renouvelables L’univers vivant
.......................... 343
et non renouvelables...................................293
4.1 Les ressources énergétiques
de la lithosphère...............................................294 Chapitre 1 L’écologie ................................344
4.1.1 Les énergies fossiles..............................294
1.1 La biosphère......................................................345
4.1.2 L'énergie nucléaire.................................295
1.1.1 Les populations......................................345
4.1.3 La géothermie.........................................295
1.1.2 Les communautés.................................347
4.2 Les ressources énergétiques
1.1.3 Les écosystèmes....................................347
de l’hydrosphère...............................................299
4.2.1 L'énergie hydroélectrique.....................299 1.2 Les interactions.................................................351
4.2.2 L'énergie marémotrice ..........................300 1.2.1 La dynamique des populations ...........351
4.3 Les ressources énergétiques 1.2.2 La dynamique des communautés.......352
de l’atmosphère ................................................303 1.2.3 La dynamique des écosystèmes .........355
1.2.4 Les facteurs écologiques......................355
Consolidation du chapitre 4 .........................307
1.3 Les transformations de la matière
Chapitre 5 Les cycles et de l’énergie....................................................360
biogéochimiques.............................................309 1.3.1 La productivité primaire........................360
1.3.2 Le flux de la matière..............................360
5.1 Le cycle du carbone.........................................310 1.3.3 Le recyclage chimique..........................360
5.1.1 La portion biochimique.........................310
1.3.4 Le flux de l’énergie.................................361
5.1.2 La portion géochimique.......................311
1.4 L’écotoxicologie STE ......................................363
5.2 Le cycle de l’azote.............................................315
1.4.1 Les contaminants...................................363
5.2.1 Le cycle de l'azote
1.4.2 Le seuil de toxicité..................................363
en milieu terrestre..................................315
5.2.2 Le cycle de l'azote 1.5 L’empreinte écologique STE .........................365
en milieu aquatique...............................316 Consolidation du chapitre 1..........................367
5.3 Le cycle du phosphore STE ..........................319
Chapitre 2 La génétique STE ..............371
Consolidation du chapitre 5 .........................323
2.1 Les mécanismes génétiques STE ...............372
Chapitre 6 Les régions
2.1.1 La structure de l'ADN............................372
climatiques..........................................................325 2.1.2 La réplication de l'ADN..........................373
6.1 Les biomes terrestres......................................326 2.1.3 La synthèse des protéines....................373
6.2 Les biomes aquatiques ...................................329 2.2 L’hérédité STE ..................................................379
6.2.1 Les biomes marins.................................329 2.2.1 Les chromosomes et les gènes...........379
6.2.2 Les biomes d'eau douce.......................330 2.2.2 Les allèles................................................379
6.3 Les facteurs influençant 2.3 Les croisements STE ......................................385
la distribution des biomes..............................332 2.3.1 L'échiquier de croisement.....................385
Consolidation du chapitre 6 .........................334 2.4 Le clonage STE ................................................388
2.4.1 Le clonage naturel.................................388
Chapitre 7 L’espace...................................335 2.4.2 Le clonage artificiel................................389
7.1 Le flux d’énergie émis par le Soleil ..............336 PROBLÉMATIQUE ENVIRONNEMENTALE
7.2 Le système Terre-Lune ....................................337 La production alimentaire STE .........................391
Consolidation du chapitre 7..........................341 Consolidation du chapitre 2 STE ...............392
Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc. Table des matières V
Chapitre 4 L’ingénierie
L’univers technologique électrique .............................................................451
... 395
4.1 La fonction d’alimentation..............................452
4.1.1 Les condensateurs STE .......................453
Chapitre 1 Le langage 4.2 Les fonctions de conduction,
des lignes STE ....................................................396 d’isolation et de protection ............................456
4.2.1 La fonction de conduction...................457
1.1 La projection orthogonale
4.2.2 La fonction d’isolation...........................457
à vues multiples STE ......................................397
4.2.3 La fonction de protection......................458
1.2 La vue éclatée STE ..........................................398
4.3 La fonction de commande.............................462
1.3 Les tolérances dimensionnelles STE ..........401 4.3.1 Les types d’interrupteur........................463
Consolidation du chapitre 1 STE ...............403 4.3.2 La structure et le rôle des
différents interrupteurs STE ...............464
Chapitre 2 Les matériaux.....................405 4.4 La fonction de transformation
2.1 Les contraintes..................................................406 de l’énergie.........................................................467
4.4.1 La transformation de l’énergie
2.2 Les propriétés mécaniques
des matériaux....................................................409 électrique en énergie lumineuse.........467
4.4.2 La transformation de l’énergie
2.3 Les types de matériaux
électrique en énergie thermique.........467
et leurs propriétés.............................................412
4.4.3 La transformation de l’énergie
Consolidation du chapitre 2 .........................419 électrique en énergie mécanique .......467
Chapitre 3 L’ingénierie PROBLÉMATIQUE ENVIRONNEMENTALE
mécanique ...........................................................421 L’énergie.....................................................................470
4.5 La fonction de régulation STE .....................470
3.1 Les caractéristiques
4.5.1 Les résisteurs..........................................471
des liaisons mécaniques.................................422
4.5.2 Les diodes...............................................472
3.2 Les degrés de liberté STE .............................423
3.3 La fonction de guidage ...................................427 Consolidation du chapitre 4 .........................474
3.4 L’adhérence et le frottement STE ................428 Chapitre 5 La fabrication STE ..............477
3.5 Les systèmes de transmission
5.1 Les outils utiles à la fabrication STE ...........478
du mouvement..................................................434
5.2 Les techniques de fabrication STE .............478
3.6 Les systèmes de transformation
du mouvement..................................................441 OUTIL Utiliser un pied à coulisse STE .............480
Consolidation du chapitre 3 .........................446 Consolidation du chapitre 5 STE ...............485
VI Table des matières Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.
L’organisation du cahier
Le début Le cahier est divisé en quatre parties :
d’une partie l’univers matériel, la Terre et l’espace, l’univers vivant
et l’univers technologique.
Le début Un chapitre est
d’un chapitre divisé en plusieurs
sections.
Unsommaire
présente les
chapitres d’une
partie.
Untexte
d’introduction
annonce
le contenu
d’un chapitre.
Le contenu
d’un chapitre
Chaque section
La rubriqueOutil
porte sur
présente des
desconcepts
techniques utiles
à l’étude.
en science et
technologie.
Lesdéfinitions
des concepts
Lesactivitéssont
sont mises
constituées d’un
en évidence.
grand nombre
d’exercices et de
problèmes qui
portent sur les
notions abordées
dans la section
qui les précède.
Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc. L’organisation du cahier VII
La rubrique La rubrique
Problématique Communauté
environnementale scientifique
permet la mise présente une
en contexte d’un personnalité ayant
ou de plusieurs marqué l’histoire
concepts avec scientifique ou
une problématique technologique.
environnementale.
Cette rubrique est
suivie d'une ou de
plusieurs activités
qui s'y rapportent.
En fin de chapitre,
les activités de
Consolidation
permettent
d’établir des liens
entre les concepts
vus dans les
sections d’un
même chapitre.
La rubrique
Flash science
ouFlash techno
apporte de
l’information
complémentaire.
VIII L’organisation du cahier Reproduction interdite © Chenelière Éducation inc.