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Livre du professeur - Enseignement Scientifique
Chapitre 1 : Les éléments chimiques
Introduction
Présentation
Le chapitre est divisé en trois parties, qui permettent de comprendre comment se structure la matière
dans l’Univers :
● Les éléments chimiques dans les étoiles : de quoi une étoile est-elle composée ? Comment
fait-on pour analyser la composition chimique d’une étoile ?
● La radioactivité : pourquoi certains noyaux sont-ils radioactifs, comment se désintègrent-ils ?
La découverte de la radioactivité.
● L’origine des éléments chimiques : comment à partir de l’hydrogène sont apparus les autres
éléments chimiques dans l’Univers ?
Pour atteindre cet objectif, des notions vues au collège et en seconde seront mobilisées. Il s’agit, par
exemple, des notions de noyaux, d’atomes, d’éléments chimiques, d’isotopes ou encore de réaction
nucléaire. Les notions de longueur d’onde ou encore de spectres d’absorption et d’émission seront
également exploitées.
L’Univers est constitué d’une centaine d’éléments chimiques différents, qui ont été créés pour plupart
dans les étoiles. Le chapitre permet aussi de questionner l’élève sur la présence d’éléments
chimiques sur Terre, dans les êtres vivants, et d’approfondir les notions de radioactivité et de
désintégration en introduisant des notions nouvelles telles que la demi-vie radioactive.
Les principales compétences mathématiques mobilisées sont celles associées à l’analyse et
l’exploitation d’un graphique (étude d’une décroissance radioactive) et l’élaboration ou l’exploitation
de diagrammes d’abondance relative, circulaires ou en bâtonnets.
Enfin, ce chapitre est l’occasion de découvrir l’histoire de la découverte de la radioactivité par Henri
Becquerel, puis Pierre et Marie Curie.
Ce qui est enseigné au cycle 4
● Au cycle 4 :
○ La structure de l’Univers et du système solaire.
○ La matière constituant la Terre et les étoiles.
○ Les éléments sur Terre et dans l’Univers.
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Livre du professeur - Enseignement Scientifique 1re - Chapitre 1 : Les éléments chimiques
○ Constituants de l’atome, structure interne d’un noyau atomique (nucléons : protons,
neutrons), électrons.
● En seconde :
○ Le noyau de l’atome, numéro atomique, composition, écriture conventionnelle,
élément chimique.
○ Transformations nucléaires, isotopes, écriture symbolique d’une réaction nucléaire.
Bibliographie
●L’Univers à portée de main , Christophe Galfard, Flammarion (2015).
●Le beau livre de l’Univers - du Big Bang au Big Crunch , Jacques Paul et Jean-Luc
Robert-Esil, Dunod (2016).
●Du ciel , Aristote, Aristote, Flammarion (2014).
●À la poursuite du Big Bang , John R. Gribbin, Flammarion (1992).
●Georges et les secrets de l'univers , Stephen Hawking, Pocket Jeunesse (2007).
●Trous noirs et bébés univers et autres essais , Stephen Hawking, Odile Jacob (2000).
●Les secrets de l’Univers , Hubert Reeves, Robert Laffont (2016).
●Une brève histoire du temps, Stephen Hawking, Flammarion (1989).
●Discours sur l’origine de l’Univers , Etienne Klein, Flammarion (2016).
Sitographie
● Un ensemble de ressources pédagogiques disponibles sur le site du CEA enseignants, avec
vidéos et livrets.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/fiches-essentiel-
sur.aspx?g_7f81ec74_d58a_4e0f_8a3b_0aa4101f078a=7&g_b1e9ab68_7ea3_4fcf_a031_c9
b450a4cd0c=2
● Plusieurs articles et vidéos sur les supernovae :
○SN1987A : l’explosion en accéléré de la célèbre supernova depuis 30 ans , 2019.
https://www.futura-sciences.com/sciences/videos/sn1987a-explosion-accelere-celebr
e-supernova-depuis-30-ans-4513/
○Supernova : quelle est la prochaine étoile qui pourrait exploser ?
https://www.futura-sciences.com/sciences/questions-reponses/astronomie-supernova
-prochaine-etoile-pourrait-exploser-11560/
○Galaxies et supernova , 2015.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/webdoc/
odyssee-lumiere/galaxies-et-supernova.aspx
● Différentes ressources sur les étoiles :
○La vie et la mort d’une étoile et de ses planètes , 2019.
https://www.futura-sciences.com/sciences/videos/vie-mort-etoile-planetes-6322/
○Formation de galaxies , 2015.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/webdoc/
odyssee-lumiere/formation-de-galaxies.aspx
○Fusion(s) - La fusion au cœur des étoiles , 2014.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/videos/p
hysique-chimie/fusions-fusion-au-coeur-des-etoiles.aspx
● L’origine de l’Univers :
○L’univers sort-il d’un œuf ? 2017.
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Livre du professeur - Enseignement Scientifique 1re - Chapitre 1 : Les éléments chimiques
https://www.lesite.tv/edutheque/lycee-general-et-technologique/physique-chimie/vide
o/l-univers-sort-il-d-un-oeuf
○Comment s’est créée la matière ? 2017.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/videos/p
hysique-chimie/origine-creation-matiere.aspx
○Le Big Bang : de quoi parle-t-on exactement ? 2018.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/videos/p
hysique-chimie/big-bang-klein.aspx
○L’histoire de l’Univers , 2017.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/videos/p
hysique-chimie/matiere-noire-et-origine-de-la-matiere.aspx
●Les étoiles , creusets d’atomes , conférence de S. Panebianco.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/videos/physique-
chimie/marathon-des-sciences-etoiles-creusets-d-atomes.aspx
● La radioactivité :
○Expérience : détecter la radioactivité grâce à la chambre à brouillard , 2016.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/videos/r
adioactivite/experience-chambre-a-brouillard.aspx
○La datation par le carbone 14 en vidéo , 2014.
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/videos/p
hysique-chimie/datation-carbone-14.aspx
● Le site.tv (après connexion avec un compte professeur) propose des vidéos, accompagnées
de livrets pédagogiques.
http://site.tv/
Idées d’activités alternatives ou complémentaires
● Recherches historiques sur la découverte de la radioactivité.
○ Informations complémentaires sur le site :
http://www.cea.fr/multimedia/Pages/animations/radioactivite/decouverte-radioactivite.
aspx
○ Un livret pédagogique (La radioactivité ) à télécharger :
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/livrets/la-
radioactivite.aspx
● Recherches sur l’astrophysique nucléaire.
○ Un livret pédagogique (Astrophysique nucléaire ) à télécharger :
http://www.cea.fr/comprendre/enseignants/Pages/ressources-pedagogiques/livrets/as
trophysique-nucleaire.aspx
Sommaire
●Activité 1 - documentaire - Les éléments chimiques dans les étoile p. 14.
●Activité 2 - documentaire - La radioactivité, un phénomène naturel p. 15.
●Activité 3 - groupe - l’origine des éléments chimiques p. 16.
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Activité 1 : Les éléments chimiques dans les étoiles
(documentaire)
1.1. Généralités
Cette activité introductive permet à l’élève de réinvestir plusieurs savoirs et savoir-faire, afin de
répondre à une première question : quels sont les éléments chimiques présents dans une étoile et
comment peut-on faire pour les identifier ?
Objectifs notionnels :
● Spectre d’émission ;
● Origine thermique ;
● Longueur d’onde ;
● Spectre d’absorption.
Objectifs méthodologiques :
● Analyser le spectre du Soleil pour identifier certains éléments chimiques qui le composent ;
● Produire une représentation graphique de l’abondance des éléments chimiques dans une
étoile (compétence mathématique).
Durée : 40 minutes.
1.2. Présentation des documents
1.2.1. Ensemble documentaire A
Présentation des documents :
●Document 1 : Le spectre du Soleil est composé d’un fond continu coloré et de raies noires.
Ce spectre ne donne pas la totalité des raies noires du spectre du Soleil.
●Document 2 : Le tableau donne la composition, en pourcentage massique, de la
photosphère (couche de gaz externe d’une étoile).
Réponses attendues aux questions :
●1. La raie «C»qui se trouve dans le spectre du Soleil a une longueur d’onde qui semble
compatible avec la valeur de 656 nm. On en déduit que l’atome d’hydrogène (dont une des
raies a une longueur d’onde de 656 nm) est très probablement présent dans le Soleil.
● 2. Le diagramme circulaire est tracé en utilisant la correspondance de chaque pourcentage
massique avec l’angle du diagramme.
Un angle de 360° correspond à un pourcentage de 100 %.
Un angle correspond à un pourcentage p.α
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Livre du professeur - Enseignement Scientifique 1re - Chapitre 1 : Les éléments chimiques
Pour déterminer l’angle, on applique donc la relation : α = 100
p·360
Élément
Composition photosphérique
(pourcentage)
Angle (°)
100
360°
p
𝛼
Hydrogène
73,46
264,456
Hélium
24,85
89,46
Oxygène
0,77
2,772
Carbone
0,29
1,044
Fer
0,16
0,576
Néon
0,12
0,432
Le diagramme circulaire est tracé ci-dessous :
3. Pour identifier les éléments chimiques présents dans une étoile, on peut exploiter son spectre. Le
spectre du Soleil permet d’obtenir de nombreuses informations sur la température et composition
chimique de la photosphère (enveloppe externe de l’étoile).
Le spectre d’une étoile est en effet la superposition d’un spectre d’origine thermique (fond coloré) et
des raies noires, témoins de la présence de plusieurs éléments chimiques dans l’enveloppe externe
de l’étoile.
Les raies noires sont caractérisées par leurs longueurs d’onde, qui permettent ainsi d’identifier la
présence des éléments chimiques par comparaison avec les longueurs d’ondes connues.
Si les raies correspondant à l’élément chimique sont présentes, on peut en déduire que l’élément
chimique est présent dans la photosphère de cette étoile.
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