Science Review - Les Pluies Acides, la Chaleur, la Terre et les Systèmes Vivants

Les Pluies Acides et l'Acidification des Océans

Les pluies acides sont un phénomène environnemental causé par l'activité humaine.

Processus de formation :

• Source : Les usines et les voitures brûlent des combustibles fossiles tels que le Pétrole, le charbon et le gaz.
• Émission de gaz : Cette combustion produit deux gaz polluants principaux :
  • $SO_2$ : Dioxyde de soufre.
  • $NO$ : Oxyde de azate.
• Atmosphère : Ces gaz montent dans l'atmosphère et se mélangent avec les nuages et l'eau ($H_2O$).
• Réactions chimiques : Ce mélange crée des acides :
  • $SO_3 + H_2O \rightarrow \text{acide sulfurique}$
  • $Na + H_2O = \text{acide nitrique}$

Acidité de la pluie :

• Le $pH$ normal de la pluie est de $5.6$.
• Selon les observations, quand le $pH$ de la pluie est plus haut que $5.6$, la pluie devient acide.

Effets des pluies acides :

• Sur la faune : Les arbres deviennent malades ou meurent, la végétation est abîmée et des problèmes surviennent dans l'agriculture.
• Sur les lacs et les poissons : Les lacs deviennent plus acides, ce qui entraîne la mort des poissons et met la faune aquatique en danger.
• Sur les bâtiments et le métal : On observe une corrosion et une détérioration des structures métalliques.
• Dans les océans : Le $CO_2$ (gaz carbonique) pénètre dans les océans, provoquant la réaction $CO_2 + H_2O = \text{acide carbonique}$. Cela abîme les coquillages et les carapaces, réduisant ainsi la nourriture disponible pour les animaux marins.

La Chaleur et la Température

Exemples de transferts thermiques :

• Une plaque chauffante fournit de la chaleur à l'eau, ce qui augmente sa température.
• Une soupe chaude mise au congélateur transfère sa chaleur à l'air du congélateur, ce qui diminue sa température.

Définitions liées à l'agitation thermique :

• Température : C'est la mesure du degré ou du niveau d'agitation des particules. Plus les particules reçoivent de l'énergie, plus elles sont agitées et plus la température est élevée. À l'inverse, moins elles ont d'énergie, moins elles sont agitées et plus la température est peu élevée.
• Chaleur : C'est l'énergie thermique qui est transférée d'un milieu à l'autre.

Effets de la chaleur sur les particules :

• Dilatation thermique : Plus les particules reçoivent de la chaleur, plus elles s'agitent et s'éloignent les unes des autres. Elles prennent alors plus d'espace (volume), et la matière se dilate.
• Contraction thermique : Moins les particules reçoivent de chaleur, moins elles sont agitées. Elles se rapprochent les unes des autres et occupent alors moins d'espace (volume).

Propriétés de la Matière et Changements d'État

Propriétés caractéristiques :

• Point de fusion : Température à laquelle une substance passe de l'état solide à liquide.
• Point d'ébullition : Température à laquelle une substance passe de l'état liquide à gazeux.
• Masse volumique : Mesure de la quantité de matière concentrée dans un espace donné ($\text{masse} \times \text{volume} = \text{masse volumique}$).

Propriétés non-caractéristiques :

• Volume : Espace occupé par la matière en trois dimensions (Hauteur, largeur, longueur).
• Masse : Quantité de matière contenue dans un objet, mesurée en gramme, kilogramme ou milligramme.
• Poids : Force avec laquelle la gravité attire un objet, mesurée en Newton ($N$).

Définitions des changements d'états :

• Liquide vers Solide : Solidification
• Liquide vers Gaz : Vaporisation
• Solide vers Liquide : Fusion
• Solide vers Gaz : Sublimation
• Gaz vers Solide : Condensation solide
• Gaz vers Liquide : Condensation liquide

États de la matière :

• État solide : Forme définie, particules bien collées ensemble et liées entre elles.
• État liquide : Prend la forme du contenant, les particules sont un peu éloignées et peu liées.
• État gazeux : Occupe tout l'espace disponible, les particules sont très éloignées et pas liées.

Dynamique des Changements d'État

Gain de chaleur :

• Les particules reçoivent de l'énergie et bougent plus vite.
• Elles s'éloignent.
• Cela crée la Fusion (Solide vers Liquide) ou la Vaporisation (Liquide vers Gazeux).

Perte de chaleur :

• Les particules perdent de l'énergie et bougent plus lentement.
• Elles se rapprochent.
• Cela crée la Condensation (Gaz vers Liquide) ou la Solidification (Liquide vers Solide).

L'Effet de Serre et l'Énergie

L'effet de serre : C'est un phénomène naturel permettant de retenir dans l'atmosphère terrestre une partie de la chaleur créée par le soleil. Sans cet effet, la température de la terre serait de $-18\,^{\circ}C$, alors qu'avec lui, elle est de $15\,^{\circ}C$.

Principaux gaz à effet de serre (GES) :

• L'eau ($H_2O$).
• Le dioxyde de carbone ($CO_2$) créé par le pétrole et le charbon.
• Le méthane ($CH_4$) créé notamment par l'élevage des vaches.

Causes de l'augmentation des GES :

• Les industries ($CO_2$).
• Les voitures ($CO_2$).
• L'élevage des animaux ($CH_4$).

Conséquences :

• Fonte des glaciers, provoquant l'augmentation du niveau de l'eau des océans et des inondations.
• Sécheresses plus intenses.
• Feux de forêt.

Sources d'énergie renouvelable :

• Éolienne : Utilise le vent (Atmosphère).
• Centrale solaire : Utilise le soleil (Asténosphère).
• Géothermique : Utilise la chaleur du sol (Lithosphère).
• Biomasse : Utilise des matières vivantes (bois, plante).
• Centrale hydroélectrique : Utilise le courant de l'eau (Hydrosphère).

Sources d'énergie non renouvelable :

• Charbon et pétrole.
• Centrale thermique : Utilise le gaz pour l'électricité (Lithosphère).
• Centrale nucléaire : Utilise l'énergie des atomes pour l'électricité (Lithosphère).

Structure de la Terre et Géologie

La Terre est divisée en plusieurs couches et sphères :

• Atmosphère : Air.
• Biosphère : Vivant.
• Hydrosphère : Eau.
• Lithosphère : Terre (sol, roche). Comprend l'enveloppe terrestre, la croûte et une partie du manteau supérieur.

Composition interne de la Terre :

1. Croûte terrestre : Continentale ($30$ à $65\,km$) et océanique ($5$ à $15\,km$). État solide, constituée de roche. Représente $0.2\%$ de la masse. Température de $15\,^{\circ}C$ à $1000\,^{\circ}C$.
2. Manteau :
   • Supérieur : solide et rigide ($100$ à $600\,km$).
   • Inférieur : ductile et semi-liquide ($2100\,km$).
   • Constitué de roche et roche en fusion. Température de $1000\,^{\circ}C$ à $3700\,^{\circ}C$. Masse : $81\%$.
3. Noyau :
   • Externe : liquide, $2300\,km$ d'épaisseur.
   • Interne : solide, $1200\,km$ d'épaisseur.
   • Composé de fer et de nickel. Température de $3700\,^{\circ}C$ à $7200\,^{\circ}C$. Masse : $17\%$.

Détails sur l'Asthénosphère et la Tectonique :

• Mouvements de convection : Comme le manteau est proche du noyau très chaud, les roches du manteau se dilatent et montent, puis se refroidissent et se contractent en descendant. Ce cycle crée le mouvement des plaques.
• Plaques tectoniques :
  • Collision (Continent + Continent) : Orogénèse, création de montagnes par plissement ou failles (si les plaques sont trop épaisses, elles glissent l'une contre l'autre).
  • Subduction : Une plaque plus dense plonge sous une autre. Le magma remonte à la surface et crée un volcan.
  • Point chaud : Le magma perce la plaque océanique, se refroidit avec l'eau et crée un volcan sur la plaque.
  • Frottement : Les plaques frottent, restent parfois prises puis se relâchent brusquement, créant des tremblements de terre.
  • Éloignement : Deux plaques s'éloignent. Le magma remonte entre elles, refroidit et crée une dorsale océanique.

Systèmes Vivants et Cellules

Caractéristiques d'un système vivant :

• Organisation en cellules.
• Échanges avec le milieu.
• Reproduction.
• Réaction aux stimuli.
• Développement et croissance.
• Adaptation au milieu.

Distinction des types de cellules :

• Cellule animale : Forme arrondie, plus petite, pas de paroi.
• Cellule végétale : Forme rectangulaire, plus grosse et épaisse car elle possède une paroi cellulaire.

Organites cellulaires et fonctions :

• Vacuole : Réserve d'eau, de nutriments et de déchets.
• Membrane cellulaire : Contrôle ce qui entre et sort (filtre).
• Cytoplasme : Maintient les organites en place avec une substance gélatineuse.
• Noyau : Contient l'ADN de la substance.
• Mitochondrie : Produit l'énergie de la cellule et lieu de la respiration.
• Chloroplaste : Réalise la photosynthèse pour faire du sucre grâce à la lumière (végétal).
• Paroi : Protège et soutient la cellule (végétal).

Systèmes Technologiques et Séparation

Séparation des mélanges (exemple de la distillation) : Dans un système où l'on veut séparer le sel de l'eau :

1. Une plaque chauffante chauffe l'eau salée.
2. L'eau s'évapore (liquide vers gaz).
3. La vapeur se condense (gaz vers liquide) au contact d'un environnement plus froid (ex: bouchon ou glace) et est récupérée.
4. Le sel reste au fond du récipient.

Composantes d'un système technologique : L'ensemble d'éléments reliés et organisés entre eux pour accomplir une tâche.

• Fonction globale : À quoi sert le système ?
• Intrants : Ce qui entre dans le système pour le faire marcher.
• Commande : Comment on le contrôle (élément de contrôle).
• Procédé : Comment les intrants deviennent des extrants.
• Extrants : Ce qui sort du système une fois la tâche accomplie.