Science et technologie s1605

Aide-mémoire - Quatrième secondaire - ST

​Voici un guide de préparation contenant toutes les notions abordées dans le cours de science et technologie de quatrième secondaire.

Cet aide-mémoire traite de tous les concepts au programme du cours de quatrième secondaire de science et technologie. Pour connaître les concepts qui seront évalués lors de l'examen ministériel et les détails quant à cet examen, n'hésite pas à consulter les fiches suivantes de la bibliothèque virtuelle:

Cet aide-mémoire a été préparé pour les examens ministériels de juin 2018, août 2018 et janvier 2019.

L'univers vivant

Les concepts de l'univers vivant ne seront pas évalués à l'examen ministériel. Pour les consulter, clique sur l'onglet ci-dessous.

L'étude des populations

Une population est un ensemble d'individus d'une même espèce vivant dans un espace commun à un moment déterminé.
Une communauté est l'ensemble des populations qui interagissent entre elles sur un territoire donné.
Un écosystème représente l'ensemble des interactions des individus d'une communauté avec les facteurs abiotiques du milieu.

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La densité de population

La densité de population est une mesure du nombre d'individus d'une espèce donnée qui occupent une portion bien précise d'un milieu, d'un territoire.

La densité se calcule à l'aide de la formule suivante:
|D = \displaystyle \frac {\text {Nombre d'individus}}{\text {Aire du lieu occupé}}|

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul de la densité de population.Si la ville de Québec a une population de |\small \text {516 622 habitants}| dans un territoire de |\small \text {453,86 km}^2|, quelle est la densité de la population ?
||\begin{align}D = \displaystyle \frac {\text {Nombre d'individus}}{\text {Aire du lieu occupé}} \quad \Rightarrow \quad D &= \displaystyle \frac {\text {516 622 habitants}}{{\text {453,86 km}}^2} \\
D &= \frac {\text {1 138 habitants}}{\text {km}^2}\end{align}|

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La taille d'une population

La taille d'une population représente le nombre d'individus formant une population. Il existe différentes méthodes pour déterminer ce nombre:

  • La méthode par comptage direct, dans laquelle on compte simplement le nombre d'individus;
  • La méthode par comptage indirect, dans laquelle on compte le nombre d'habitats;
  • L'échantillonnage, dans laquelle on divise le territoire en parcelles pour trouver une densité par parcelle;
  • La méthode de capture-recapture, dans laquelle on capture un certain nombre d'individus pour les marquer. Ces individus sont relâchés, puis une deuxième capture se produit dans le même milieu.
La formule suivante est ensuite utilisée pour estimer le nombre d'individus dans le milieu: |\displaystyle Taille = \frac {Individus \space marqués \times Total \space d'individus \space recapturés}{Individus \space marqués \space recapturés}|

La taille de la population varie selon divers facteurs écologiques.
​Facteurs abiotiques
​Facteurs biotiques
​Quantité de lumière, pH, relief du sol, température, humidité, etc.
​Natalité, maladies, quantité de nourriture, immigration, émigration, mortalité, prédation, etc.

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La distribution d'une population

La distribution d'une population est la façon dont les individus de la population sont répartis sur le territoire qu'ils occupent.

Il existe trois types de distribution:

  • La distribution uniforme, dans laquelle les individus sont répartis uniformément;
  • La distribution aléatoire, dans laquelle les individus sont répartis au hasard;
  • La distribution en agrégats, dans laquelle les individus forment des groupes.

s1605i1.png 

Source

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Les cycles biologiques

Le cycle biologique d'une population correspond aux périodes d'augmentation et de diminution de sa taille, qui s'enchaînent continuellement.

L'accessibilité aux ressources du milieu telles que la nourriture ou l'habitat influence la capacité de survie des individus et, par le fait même, modifie leurs chances de reproduction.

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La biodiversité

La biodiversité est influencée par l'abondance relative des espèces, soit le pourcentage que représente le nombre d'individus d'une même espèce par rapport à la population totale. La biodiversité est également influencée par la richesse spécifique, soit le nombre d'espèces total que contient une communauté. Une forte biodiversité se crée dans un milieu lorsque la richesse spécifique et l'abondance relative sont élevées.

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Les perturbations écologiques

Une perturbation écologique est une altération qui se produit dans un écosystème. Les perturbations peuvent être de deux types.

​Perturbations humaines
​Perturbations naturelles
​Déforestation, pollution, chasse intensive, etc.
​Feu de forêt, volcanisme, inondation, etc.

Après une perturbation, une série de changements se produisent dans l'écosystème; c'est ce qu'on appelle la succession écologique. Ces changements se produisent jusqu'à ce que l'écosystème atteigne à nouveau un état d'équilibre.

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Les relations trophiques

Les relations trophiques représentent les chaînes alimentaires existant entre les organismes vivants dans un écosystème.

Un niveau trophique est la position occupée par un organisme dans une chaîne alimentaire.

Il existe trois grands niveaux trophiques.

​Niveau trophique
​Description
​Producteurs​Organisme capable de produire sa propre nourriture (matière organique) à partir de la matière inorganique et de l'énergie du Soleil.
​Consommateurs​Organisme qui se nourrit d'autres organismes vivants.
​Décomposeurs​Organisme qui se nourrit des déchets et des cadavres d'autres organismes vivants et qui décompose la matière organique en matière inorganique.

Dans un réseau trophique, les producteurs, généralement des végétaux, utilisent la matière organique et inorganique pour produire leur propre nourriture. Ces producteurs servent ensuite de nourriture aux consommateurs de premier ordre, généralement des herbivores qui, à leur tour, serviront à nourrir les consommateurs de deuxième ordre. Tous ces êtres vivants produisent des déchets (feuilles des végétaux qui se décomposent, déchets des consommateurs ou décomposition des consommateurs à leur mort). Cette matière sera transformée par les décomposeurs en matière inorganique pouvant être utilisée par les producteurs. Ceci permet de débuter un nouveau cycle.

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La productivité primaire

La productivité primaire est la quantité de matière organique fabriquée par les végétaux dans un territoire précis. Certains facteurs influencent la productivité primaire:

  • la quantité de lumière;
  • la quantité d'eau disponible;
  • l'accès aux nutriments essentiels pour les producteurs;
  • la température.

Ces facteurs peuvent influencer la productivité primaire à un endroit donné. Par exemple, la présence d'abeilles permet une pollinisation des arbres à fruits. Toutefois, certains microorganismes peuvent nuire à leur façon à la croissance des plantes.

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Les flux de matière et d'énergie

Le flux de la matière correspond à la circulation de la matière dans un écosystème. Les producteurs, étant des êtres hétérotrophes, produisent leur propre nourriture. Ils servent de nourriture aux consommateurs, qui peuvent également se nourrir d'autres consommateurs. Tous ces êtres vivants produisent des déchets qui seront utilisés par les décomposeurs pour produire de la matière inorganique pour les producteurs.

La principale source d'énergie dans un écosystème est le Soleil. Cette énergie est introduite dans l'écosystème par les producteurs. L'énergie est ensuite transmise aux consommateurs. Cependant, environ 90 % de l'énergie est perdue dans l'environnement entre deux niveaux trophiques sous forme d'énergie thermique.

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Le recyclage chimique

Le recyclage chimique est l'action durant laquelle la matière organique est décomposée, puis transformée en nutriments qui pourront être utilisés par les producteurs. Ce sont les microorganismes et les décomposeurs qui sont principalement responsables de la transformation de la matière organique en matière inorganique. D'autres facteurs peuvent également augmenter la production de matière organique, comme l'érosion.

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L'univers matériel

La concentration et ses unités de mesure

La concentration représente le rapport entre la quantité de soluté et la quantité de solution. Elle se calcule de différentes façons:

  • la concentration en grammes par litre (g/L);
  • La formule pour calculer la concentration en grammes par litre est
    |C = \displaystyle \frac {m}{V}|

    |C| représente la concentration |\text {(g/L)}|
    |m| représente la masse |\text {(g)}|
    |V| représente le volume |\text {(L)}|
  • la concentration en pourcentage (%), dans laquelle la quantité de solution est |\small \text {100 mL}| ou |\small \text {100 g}|. Il existe trois façons de représenter la concentration en pourcentage:
      1. Le pourcentage masse / volume |\small (\% \: m/V)| lorsqu'il s'agit d'un soluté solide |\small \text {(g/100 mL)}|.
      2. Le pourcentage volume / volume |\small (\% \: V/V)| lorsqu'il s'agit d'un soluté liquide |\small \text {(mL/100 mL)}|.
      3. Le pourcentage masse / masse |\small (\% \: m/m)| lorsque le mélange est solide |\small \text {(g/100 g)}|.
Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul de la concentration en g/L.En laboratoire, tu dissous |\small \text {1,2 g}| de soluté dans |\small \text {250 mL}| de solution. Quelle est la concentration en |\small \text {g/L}|?
||\begin{align}C = \displaystyle \frac {m}{V}
\quad \Rightarrow \quad
C &= \displaystyle \frac{\text{1,2 g}}{\text{0,25 L}}  \\
&= \text {4,8 g/L}  \end{align}|| 
Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul de la concentration en %.
En laboratoire, tu dissous |\small \text {1,2 g}| de soluté dans |\small \text {250 mL}| de solution. Quelle est la concentration en %?
||\begin{align} \frac {\text{1,2 g}}{\text{250 mL}} = \frac {x}{\text{100 mL}}
\quad \Rightarrow \quad
x &= \displaystyle \frac{\text{1,2 g}\times \text{100 mL}}{\text{250 mL}}  \\
&= \text {0,48 %}  \end{align}|| 

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La concentration en ppm

La concentration en parties par million (ppm) représente la quantité de soluté dissoute dans |\small \text {1 000 000 g}| |(10^6 \text{g})| ou |\small \text {1 000 000 mL}| |(10^6 \text{ mL})| de solution.

La concentration en ppm peut être déterminée à l'aide de la formule suivante:
|\displaystyle C=\frac{m_{\text {soluté}}}{m_{\text {solution}}}\times 1\,000\,000|

|C| représente la concentration |(\small \text {ppm})|
|m_{\text {soluté}}| représente la masse du soluté |(\small \text {g})|
|m_{\text {solution}}| représente la masse de la solution |(\small \text {g})|

La concentration en ppm peut également être déterminée par produit croisé.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul de la concentration en ppm.
En laboratoire, tu dissous |\small 1,2 \text { g}| de soluté dans |\small 250 \text { mL}| de solution. Quelle est la concentration en ppm?
||\begin{align} \frac {\text{1,2 g}}{\text{250 mL}} = \frac {x}{\text{1 000 000 mL}}
\quad \Rightarrow \quad
x &= \displaystyle \frac{\text{1,2 g}\times \text{1 000 000 mL}}{\text{250 mL}}  \\
&= \text {4 800 ppm}  \end{align}||  

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Les électrolytes

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Un électrolyte est une substance qui permet le passage du courant électrique. Lorsque cette substance est dissoute dans l'eau, elle se dissocie en deux ions, un ion positif (cation) et un ion négatif (anion).

Il existe trois grands groupes d'électrolytes: les acides, les bases (ou substances alcalines) et les sels.

​Électrolyte ​Composition ​Exemples
​Acides​ion |H^+| + non-métal
ion |H^+| + groupe d'atomes
​|HCl_{(aq)} \rightarrow H^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)}|
|H_3PO_{4(aq)} \rightarrow 3 \space H^+_{(aq)} + {PO_4}^{3-}_{(aq)}|
​Bases
​Métal + ion |OH^-|
​|NaOH_{(aq)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + OH^-_{(aq)}|
|Mg(OH)_{2(aq)} \rightarrow Mg^{2+}_{(aq)} + 2 \space OH^-_{(aq)}|
​Sels​Métal + non métal
​Métal + groupe d'atomes
​|NaCl_{(aq)} \rightarrow Na^+_{(aq)}+ Cl^-_{(aq)}|
|CaSO_{4(aq)} \rightarrow Ca^{2+}_{(aq)} + {SO_4}^{2-}_{(aq)}|

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L'échelle pH

L’échelle pH est utilisée pour déterminer le degré d’acidité d’une substance. Elle représente la concentration des ions |H^+| dans une solution.

​0 ​1 ​2 ​3 ​4 ​5 ​6 ​7 ​8 ​9 10 11 12 13 ​14
|​\color{red} {Acide}|​Neutre​|\color{blue} {Base}|
Fortement acide​Faiblement acide​​Faiblement basique (ou alcaline)
​Fortement basique (ou alcaline)

Un acide fort ne peut être considéré comme une base faible, pas plus qu'une base forte ne peut être considéré comme un acide faible.
Une variation de 1 sur l'échelle de pH signifie une différence de 10 au niveau de l'acidité ou de la basicité d'une substance par rapport à une autre.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de la relation entre deux substances dans l'échelle pH.

Le jus de citron, dont le pH est 2, est 100 fois plus acide que le jus de tomate (pH = 4).
Une solution de pH 12,5 est 100 fois plus basique qu’une solution de pH 10,5.

On peut reconnaître les acides, les bases (ou substances alcalines) et les sels par la formule chimique.

Types de solution
​Composition ​Exemples
​Acides​|H| + non-métal
|H| + groupe d'atomes
​|HCl|
|H_3PO_4|
​Basiques (ou alcalines)
​Métal + |OH|
|NH_4OH|
​|NaOH|
|Mg(OH)_{2}|
​Sels (neutres)
​Métal + non métal
​Métal + groupe d'atomes
​|NaCl|
|CaSO_{4}|

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La dissociation électrolytique

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

La dissociation électrolytique est le processus par lequel une molécule se sépare pour former des ions. Lorsqu'une substance se dissocie, elle produit un cation (ion positif) et un anion (ion négatif).

|CaCl_{2(aq)}\rightarrow Ca^{2+}_{(aq)} + 2 \space Cl^-_{(aq)}|

|H_2SO_{4(aq)} \rightarrow 2 \space H^+_{(aq)} + {SO_4}^{2-}_{(aq)}|

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Les ions

Un ion est un atome possédant une charge positive ou une charge négative après avoir perdu ou gagné un ou des électrons. 

L'ion positif, le cation, possède un nombre de protons plus élevé que le nombre d'électrons. Dans l'image ci-dessous, le carbone est présenté sous forme de cation, soit |C^{4+}|.

s1605i2.JPG

L'ion négatif, l'anion, possède un nombre de protons plus petit que le nombre d'électrons. Dans l'image ci-dessous, le carbone est présenté sous forme d'anion, soit |C^{4-}|.

s1605i3.JPG 

La charge précise d'un ion peut être déduite à partir de la position de l'élément dans le tableau périodique. Le tableau ci-dessous résume les ions formés par les éléments des principales familles du tableau périodique.

​Nom de la famille ​Nombre d'électrons de valence
​Tendance de l'atome
​Exemple d'ion formé
​I A
​Alcalins|​1|​Perdre 1 électron
​|Na^{+}|
​II A
​Alcalino-terreux|​2|​Perdre 2 électrons
​|Mg^{2+}|
​III A
​Bore​|3|​Perdre 3 électrons
​|Al^{3+}|
​IV A
​Carbone​|4|​Perdre 4 électrons
​|Si^{4+}|
​Gagner 4 électrons
​|Si^{4-}|
​V A
​Azote​|5|​Gagner 3 électrons
​|P^{3-}|
​VI A
​Oxygène​|6|​Gagner 2 électrons
​|S^{2-}|
​VII A
​Halogènes​|7|​Gagner 1 électron
​|Cl^{-}|
​VIII A
​Gaz rares
​|8|​Aucun​Aucun

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La conductibilité électrique

La conductibilité électrique est la capacité d'une solution à laisser passer le courant électrique. Pour qu'une substance permette le passage du courant électrique, deux conditions doivent être réunies:

  1. Le soluté doit être en solution pour que les ions puissent se déplacer;
  2. Les charges doivent être orientées par le passage d'un courant électrique.

Pour vérifier si une substance conduit l'électricité, on utilise le DCE. Les solutions qui conduisent le courant électrique sont les acides, les bases et les sels. 

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La combustion et le triangle de feu

La combustion est une réaction chimique entre un combustible et un comburant qui dégage de l'énergie. Une combustion s'accompagne généralement de flammes, d'une température élevée et d'une grande quantité d'énergie libérée lors de la combustion.

Pour qu'une combustion puisse se produire, trois éléments sont essentiels.

s1605i4.JPG 

  • Le combustible est la substance qui brûle.
  • Le comburant est la substance qui alimente (aide) la combustion.
  • La température d'ignition (ou point d'ignition) est la température que doit atteindre un combustible pour débuter la combustion. Le point d’ignition est une propriété caractéristique associée à une substance donnée. Il demeure toujours le même, mais, dans certains cas, il peut être plus difficile à atteindre, par exemple lorsque du bois est mouillé.

Si un des trois éléments est absent ou s'il s'épuise durant le temps que la réaction se produise, la combustion s'arrêtera immédiatement.

Une combustion vive est une combustion qui libère beaucoup d'énergie sous forme de chaleur et de lumière en peu de temps.

Une combustion spontanée est une combustion vive qui atteint sa température d'ignition sans agent extérieur.

Une combustion lente est une combustion qui se produit sur une longue période de temps. L'énergie est tranquillement libérée dans l'environnement.

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La photosynthèse et la respiration

La photosynthèse est la transformation chimique au cours de laquelle des organismes vivants transforment l'énergie du Soleil afin de produire sa propre nourriture.

La réaction chimique de la photosynthèse est la suivante:

|6 \space CO_{2(g)}​+ 6 \space H_2O_{(l)} ​+ \text{Energie} \rightarrow ​C_6H_{12}O_{6(s)}+​6 \space O_{2(g)}|

La respiration cellulaire est la transformation chimique au cours de laquelle des organismes vivants utilisent l'énergie contenue dans le sucre (glucose) afin de produire de l'énergie.

La réaction chimique de la respiration cellulaire est la suivante:

|C_6H_{12}O_{6(s)}+​6 \space O_{2(g)} \rightarrow ​ 6 \space CO_{2(g)}​+ 6 \space H_2O_{(l)} ​+ \text{Energie}|

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La réaction de neutralisation acidobasique

Une neutralisation acidobasique est une réaction durant laquelle une substance acide (substance qui libère des ions |H^+|) réagit avec une substance basique ou alcaline (substance qui libère des ions |OH^-|) pour produire un sel et de l'eau. La solution finale est neutre, c'est-à-dire que son pH est de 7.

Lors de la neutralisation, les ions |H^+| de l'acide vont se lier avec les ions |OH^-| de la base pour former de l'eau. Les deux autres ions, soit l'ion métallique et l'ion non métallique ou le groupement non-métal, vont se lier pour former le sel.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de neutralisation acidobasique.

​|HCl_{(aq)}|​|+|​|NaOH_{(aq)}|​|\rightarrow|
​|H_2O_{(aq)}|​|+|​|NaCl_{(aq)}|
​Acide​Base​Eau​Sel

L'ajout de chaux dans un lac afin d'en neutraliser l'acidité ou l'utilisation d'antiacides pour neutraliser l'acidité de l'estomac sont des exemples de neutralisations acidobasiques.

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Le balancement d'équations chimiques

Le balancement d'équations chimiques consiste à ajouter des coefficients devant les molécules de réactifs ou de produits afin de respecter la loi de la conservation de la masse.

Pour qu'une équation soit correctement balancée, elle doit respecter les règles suivantes:

  1. Elle doit employer des nombres entiers comme coefficients.
  2. Elle doit utiliser les plus petits coefficients possible.
  3. Elle ne permet pas d'ajouter, de retirer ou de modifier des substances.
  4. Elle doit être vérifiée à la fin du balancement afin de s'assurer que toutes les règles soient respectées.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de balancement d'équation chimique.

Quelle est l'équation balancée de la combustion du pentane?

|C_{5}H_{12} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O|

Dans cette équation, la molécule la plus complexe est |(C_{5}H_{12})|. Il faut donc commencer par cette molécule pour faire le bilan des atomes.

​|C_{5}H_{12}|

​|+|

​|O_{2}|

|​\rightarrow|

​|\color {red}{5}\space  CO_{2}|

​|+|

​|\color {red}{6} \space H_{2}O|

|\text {​5 atomes C}|

|\text {​12 atomes H}|


|\color {red}{5} \text { atomes C} |


​|\color {red}{12} \text { atomes H}|

Les molécules les plus complexes sont, par la suite, |CO_{2}| et |H_{2}O|. Il faut donc équilibrer les atomes de ces molécules.

​|C_{5}H_{12}|

​|+|

​|\color {red}{8} \space O_{2}|

|​\rightarrow|

​|\color {red} \space {5} CO_{2}|

​|+|

​|\color {red}{6}\space H_{2}O|

|\text {​5 atomes C}|

|\text {12 atomes H}|
| |

​| |

| |
|\color {red}{16}\text { atomes O}|

|\text {5 atomes C}|
| |
|\text {10 atomes O}|


| |
​|\text {12 atomes H}|
|\text {6 atomes O}|

L'équation équilibrée est donc l'équation suivante:

​|C_{5}H_{12} + \color {red} {8} \space O_{2} ​\rightarrow \color {red}{5} \space CO_{2} + \color {red}{6}\space H_{2}O|

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La loi de conservation de la masse

La loi de la conservation de la masse fait état que la masse des réactifs doit toujours être égale à la masse des produits.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de problème sur la conservation de la masse.

Si on brûle |\small \text {72 g}| du combustible en présence de |\small \text {256 g}| de dioxygène |(O_2)|, quelle quantité d'eau sera obtenue si |\small \text {220 g}| de dioxyde de carbone a été produit ?

|C_{5}H_{12}|

​|+|

​|8\space O_{2}|

|​\rightarrow|

​|5\space  CO_{2}|

​|+|

​|6 \space H_{2}O|

|\small \text {72 g}|
​|+|​|\small \text {256 g}|
​|=||\small \text {220 g}|
​|+|​|x|
|\small \text {328 g}|
​|=||\small \text {220 g}|
​|+||​x|
​|​\small \text {328 g - 220 g}|​|=||x|
|\small \text {108 g}|
​|=|​|x|

La loi de la conservation de la masse peut être représentée grâce au modèle particulaire. Dans ce modèle, on doit s'assurer qu'il y ait autant d'atomes de chaque sorte des deux côtés de la flèche (réactifs et produits).

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de représentation de la conservation de la masse.

L'image suivante illustre la réaction entre le cuivre et le dioxygène.

s1042i1.JPG 

Il y a deux atomes de cuivre du côté des réactifs et deux atomes de cuivre du côté des produits.
Il y a aussi deux atomes d’oxygène du côté des réactifs et deux atomes d’oxygène du côté des produits.
Il y a donc eu conservation de la masse.

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Le modèle atomique de Rutherford-Bohr

Le modèle atomique de Rutherford-Bohr permet de représenter l'atome en plaçant un noyau au centre de l'atome dans lequel sont situés des protons. Des électrons sont présents sur des orbites situées autour de ce noyau. Le nombre de protons et d'électrons est égal dans un atome.

Pour représenter un atome, il faut respecter les règles suivantes:

  • Il faut utiliser le numéro atomique pour savoir le nombre de protons à placer dans le noyau;
  • Il faut placer les électrons sur les couches électroniques en remplissant la première couche électronique au maximum (deux électrons) et en plaçant ensuite jusqu'à huit électrons par couche;
  • Il faut dessiner autant de couches électroniques que le numéro de la période dans laquelle est situé l'atome;
  • Il faut que le nombre d'électrons sur la dernière couche soit égal au numéro de la famille dans laquelle est situé l'atome.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de modèle atomique de Rutherford-Bohr.

L'atome de fluor possède un numéro atomique de 9. Il faudra donc placer 9 protons dans le noyau de l'atome.
Il faut placer le même nombre d'électrons sur les couches électroniques que le nombre de protons dans le noyau, soit 9.
Il faut que le fluor ait autant de couches électroniques que le numéro de la période, soit 2.
Il faut que le fluor ait autant d'électrons sur la dernière couche que le numéro de la famille, soit 7.
Il faut donc remplir les couches électroniques en plaçant deux électrons sur la première couche, soit le nombre maximal d'électrons pouvant être placé sur cette couche, et mettre les sept électrons restants sur la dernière couche.

s1605i5.JPG

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La notation de Lewis

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

La notation de Lewis permet de représenter les électrons sur la dernière couche électronique, soit les électrons de valence, autour du symbole de l'élément.

Il faut respecter certaines règles:

  • Il faut d'abord écrire le symbole de l'élément.
  • Il ne peut y avoir plus de deux électrons par côté.
  • On doit placer au moins un électron par côté avant de placer un deuxième électron sur un même côté.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir des exemples de la notation de Lewis.

Le brome est dans la famille 7 (VII A) du tableau périodique. Il faudra donc placer sept électrons autour du symbole du brome. Il faut placer un électron à chacun des côtés, et ensuite former des paires d'électrons pour placer les sept électrons.

s1605i7.JPG 

Le calcium est dans la famille 2 (II A). Il faudra donc placer deux électrons autour du symbole du calcium.

s1605i6.JPG 

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Les familles du tableau périodique et leurs propriétés

Une famille est une rangée verticale (colonne) du tableau périodique. Tous les éléments dans une même famille partagent des propriétés communes, soit:

  • ils ont la même réactivité chimique;
  • ils ont des propriétés physiques semblables;
  • ils possèdent le même nombre d'électrons de valence sur la dernière couche électronique.

Il existe huit familles dans le tableau périodique.

​Famille ​Numéro de la famille
​Nombre d'électrons
de valence
​Alcalins​I A
​1
​Alcalino-terreux​II A
​2
BoreIII A
​3
​Carbone
​IV A
​4
​Azote​V A
​5
​Oxygène​VI A
​6
​Halogènes​VII A
​7
​Gaz inertes
​VIII A
​8

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Les périodes du tableau périodique et leurs propriétés

Une période est une rangée horizontale dans le tableau périodique. Le numéro de la période indique le nombre de couches électroniques présentes dans un atome.

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La charge électrique

La charge électrique est la propriété de la matière liée à la perte de la neutralité d'une substance. Un corps chargé négativement possède un surplus d'électrons (plus d'électrons que de protons). Un corps chargé positivement présente un déficit en électrons (moins d'électrons que de protons).

Il existe des forces d'attraction et de répulsion entre deux substances qui varient selon la charge des substances.

​Charge de la première substance
​Charge de la deuxième substance
​Force électrique
​Positive​Positive​Répulsion
​Positive​Négative​Attraction
​Positive​Neutre​Attraction
​Négative​Positive​Attraction
​Négative​Négative​Répulsion
​Négative​Neutre​Attraction
Neutre​Positive​Attraction
​NeutreNégative​​Attraction
​Neutre​Neutre​Aucune

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L'électricité statique

L'électricité statique est un processus de transfert d'électrons d'un corps à un autre. Dans ce processus, les électrons sont transférés d’un premier objet à un deuxième objet.

  • Le premier aura un surplus de protons. Il aura donc une charge positive, puisque des électrons ont été transférés vers le deuxième objet.
  • Le deuxième aura un surplus d’électrons. Il aura donc une charge négative, car il reçoit les électrons du premier objet.

L'électrisation par frottement est le phénomène électrostatique qui se produit lorsqu'une substance acquiert ou perd des charges électriques lorsqu'elle est frottée contre une autre substance.

L’induction est le déplacement de charges négatives dans un objet neutre lorsque celui-ci est placé à proximité d’un objet chargé.

La série électrostatique est une liste qui indique comment les matériaux vont perdre ou gagner des électrons lorsqu'ils entrent en contact avec d'autres matériaux. Dans cette liste, les éléments sont classés en fonction de leur capacité à attirer les électrons (donc, à gagner des charges négatives) ou à donner leurs électrons, ce qui les amènera à avoir une charge résiduelle positive.

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La loi d'Ohm

La loi d'Ohm permet d'établir une relation entre la tension, la résistance et l'intensité du courant.

La loi d'Ohm est représentée par l'équation: |R = \displaystyle \frac{U}{I}|

|U| représente la tension |\text {(V)}|
|R| représente la résistance |(\Omega )|
|I| représente l'intensité du courant |\text {(A)}|
Graphiquement, la relation entre la tension en fonction de l'intensité du courant permet d'obtenir une droite linéaire.

s1605i8.JPG

De cette relation, on déduit que plus l'intensité augmente, plus la tension sera grande pour un même résistor. On peut déduire la valeur de la résistance de ce circuit en calculant la pente du graphique.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple d'application graphique de la loi d'Ohm.

En utilisant le point |\small (0,0)| et le point |\small (0,0010, 2)|, la résistance est donc calculée par la formule suivante.
||\begin{align}U = R \times I \quad \Rightarrow \quad R &= \frac {U}{I} \\ R &= \frac {\text {2 V - 0 V}}{\text {0,0010 A - 0 A}} \\ R &= 2 \:000 \: \Omega \end{align}||

Sans graphique, la loi d'Ohm peut être utilisée pour déterminer une variable manquante si les deux autres sont connues.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple d'application mathématique de la loi d'Ohm.

Si une tension de |\small \text {10 V}| est mesurée dans un circuit lorsque l'intensité du courant est de |\small \text {0,5 A}|, quelle est la résistance dans ce circuit ?
||\begin{align}U = R \times I \quad \Rightarrow \quad R &= \frac {U}{I} \\ R &= \frac {\text {10 V}}{\text {0,5 A}} \\
R &= 20 \: \Omega \end{align}||

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Les variables électriques et leurs symboles

Il existe différentes variables électriques qui sont utilisées pour quantifier le passage des électrons dans un circuit électrique.

​Variable ​Définition ​Symbole ​Unité de mesure
​Différence de potentiel (tension, voltage)
​Quantité d'énergie transférée entre deux points d'un circuit électrique.​|U|​Volt |\text {(V)}|
​Résistance​Capacité d'un matériau à s'opposer au passage du courant électrique.​|R|​Ohm |(\Omega)|
​Intensité du courant (ampérage)
Quantité de charges qui circulent à un point précis du circuit électrique chaque seconde.​|I|​Ampère |\text {(A)}|

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Les circuits en série et en parallèle

Un circuit électrique est formé minimalement de trois composantes:

  • une source d'alimentation pour créer une tension dans le circuit;
  • des fils électriques pour assurer le transport des électrons dans les éléments du circuit;
  • un ou des éléments qui transforment l'énergie électrique.

Un circuit en série est un montage électrique dans lequel les composantes telles que les résistors ou les ampoules sont reliées les unes à la suite des autres. Le courant n’a alors qu’un seul chemin possible pour revenir à la source de courant. Si un bris survient dans ce circuit, le courant électrique cesse de circuler.

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Un circuit en parallèle est un montage électrique dans lequel les composantes tels que les résistors ou les ampoules sont placées parallèlement les uns aux autres. Le courant peut revenir à la source par plusieurs chemins différents. Si un bris survient dans un des chemins dans ce circuit, le courant électrique peut quand même circuler dans les autres chemins de ce circuit.
s1605i10.JPG

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Le courant continu et le courant alternatif

Le courant continu est un courant électrique dans lequel les électrons circulent continuellement dans une seule direction.
Le courant alternatif est un courant électrique dans lequel les électrons circulent alternativement dans une direction, puis dans l'autre, à intervalles réguliers appelé cycles.

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La relation entre la puissance et l'énergie électrique

La puissance électrique indique la quantité d'énergie qu'un appareil peut transformer durant une période de temps.

La puissance électrique se calcule grâce à la formule suivante:
|P = U \times I|

|P| représente la puissance |(\text {W})|
|U| représente la tension |(\text {V})|
|I| représente l'intensité du courant |(\text{A})|

La relation entre la puissance, le temps et l'énergie électrique peut être représentée dans un graphique.

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La pente de ce graphique permet de déterminer la puissance de l'appareil.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple d'application graphique de la puissance électrique.

En utilisant les points |\small (0, 0)| et |\small (40, 10 \: 000)|, la pente peut être calculée de la façon suivante.
||\begin{align}E = P \times \triangle t \quad \Rightarrow \quad P &= \frac {E}{\triangle t} \\ P &= \frac {\text {10 000 J - 0 J}}{\text {40 s - 0 s}} \\
P &= \text {250 W} \end{align}||

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul de la puissance électrique.

Quelle est la puissance dans un circuit électrique si une tension de |\small \text {10 V}| y circule, considérant que l'intensité du courant est de |\small \text {0,5 A}| ?
||\begin{align}P = U \times I \quad \Rightarrow \quad P &= \text {10 V} \times \text {0,5 A} \\ P &= \text {5 W} \end{align}||

L'énergie électrique représente l'énergie fournie sous forme de courant électrique.

L'énergie électrique se calcule grâce à la formule suivante:
|E = P \times \triangle t|
|E| représente l'énergie |\text {(J, Wh ou kWh)}|
|P| représente la puissance |\text {(W ou kW)}|
|\triangle t| représente la variation de temps |\text{(s ou h)}|

Il y a trois types d'énergie possible.

  • Pour calculer l'énergie en Joules, la puissance doit être mesurée en Watts et le temps, en secondes.
  • Pour calculer l'énergie en wattheures, la puissance doit être mesure en watts et le temps, en heures.
  • Pour calculer l'énergie en kilowattheures, la puissance doit être mesure en kilowatts et le temps, en heures.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul de l'énergie électrique.

Quelle est la quantité d'énergie consommée, en Joules, en Wattheures et en kiloWattheures, par une ampoule ayant une puissance de |\small \text {100 W}| qui est utilisée durant |\small \text {15 minutes}| ?
||\begin{align}E = P \times \triangle t \quad \Rightarrow \quad E &= \text {100 W} \times \text {900 s} \\ E &= \text {90 000 J} \end{align}||
||\begin{align}E = P \times \triangle t \quad \Rightarrow \quad E &= \text {100 W} \times \text {0,25 h} \\ E &= \text {25 Wh} \end{align}||
||\begin{align}E = P \times \triangle t \quad \Rightarrow \quad E &= \text {0,100 kW} \times \text {0,25 h} \\ E &= \text {0,025 kWh} \end{align}||

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Les forces d'attraction et de répulsion

Le champ magnétique est la zone dans laquelle la force magnétique d'un aimant peut agir sur un autre élément. Par convention, le champ magnétique est représenté par des lignes de force qui s'éloignent du pôle Nord pour se rapprocher du pôle Sud. En plaçant une boussole à proximité du champ magnétique, cette dernière va s'orienter de manière à ce que le pôle Nord de la boussole soit dirigé vers le pôle Sud de l'aimant.

s1605i11.JPG 

Il existe des forces d'attraction et de répulsion entre deux substances.

  • Si on approche deux aimants de pôles opposés (un pôle Nord à proximité d'un pôle Sud), ils s'attireront (force d'attraction).
  • Si on approche deux aimants de pôles semblables (deux pôles Nord ensemble ou deux pôles Sud ensemble, ils se repousseront (force de répulsion).

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Le champ magnétique d'un fil parcouru par un courant

Lorsqu'un courant électrique circule dans un fil conducteur, un champ magnétique est créé. Pour établir l'orientation de ce champ magnétique, il faut utiliser la première règle de la main droite.

  • On place le pouce de la main droite dans le sens du courant conventionnel, soit du positif vers le négatif.
  • La rotation des doigts indique le sens du champ magnétique.

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Le champ magnétique est circulaire et perpendiculaire au passage du courant électrique.

Deux facteurs peuvent influencer l'intensité du champ magnétique dans un fil droit.

  • Plus l'intensité du courant est grande, plus le champ magnétique sera fort.
  • Un fil électrique constitué par un métal, tel que le cuivre, permet d'obtenir un meilleur champ magnétique.

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La loi de la conservation de l'énergie

La loi de la conservation de l'énergie indique que l'énergie ne peut être ni créée, ni détruite: elle peut seulement être transférée ou transformée en d'autres sortes d'énergie. La quantité totale d'énergie dans un système doit toujours être la même.

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de la conservation de l'énergie.

Une ampoule incandescente qui consomme |\small \text {100 J}| d'énergie électrique la transformera pour produire |\small \text {5 J}| d'énergie lumineuse et |\small \text {95 J}| d'énergie thermique (énergie dissipée). La quantité d'énergie au départ est la même que la quantité d'énergie à la fin.

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Le rendement énergétique

Le rendement énergétique permet de déterminer la proportion de l'énergie consommée qui est transformée en travail efficace.
Le rendement énergétique se calcule grâce à la formule suivante:
|\text {Rendement énergétique}=\displaystyle \frac{\text {Quantité d'énergie utile (J)}}{\text {Quantité d'énergie consommée (J)}}\cdot100|

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul du rendement énergétique.

Quel est le rendement énergétique d'une ampoule incandescente qui consomme |\small \text {100 J}| d'énergie électrique pour produire |\small \text {5 J}| d'énergie lumineuse et |\small \text {95 J}| d'énergie thermique ?

L'énergie utile est l'énergie lumineuse. L'énergie dissipée, ou énergie non utile, est l'énergie thermique.
||\begin{align}\text {Rendement énergétique} &=\displaystyle \frac{\text {Quantité d'énergie utile (J)}}{\text {Quantité d'énergie consommée (J)}}\cdot100 \\  \text {Rendement énergétique} &=\displaystyle \frac{\text {5 J}}{\text {100 J}}\cdot100 \\ \text {Rendement énergétique} &= 5 \% \end{align}||

Il est possible d'améliorer le rendement énergétique de différents appareils. Par exemple, pour améliorer l'efficacité d'un chauffe-eau, il faut s'assurer que le réservoir est bien isolé, ce qui permettra de limiter les pertes de chaleur. Il est également possible d'améliorer l'efficacité d'ampoules électriques en favorisant l'utilisation d'ampoules de type DEL plutôt que des ampoules à incandescence.

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La distinction entre la chaleur et la température

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

La chaleur est le transfert de l'énergie thermique d'un objet à un autre lorsqu'il y a une différence de température entre deux objets. Elle se mesure en Joules |(J)|.

La quantité de chaleur (ou d'énergie thermique) qui peut être transférée d'un objet à un autre dépend de la quantité de particules et de la température initiale.

La température mesure le degré d'agitation des particules d'une substance. Elle se mesure en degrés Celsius |(^\circ C)|.

Ainsi, lorsqu'une substance plus chaude est mélangée à une substance plus froide, la substance plus chaude transfère de sa chaleur à la substance plus froide. Ainsi, les particules de la substance chaude perdront de l'énergie: elles seront moins agitées, ce qui diminuera la température. Le contraire se produit pour la substance froide: étant donné que la substance froide absorbera de la chaleur, les particules s'agiteront, ce qui augmentera la température.

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L'univers Terre et espace

Le cycle du carbone

Le cycle du carbone est un cycle biogéochimique qui correspond à l’ensemble des échanges de carbone sur la planète.

Voici les principales transformations liées au cycle du carbone.s1605i13.png

Source

​Étapes du cycle
​Description
​1. Photosynthèse
​Processus par lequel les plantes absorbent du dioxyde de carbone |(CO_2)|.
​2. Consommation
​Phénomène qui survient lorsque les êtres vivants consomment du carbone pour assurer leur survie.
​3. Respiration
​Processus par lequel les êtres vivants produisent du dioxyde de carbone |(CO_2)|.
​4. Décomposition et fermentation
​Étape durant laquelle des êtres vivants produisent du carbone dans les déchets (urine, excréments, etc.) et durant laquelle les décomposeurs transforment cette matière, libérant du dioxyde de carbone |(CO_2)| et du méthane |(CH_4)|.
​5. Déforestation et feux de forêt
Sous l'action de la combustion, processus durant lequel du dioxyde de carbone |(CO_2)| est produit.
​6. Dissolution et fixation
​Étape durant laquelle du dioxyde de carbone |(CO_2)| est dissous dans les océans pour produire du carbonate de calcium |(CaCO_3)| utilisé dans les coquilles et squelettes des animaux marins.
​7. Sédimentarisation et fossilisation
​Processus par lequel les particules de carbonate de calcium |(CaCO_3)| s'accumulent pour former des roches carbonatées.
​8. Volcanisme
​Phénomène qui survient lorsque les volcans en éruption libèrent de grandes quantités de dioxyde de carbone |(CO_2)|.
​9. Combustion des combustibles fossiles
​Sous l'action de la combustion, processus durant lequel du dioxyde de carbone |(CO_2)| est produit.

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Le cycle de l'azote

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Le cycle de l’azote est un cycle biogéochimique qui correspond à l’ensemble des échanges d’azote sur la planète.

Voici les principales transformations liées à la circulation de l'azote.

s1605i14.png 

Source

​Étapes du cycle
​Description
​1. Fixation de l'azote
Processus par lequel des bactéries captent l'azote atmosphérique |(N_2)| pour le transformer en matière utilisable par les plantes et les animaux, soit de l'ammoniac |(NH_3)|.
​2. Nitrification
Oxydation de l'ammoniac |(NH_3)| par des bactéries pour former des nitrites |({NO_2}^-)| ou des nitrates |({NO_3}^-)|.
​3. Absorption d'azote par les végétaux et les animaux
​Processus par lequel les végétaux absorbent le nitrate |({NO_2}^-)| et l'ammoniac |(NH_3)| (sous forme d'ammonium |({NH_4}^+)|) présent dans le sol ou dans l'eau.
​4. Décomposition des déchets
​Formation de déchets azotés par les végétaux et les animaux par la production d'excréments ou par la décomposition de matière organique.
​5. Dénitrification
Processus par lequel des bactéries transforment les nitrates |({NO_3}^-)| en azote atmosphérique |(N_2)|.

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Les biomes terrestres

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Un biome terrestre correspond à une vaste communauté d'organismes vivants qui occupent une région climatique continentale.

Il existe divers biomes terrestres.

​Biome ​Climat ​Faune
​Flore ​Type de sol
Toundra
​Température très froide
​Espèces adaptées au froid​Mousses, lichens, herbes, arbustes rabougris, etc.​Présence de pergélisol
​Forêt boréale
​Hivers très longs, froids et enneigés; étés courts et assez chauds​Plusieurs espèces de mammifères, des petits rongeurs aux grands herbivores et carnivores​Forêt de conifères, quelques rares feuillus ​Pauvre en nutriments et généralement acide
​Forêt tempérée
​Saisons très contrastées où tombent régulièrement d'importantes précipitations sous forme de pluie ou de neigeNombreuses espèces de mammifères herbivores, d'insectes et d'oiseaux​Forêt composée principalement de feuillus​Riche en humus
​Prairie tempérée
​Longs hivers froids et étés ponctués de périodes de sécheressePrésence de grands herbivores​Dominée par les plantes à fleurs, arbres et arbustes rares​Faible en humus
​Savane tropicale
​Précipitations très variables durant l'année, marquée par une saison des pluies et une période de sécheresse​Espèces animales diversifiées​Arbres et arbustes dispersés sur le territoire​Très fertile
​DésertJournées très chaudes et nuits très froides; très peu de précipitations​Adaptée aux conditions désertiques à l'aide d'une pigmentation claire de la peau ou du pelage et d'un mode de vie nocturne ou souterrain ​Végétation adaptée à la sécheresse; parsemée en fonction de la quantité d'eau disponible, de la force du vent et de la nature du sol​Instable
​Forêt tropicale
Température chaude et constante tout le long de l'année, précipitations abondantes
​Nombreux insectes, reptiles, amphibiens, mammifères, grande diversité d'oiseaux ​Végétation dense et étagée​Très fertile

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Les biomes aquatiques

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Un biome aquatique correspond à une vaste communauté d'organismes vivants qui se répartissent dans des étendues d'eau douce (biomes dulcicoles) ou d'eau salée (biomes marins).

Voici une liste des biomes d'eau douce.

​Biome Caractéristiques générales
Faune
​Flore
Lacs
Grandes étendues d'eau entourées par des terres.
Diversifiée selon la température, la quantité d'oxygène et la profondeur du lac.
Diversifiée selon la température, la quantité d'oxygène et la profondeur du lac.
Cours d'eau (ruisseaux, rivières, fleuves)
Caractérisés par leur courant, dont la vitesse peut varier en fonction du relief, des conditions météorologiques et des saisons
Adaptée aux courants et à de l'eau très oxygénée.
Adaptée aux courants et à de l'eau très oxygénée.
Terres humides (marais, marécages, tourbières)
Étendues d'eau stagnante qui forment souvent une zone de transition entre les biomes terrestres et les biomes aquatiques.
Adaptée aux eaux stagnantes.

Arbres, mousses, herbes.

Voici une liste des biomes d'eau salée.

​Biome Caractéristiques générales
Faune
​Flore
Océans et mers
Milieux dont les conditions varient en fonction de la profondeur.
Diversifiée selon la profondeur.
Diversifiée selon la profondeur.
Récifs coralliens
Zone située en eaux chaudes et peu profondes.
Très grande biodiversité.
Très grande biodiversité.
Zones littorales
Frontière entre le milieu terrestre et le milieu aquatique.
Animaux fixés.
Algues fixes, plantes semi-aquatiques.

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Les facteurs influençant la distribution des biomes

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

De nombreux facteurs influencent la distribution des biomes dans la biosphère.

Facteurs qui influencent la distribution des biomes terrestres Facteurs qui influencent la distribution des biomes aquatiques
LatitudeSalinité de l'eau
AltitudeProfondeur de l'eau
PrécipitationsForce et sens du courant
VentsQuantité de dioxygène et de dioxyde de carbone nécessaire à la respiration et à la photosynthèse
Type de sol
Nourriture
Insolation (ensoleillement, lumière)
Température

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Les minéraux

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Un minéral est une substance naturelle inorganique qui se distingue d’un autre type de minéral par sa composition chimique.
Un minerai est une roche extraite de la lithosphère qui contient une quantité de minéraux suffisamment grande pour en justifier l'exploitation.

L'exploitation des minéraux peut amener des impacts environnementaux non négligeables comme, par exemple:

  • Il peut y avoir, à moyen ou à long terme, épuisement des ressources, puisque ces minéraux ne sont pas des ressources renouvelables;
  • De grandes surfaces boisées peuvent être détruites lorsque des mines sont construites;
  • Des gaz à effet de serre (GES) sont émis par l'utilisation de la machinerie dans les mines;
  • La faune devra se déplacer sur d'autres territoires, chassée par les humains exploitant les ressources minières.

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Les horizons du sol (ou profil d'un sol)

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

​Les horizons du sol sont les différentes couches du sol que l'on distingue par leur épaisseur et par leur composition.
Le profil d'un sol correspond à l'ensemble des horizons qui composent un sol, de sa surface à la roche-mère.
Dans un sol mature, on distingue quatre principaux horizons.

Horizon O (couche superficielle):
Couche superficielle comprenant des débris végétaux et de l’humus riche en éléments nutritifs.

​ ​ ​ ​s1036i1.jpg
source

​Horizon A (terre arable):
Couche composée d’un mélange d’humus et de minéraux. On qualifie ce mélange de « terre arable ». Riche en matière organique, elle est importante pour la croissance des végétaux.

​Horizon B (sous-sol):
Couche très pauvre en humus, mais très riche en éléments minéraux.

​Horizon C (roche-mère fragmentée):
Couche sans matière organique, uniquement composée de roche-mère altérée et fragmentée.

L'horizon R, soit la roche-mère, est situé sous l'horizon C.

Les nutriments nécessaires aux êtres vivants du sol sont fournis par diverses réactions, notamment par la décomposition, l'oxydation de certaines substances et la neutralisation acidobasique.

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Le pergélisol

Le pergélisol est une couche du sol gelé en permanence pendant au moins deux ans.

La fonte du pergélisol entraîne diverses conséquences telles que:

  • Le pergélisol qui se réchauffe devient un sol vaseux et instable. La construction de routes devient impossible, et des glissements de terrain peuvent survenir.
  • La fonte du pergélisol peut entraîner la libération de gaz enfouis dans le sol, comme le méthane |(CH_4)| et la dioxyde de carbone |(CO_2)|, ce qui augmente l'effet de serre.
  • L'augmentation de la végétation.
  • La modification des écosystèmes.

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Les ressources énergétiques de la lithosphère

Il est possible de produire de l'énergie à partir des éléments présents dans la lithosphère.

​Ressource énergétique
​Description ​Avantages ​Inconvénients
​Combustibles fossiles
​Énergie produite à partir de la combustion du pétrole, du charbon ou du gaz naturel.
​Technologie peu coûteuse et accessible.
​Énergie non renouvelable.
Production de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques.
​Nucléaire​Énergie contenue dans les noyaux des atomes de certains éléments chimiques.
​Production de grandes quantités d'énergies avec peu de matières premières.
Production de gaz à effet de serre nulle.
​Production de déchets radioactifs difficiles à éliminer.
​Géothermique
​Énergie reliée à la chaleur interne de la Terre.
​Énergie renouvelable.
Production de gaz à effet de serre nulle.
​Technologie très coûteuse.

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Les bassins versants

Un bassin versant est un territoire délimité par les lignes de crête entourant un réseau de cours d’eau, qui comprend aussi les eaux souterraines et de ruissellement. Des sous-bassins alimentent un bassin versant et se comportent de la même façon que ce dernier. La frontière entre deux bassins versants se situe sur la crête des montagnes et des collines environnantes et se nomme ligne de partage des eaux (ou ligne de crête).
En raison de la force de la gravité, l'eau circule du point le plus haut vers le point le plus bas (de l'amont, soit l'endroit d'où vient l'eau, vers l'aval, soit l'endroit vers où l'eau se dirige).

Certaines activités humaines peuvent avoir des impacts importants sur les bassins versants.

  • Les coupes à blanc (ou la déforestation excessive d'un territoire) peuvent augmenter l'érosion du sol et entraîner des inondations ou des glissements de terrain.
  • La pollution de l'hydrosphère peut contaminer la source d'eau à proximité du point de contamination. De plus, des endroits en aval du point de contamination pourraient également être contaminés.
  • La création d’un réservoir ou d’un canal de navigation peut avoir un impact sur la quantité d'eau déversée dans un bassin versant.
  • L'assèchement ou le remplissage d’un marécage.
  • L'irrigiration et la fertilisation des sols.

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La circulation océanique

La circulation océanique correspond à l'ensemble des mouvements et des déplacements de l'eau à l'échelle planétaire.
La circulation océanique se divise en deux types de courants:

  • Les courants de surface sont les mouvements générés par les vents soufflant en surface des océans. Ils sont influencés par la force de Coriolis et la présence des continents.
  • Les courants de profondeur, aussi nommés courants de densité, sont engendrés par des différences de température (l'eau froide est plus dense que l'eau chaude) et de salinité (l'eau salée est plus dense que l'eau douce). Lors de la formation de la banquise, du sel est rejeté dans l’eau, ce qui fait augmenter la salinité (et la masse volumique) de l’eau sur laquelle elle flotte, ce qui contribue à la boucle thermohaline.

Les courants marins de surface et les courants marins de profondeur forment une immense boucle de circulation que l’on nomme boucle thermohaline.

s1605i17.JPG 

La circulation thermohaline permet le transfert de chaleur entre les pôles et l'équateur.

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La salinité de l'eau

La salinité est la mesure de la quantité de sels dissous dans un volume donné d'eau.
L'eau salée possède des propriétés différentes de l'eau douce, dont:

  • une plus faible capacité de dissolution que l'eau douce;
  • une densité (masse volumique) plus élevée que l'eau douce;
  • un point de congélation plus bas que celui de l'eau douce;
  • un point d'ébullition plus élevé que celui de l'eau douce.

Puisque l'eau salée est plus dense que l'eau douce, elle se dirigera vers le fond des océans dans la circulation thermohaline.

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Les glaciers et banquises

Un glacier est une masse de glace formée par l'accumulation et le tassement de couches de neige sur la terre ferme.
Une banquise est une vaste étendue de glace qui flotte sur les océans près des pôles Nord et Sud. La banquise est constituée d’eau saumâtre, soit un mélange d’eau douce et d’eau salée, dont la salinité est moindre que celle de l’eau salée sur laquelle elle se forme.

La fonte des glaciers et des banquises peut avoir des impacts néfastes tels que:

  • la perturbation des écosystèmes dans certaines régions polaires (déplacement ou disparition d'espèces);
  • la diminution de la salinité de l'eau, ce qui peut entraîner des perturbations de la circulation thermohaline;
  • l'ouverture de nouvelles voies navigables;
  • la diminution de l'albédo, soit le pouvoir réfléchissant de l'énergie provenant du Soleil.

La hausse du niveau de la mer est liée à la fonte des glaciers uniquement.

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Les ressources énergétiques de l'hydrosphère

Il est possible de produire de l'énergie à partir des éléments présents dans l'hydrosphère.

​Ressource énergétique ​Description ​Avantages ​Inconvénients
Marémotrice
Énergie reliée au mouvement de l'eau lors des marées.
​Énergie renouvelable.
Production de gaz à effet de serre nulle.
Peu de sites propices à l'installation de centrales marémotrices.

Dommages causés à la centrale par l'eau salée.
Hydraulique (courants marins et cours d'eau)
​Énergie produite par le mouvement de l'eau.
​​Énergie renouvelable.
Production de gaz à effet de serre nulle.
Inondation des terres.
​Hydrolienne​Énergie produite par les courants marins.
​​​Énergie renouvelable.
Production de gaz à effet de serre nulle.
Technologie coûteuse.​

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L'effet de serre

​​L'effet de serre est un phénomène d'origine naturelle qui permet de retenir une partie de la chaleur émise par le Soleil dans l'atmosphère de la planète. Toutefois, l'activité humaine peut renforcer ce processus.

L'effet de serre se produit de la manière suivante:
s1605i16.JPG

  1. Le rayonnement solaire passe à travers l'atmosphère.
  2. Une partie du rayonnement solaire est réfléchie par l'atmosphère et réchauffe l'air.
  3. La surface de la Terre absorbe l'énergie solaire. Une partie de cette énergie est réfléchie par la surface de la Terre et elle est renvoyée dans l'atmosphère.
  4. Une partie du rayonnement infrarouge est absorbée et réémise par les molécules de gaz à effet de serre (GES). Ces rayons sont donc retournés vers la surface de la Terre.
  5. L'autre partie du rayonnement infrarouge passe à travers l'atmosphère et se perd dans l'espace.
  6. La surface se réchauffe encore et un nouveau rayonnement infrarouge sera émis.

Une augmentation de l'effet de serre sur Terre peut amener divers problèmes dont:

  • le réchauffement climatique;
  • la fonte des banquises et des glaciers;
  • la hausse du niveau de la mer;
  • la perturbation de nombreux écosystèmes;
  • les périodes de sécheresse importantes.

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La circulation atmosphérique

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

​​La circulation atmosphérique est le mouvement continu des masses d'air entourant la Terre qui redistribue la chaleur provenant du Soleil.
La circulation atmosphérique s'explique à partir de divers phénomènes:

  • les mouvements de convection, qui font en sorte que l'air chaud et humide s'élève en altitude et que l'air froid et sec descend sur la surface de la Terre;
  • la force de Coriolis, qui fait en sorte que les masses d'air se déplacent en raison de la rotation de la Terre;
  • les variations de pression, qui amènent l'air à circuler d'une zone de haute pression (air froid) vers une zone de basse pression (air chaud) afin de remplir le vide créé par le mouvement de l'air chaud qui monte en altitude.

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Les masses d'air

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Une masse d’air est une zone de l’atmosphère où la température et l’humidité sont relativement homogènes.
Pour qualifier la température de la masse d'air, on peut dire que l'air est chaud (air tropical), froid (air polaire) ou très froid (air arctique). Pour qualifier l'humidité, on peut dire que l'air est sec (air continental) ou humide (air maritime).
Lorsque deux masses d'air se rencontrent, une zone se crée dans laquelle la température et l'humidité se modifient rapidement. Lorsque l'air chaud et humide, plus léger, s'élèvera en altitude, la condensation amènera la formation de nuages. Des fronts (chauds ou froids) et des variations de masses d'air (anticyclones et dépressions) pourraient survenir.

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Les cyclones et les anticyclones

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Un anticyclone est une zone de circulation atmosphérique qui se déploie autour d’un centre de haute pression.
Un cyclone, ou dépression, est une zone de circulation atmosphérique qui se déploie autour d’un centre de basse pression.

Le tableau suivant différencie les deux types de phénomènes atmosphériques.

Cyclone ​Anticyclone
​Masse d'air qui se déplace
​Masse d'air chaud qui s'élève en altitude
​Masse d'air froid qui se rapproche du sol
​Sens de rotation
​Antihoraire dans l'hémisphère Nord
​Horaire dans l'hémisphère Nord
​Conditions atmosphériques
Conditions instables: précipitations et vents, risque de tempête
Pas (ou peu) de nuages: ciel dégagé et air plutôt sec

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Les ressources énergétiques de l'atmosphère

Il est possible de produire de l'énergie à partir des éléments présents dans l'atmosphère.

​Ressource énergétique ​Description ​Avantages ​Inconvénients
Solaire
Énergie produite par le rayonnement du Soleil.
​Énergie renouvelable.
Production de gaz à effet de serre nulle.
Possibilité d'alimenter en énergie des régions éloignées.
​Énergie produite variable selon la saison et les nuages.

Technologie coûteuse.
Éolienne​Énergie produite par le vent.
​​Énergie renouvelable.
Production de gaz à effet de serre nulle.
​Production de pollution visuelle et sonore.

Énergie produite variable selon le vent.

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Le flux d'énergie émis par le Soleil

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

​Le flux d'énergie émis par le Soleil correspond à l'ensemble du rayonnement électromagnétique qui s'échappe de sa surface pour se propager dans l'espace.

Le flux d'énergie varie en raison de divers facteurs.

  • L'heure de la journée influence directement l'insolation, puisque le rayonnement solaire est nul si une surface de la Terre est du côté opposé par rapport au Soleil, soit durant la nuit.
  • Les saisons influencent l'insolation. Puisque l'axe de rotation est incliné, une surface peut recevoir une plus grande quantité d'énergie solaire dépendamment de sa position par rapport au Soleil.
  • La latitude influence également l'insolation, puisque les régions plus nordiques ne reçoivent pas autant d'énergie solaire que les régions plus près de l'équateur.

Une partie de l'énergie solaire est absorbée avant de se rendre dans les océans et les sols. Lorsque cette énergie atteint la surface de la Terre, les surfaces foncées absorberont le rayonnement solaire, alors que les surfaces claires réfléchiront le rayonnement solaire.

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Le système Terre-Lune et les marées

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

​La marée est le mouvement du niveau des eaux causé par l’effet des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.
Les côtés de la Terre se situant en ligne avec la Lune sont en période de marée haute, alors que les zones perpendiculaires à la Lune sont en période de marée basse. Lorsque la Terre aura effectué un quart de sa rotation, les zones de marées basse et haute seront inversées. Il se produira alors deux marées hautes et deux marées basses par jour en raison de la rotation de la Terre.

s1605i15.png

Source

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L'univers technologique

Les caractéristiques des liaisons mécaniques

Dans chaque objet technique, il existe des liaisons qui peuvent être caractérisées par quatre qualificatifs, soit un qualificatif pour chacune des paires présentées dans le tableau ci-dessous.

Types de liaison​
​Directe: Liaison ne nécessitant pas d'organe de liaison entre les pièces à lier.
​Indirecte: Liaison nécessitant un organe de liaison (vis, clou, colle, etc.) entre les pièces à lier.
​Rigide: Liaison qui ne permet aucune déformation (aucun changement de position) des pièces. ​Élastique: Liaison qui présente un organe de liaison élastique ou un matériau élastique qui assure un mouvement de retour à la position initiale des pièces.
​Démontable: Liaison qui permet de séparer plusieurs fois les pièces sans endommager les surfaces des pièces ni l’organe de liaison.
​Indémontable: Liaison qui ne permet pas de séparer les pièces sans endommager les surfaces des pièces ou l’organe de liaison.
​Complète: Liaison qui ne permet aucune possibilité de mouvement entre les pièces liées.
​Partielle: Liaison dans laquelle les pièces doivent bouger les unes par rapport aux autres.

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La fonction de guidage

Le guidage est la fonction d’un organe qui dirige le mouvement d’une pièce mobile selon une trajectoire précise. Un guidage implique un mouvement entre les composants: il n’y a donc pas de guidage dans une liaison complète.

Il existe trois types de guidage.

​Type de guidage
​Description
​Guidage en translation
​Guidage qui permet à une pièce mobile d'exécuter un mouvement de translation.
​Guidage en rotation
​​Guidage qui permet à une pièce mobile d'exécuter un mouvement de rotation.
​Guidage hélicoïdal
​​​Guidage qui permet à une pièce mobile d'exécuter un mouvement hélicoïdal. Pour qu’un guidage soit considéré comme hélicoïdal, il faut que le déplacement rectiligne de la pièce mobile s’effectue dans le même axe que l’axe de rotation.

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Les particularités du mouvement des systèmes de transmission du mouvement

Les systèmes de transmission du mouvement représentent des mécanismes qui transmettent le mouvement d'une pièce vers une autre sans en modifier la nature. Le mouvement transmis peut être un mouvement de translation, de rotation ou hélicoïdal.

Voici les principaux mécanismes de transmission du mouvement.

​Mécanisme ​Représentation ​Description ​Avantages ​Inconvénients
​Roues de friction
s1602i12.pngMécanisme comprenant deux roues non dentées qui ont un point de contact entre elles.
​Permet la transmission du mouvement entre des pièces rapprochées.
Réversible.
​Peut s'user avec le temps.
Possibilité de glissement entre les deux roues.
​Engrenages (ou roues dentées)
s1602i13.png​Mécanisme comprenant deux roues dentées ayant un point de contact entre elles.
​Permet la transmission du mouvement entre des pièces rapprochées.
Réversible.
Présence de dents qui permettent d'éviter le glissement.
​Peut nécessiter une lubrification des pièces pour assurer un bon fonctionnement.
​Courroie et poulies
s1602i14.png​Mécanisme constitué de deux poulies reliées entre elles par une courroie.
​Réversible.

Ne nécessite pas de lubrification.
Doit avoir des axes de rotation parallèles pour être efficaces.

La courroie peut glisser sur les poulies.
​Chaîne et roues dentées
s1602i15.png​Mécanisme constitué de deux roues dentées reliées entre elles par une chaîne.
​Réversible.
Présence de dents qui permettent d'éviter le glissement.
​Doit avoir des axes de rotation parallèles pour être efficaces.
​Peut nécessiter une lubrification des pièces pour assurer un bon fonctionnement.
​Vis sans fin et roue dentée
s1602i16.pngMécanisme constitué d'une vis et d'une roue dont les dents sont en contact avec les filets de la vis.
​Permet une transmission du mouvement très précise.
Présence de dents qui permettent d'éviter le glissement.
​Irréversible.
​Peut nécessiter une lubrification des pièces pour assurer un bon fonctionnement.

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Les particularités du mouvement des systèmes de transformation du mouvement

Un système de transformation du mouvement est un mécanisme qui modifie la nature d'un mouvement lorsqu'il est transmis d'une pièce vers une autre. Le mouvement transformé peut être un mouvement de translation ou de rotation.

Il existe divers types de mécanismes de transformation du mouvement.

​Mécanisme ​Représentation ​Description ​Avantages ​Inconvénients
Pignon et crémaillère
s1602i17.pngMécanisme comprenant une roue dentée (le pignon) qui, en tournant, entraîne la crémaillère dans un mouvement de translation.
​Réversible.

Présence de dents qui permettent d'éviter le glissement.
Peut nécessiter une lubrification des pièces pour assurer un bon fonctionnement.

Nécessite des ajustements précis entre les dents de la roue et celles de la crémaillère.
Vis et écrou
s1602i18.pngMécanisme comprenant une vis qui, en tournant, entraîne la translation de l'écrou.
​Permet de soutenir et d'exercer des forces importantes.
​Irréversible.

Beaucoup de frottement, donc lubrification nécessaire.
Bielle et manivelle
s1602i19.png​Mécanisme comprenant une bielle, qui effectue un mouvement de translation, reliée à une manivelle, qui effectue un mouvement de rotation.
​Réversible.
Permet des transformations du mouvement à haute vitesse.
Beaucoup de frottement, donc lubrification nécessaire.
Came et tige-poussoir
s1602i20.pngMécanisme qui comprend une came qui, en tournant, entraîne la translation de la tige poussoir.
​Aucun glissement.

Permet une réduction de vitesse significative.
​Irréversible (la came est toujours l'organe moteur).

Lubrification constante nécessaire.

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Les changements de vitesse

Le changement de vitesse est le rapport entre la vitesse de rotation de l'organe moteur et la vitesse de rotation de l'organe récepteur, ou organe mené.

Ce rapport dépend des dimensions de l'organe moteur et de l'organe récepteur (ou organe mené): les organes intermédiaires n’interfèrent pas lors d’un changement de vitesse. Trois scénarios peuvent se produire.

​Scénarios ​Caractéristiques du système
​Augmentation de la vitesse
​L'organe mené a un diamètre plus petit (ou un nombre de dents moins élevé) que l'organe moteur.
Diminution de la vitesse​​L'organe mené a un diamètre plus grand (ou un nombre de dents plus élevé) que l'organe moteur.
​Conservation de la vitesse​​L'organe mené a un diamètre égal (ou un nombre de dents égal) à l'organe moteur.

Pour calculer le changement de vitesse, il faut utiliser la formule suivante:
|\text{Changement de vitesse}| = |\displaystyle \frac{\text{Diamètre de la roue menante}}{\text{Diamètre de la roue menée}}|
ou
|\text{Changement de vitesse}| = |\displaystyle \frac{\text{Nombre de dents de la roue menante}}{\text{Nombre de dents de la roue menée}}|

Clique sur l'onglet ci-dessous pour voir un exemple de calcul sur le changement de vitesse.

Quel est le changement de vitesse entre les deux roues représentées ci-dessous sachant que la roue de gauche est la roue moteur (menante)?
s1605i18.JPG
|\text{Changement de vitesse}| = |\displaystyle \frac{\text{Diamètre de la roue menante}}{\text{Diamètre de la roue menée}}|
|\text{Changement de vitesse}| = |\displaystyle \frac{\text{4 cm}}{\text{2 cm}}|
|\text{Changement de vitesse}| = |2|

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La fonction d'alimentation

Dans un circuit électrique, la fonction d'alimentation est la capacité à générer un courant électrique.

Il existe différents types de sources de courant qui peuvent assurer la fonction alimentation dans un circuit électrique.

​Composante ​Description
​Pile​Dispositif électrochimique qui transforme l'énergie d'une réaction chimique en énergie électrique.
​Pile solaire
​Dispositif permettant de produire de l'électricité à partir de l'énergie lumineuse du Soleil
​Prise de courant
​Dispositif muni de contacts destinés à recevoir les lames d'une fiche d'alimentation et relié de façon permanente au réseau électrique
​Alternateur​Machine rotative qui convertit l'énergie mécanique fournie au rotor en énergie électrique à courant alternatif
​Piézoélectricité​Propriété que possèdent certains corps de se polariser électriquement sous l'action d'une contrainte mécanique et, réciproquement, de se déformer lorsqu'on applique un champ électrique
​Thermoélectricité​Propriété que possèdent certains matériaux de transformer directement de la chaleur en électricité

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La fonction de conduction et d'isolation

Dans un circuit électrique, la fonction de conduction est la capacité à laisser passer un courant électrique. Les métaux sont de bons conducteurs électriques.

Quatre facteurs influencent la conductibilité électrique dans un fil électrique.

  • La longueur du fil: plus un fil est long, plus sa résistance est grande et plus sa conductibilité est petite.
  • La grosseur du fil: plus le diamètre du fil est petit, plus sa résistance est grande et plus sa conductibilité est petite.
  • La nature du matériau: certains métaux (argent, cuivre, or, aluminium) sont de meilleurs conducteurs que d’autres (fer, plomb).
  • La température: plus la température du fil est élevée, plus la résistance du fil sera grande et plus sa conductibilité sera petite.

Dans un circuit électrique, la fonction d'isolation est la capacité à empêcher le passage d'un courant électrique. Le caoutchouc, la céramique et le plastique sont des exemples d'isolants.

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La fonction de protection

Dans un circuit électrique, la fonction de protection est la capacité à interrompre le passage du courant électrique dans une situation anormale. Les fusibles et les disjoncteurs sont des exemples d'éléments permettant d'assurer une protection dans un circuit électrique. Ces deux éléments vont ouvrir le circuit électrique lorsqu'un courant électrique trop élevé (surcharge) ou un court-circuit se produit dans un circuit donné.

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La fonction de commande

Dans un circuit électrique, la fonction de commande est la capacité à contrôler le passage du courant électrique. Les interrupteurs permettent de déterminer quand le courant électrique peut circuler.

Il existe différents types d'interrupteurs.

​Interrupteurs ​Description
​LevierInterrupteur équipé d'un levier qu'il faut actionner pour permettre le passage d'un courant électrique.
​PoussoirInterrupteur actionné par un bouton-poussoir sur lequel il faut appuyer pour permettre le passage d'un courant électrique.
​Bascule​Interrupteur actionné par un levier installé à plat qu'il faut déplacer pour permettre le passage du courant électrique. C'est cet interrupteur que l'on retrouve dans les maisons.
​Commande magnétique
​Interrupteur qui permet le passage du courant électrique en fonction de la présence ou non d'un champ magnétique.

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La fonction de transformation de l'énergie

Dans un circuit électrique, la fonction de transformation de l'énergie est la capacité d'un élément de transformer l'énergie électrique en une autre forme d'énergie. Il existe plusieurs éléments qui permettent de transformer le courant électrique, tels que les ampoules, les résistors et les moteurs électriques. L'énergie électrique est principalement transformée en énergie thermique, en énergie lumineuse et en énergie mécanique.

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Les contraintes des matériaux

Une contrainte correspond à la force extérieure exercée sur un matériau et qui tend à le déformer. Le symbole de contrainte est représenté par des flèches évidées.

Il existe cinq principaux types de contraintes.

Type de contrainte Description Symbole
CompressionForces qui ont tendance à écraser le matériau. s1605i19.PNG
TractionForces qui ont tendance à étirer le matériau.
s1605i20.PNG
TorsionForces qui ont tendance à tordre le matériau. s1605i21.PNG
FlexionForces qui ont tendance à courber le matériau.
s1605i22.PNG
CisaillementForces qui ont tendance à fendre ou à déchirer le matériau.
s1605i23.PNG

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La caractérisation de propriétés mécaniques

Une propriété mécanique indique comment un matériau se comporte lorsqu’il est soumis à une ou plusieurs contraintes.

Propriété Définition
DuretéPropriété mécanique qui confère au matériau la capacité de résister aux rayures, à la pénétration et à la déformation.
ÉlasticitéPropriété mécanique qui confère au matériau la capacité de se déformer sous l’action d’une contrainte et de reprendre sa forme initiale quand la contrainte agissant sur le matériau cesse.
FragilitéPropriété mécanique qui confère au matériau la capacité de se casser sans se déformer lorsque soumis à diverses contraintes.
RésiliencePropriété mécanique qui confère au matériau la capacité de résister aux chocs en se déformant et de reprendre ensuite sa forme.
RigiditéPropriété mécanique qui confère au matériau la capacité de garder sa forme initiale lorsque soumis à diverses contraintes.
Résistance à la corrosionPropriété chimique d'un matériau de résister à l'action de substances corrosives (sels, produits chimiques, etc.) qui peuvent provoquer, entre autres, la formation de rouille.
Conductibilité électriquePropriété physique qui permet à un matériau de laisser passer le courant électrique.
Conductibilité thermiquePropriété physique qui permet à un matériau de transmettre la chaleur.
​Légèreté​Propriété physique qui qualifie un matériau ayant une faible masse volumique.
​Neutralité chimiquePropriété chimique qui qualifie un matériau non chimiquement actif lui permettant de résister aux agents chimiques.
Résistance à la chaleurPropriété physique qui permet à un matériau de résister à la chaleur tout en conservant ses propriétés mécaniques.

Il existe également des propriétés de mise en forme des matériaux.

Propriété Définition
DuctilitéPropriété mécanique d'un matériau de s'étirer sans se rompre.
MalléabilitéPropriété d'un matériau de s'aplatir ou de se courber sans se rompre.

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Les types de matières plastiques et leurs propriétés

Un plastique est un matériau synthétisé à partir de polymères. Il existe deux types de matières plastiques.

  • Les thermoplastiques sont des matières plastiques qui, sous l'effet de la chaleur, fondent ou se ramollissent suffisamment pour pouvoir être remodelées un nombre infini de fois sans perdre les propriétés mécaniques du plastique.
  • Les thermodurcissables sont des matières plastiques qui restent dures en permanence, même sous l'effet de la chaleur.

Les propriétés des deux types de plastiques sont résumées dans le tableau ci-dessous.

​Propriété ​Thermoplastiques ​Thermodurcissables
​Conductibilité électrique
​Nulle​Nulle
​Conductibilité thermique
Faible​Variable
​Dureté​Variable​Élevée
​Élasticité​ÉlevéeVariable
​Neutralité chimique
​ÉlevéeVariable
​Rigidité​Variable​Élevée
​Résistance à la chaleur
​Variable​Élevée
​Résistance à la corrosion
​Élevée​Élevée
​Résilience​Élevée​Élevée

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Les types de céramiques et leurs propriétés

Une céramique est un matériau solide obtenu par le chauffage d'une substance minérale, comme le sable ou l'argile.

Le tableau ci-dessous présente les propriétés des céramiques.

​Propriété Céramiques
​Conductibilité électrique
Faible ou ​Nulle
​Conductibilité thermique
Variable
​DuretéTrès élevée
​ÉlasticitéNulle
​Neutralité chimique
Élevée
​RigiditéTrès élevée
​Résistance à la chaleur
Très élevée
​Résistance à la corrosion
​Élevée
​RésilienceFaible

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Les types de matériaux composites et leurs propriétés

Ce concept ne sera pas évalué à l'examen ministériel.

Un matériau composite est formé de deux (ou plusieurs) matériaux différents afin d'en obtenir un nouveau possédant des propriétés améliorées par rapport à celles des matériaux de départ. Dans un matériau composite, un des matériaux de départ servira de matrice, soit le squelette du matériau composite qui donne la forme au matériau, alors que l'autre servira de renfort, qui vient modifier les propriétés de la matrice.

Les principales propriétés mécaniques des matériaux composites sont sa durabilité, sa dureté, son élasticité, sa légèreté, sa résilience, sa rigidité et sa résistance à la corrosion.

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Les modifications des propriétés (dégradation et protection)

La protection des matériaux consiste à utiliser des procédés et des traitements afin de ralentir ou d'empêcher leur dégradation.

Les traitements utilisés pour contrer la dégradation des matériaux concernent l’ensemble des matériaux (plastiques, métaux, céramiques, bois). Il peut s’agir :

  • de plaquage de zinc (galvanisation), qui empêche la rouille de se former;
  • de traitement antirouille, qui empêche la rouille de se former;
  • d'application de peinture, qui protège tous les matériaux en empêchant l'action de l'eau et des champignons;
  • de vernis ou revêtement imperméable, qui protègent tous les matériaux en empêchant l'action de l'eau et des champignons;
  • d'ajout de pigments ou d’antioxydants, qui permet d'empêcher une dégradation accélérée des rayons ultraviolets.

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