Les séismes, des phénomènes soudains

Chapitre
1
Les séismes, des
phénomènes soudains
Les options pédagogiques du chapitre
Ce chapitre poursuit l’étude de l’activité géologique de la Terre initiée en classe de 5e. Il permet de découvrir de manière concrète les
phénomènes sismiques, mécanismes à relier à l’activité interne de la
Terre.
Il est important de définir en premier lieu les séismes, ces derniers
ne correspondant pas à une connaissance exigible à l’école primaire,
mais à un support optionnel d’investigation scientifique (cycle 3). De
nombreux élèves ne définissent en effet les séismes que de façon
explicative. Les causes évoquées sont souvent inexactes, comme des
phénomènes liés au “noyau” de la Terre, à sa chaleur interne ou au
déplacement des continents... La définition d’un séisme est ici établie
par l’observation des manifestations sismiques en surface.
Ce chapitre permettra ensuite de découvrir l’origine d’un séisme,
c’est-à-dire de relier l’existence des séismes à celle des failles, ces dernières étant jusqu’alors considérées comme la conséquence et non la
cause d’un séisme.
Enfin, la notion d’ondes sismiques, induites au niveau du foyer, est
abordée avec l’analogie des ondes vibratoires au sein d’un liquide et
leur enregistrement au niveau du globe. Elles doivent être présentées
comme responsables des dégâts d’un séisme.
1
Les activités du chapitre
Activité 1
Les manifestations des séismes
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité permet de définir un séisme par ses diverses manifestations en surface.
La première partie propose la comparaison de deux séismes survenus respectivement en France (doc. 1) et au Pakistan (doc. 2 et 3). À travers ces exemples, les dégâts matériels et humains apparaissent
comme les principales conséquences d’un séisme. La mention de la
magnitude, vocabulaire souvent connu par les élèves, permet de comparer la puissance des séismes présentés, mais ne constitue pas une
connaissance exigible.
La seconde partie de cette activité présente les failles comme des
manifestations liées aux séismes qui affectent les paysages en surface
(doc. 4 à 6). Contrairement aux dégâts matériels et humains, la notion
de faille ne doit pas être présentée comme une conséquence d’un séisme. En effet, il est essentiel que l’élève comprenne que les régions présentant des failles (préexistantes aux séismes) sont également les
régions les plus sismiques.
Cette activité développe essentiellement la compétence « s’informer » à partir des différents supports présentés. La mise en relation
entre un séisme et la présence d’une faille fait quant à elle appel aux
compétences de raisonnement.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Un séisme provoque des dégâts matériels (immeubles détruits à Arette, tours d’habitations
effondrées au Pakistan) et des décès (1 seul pour le séisme d’Arette, 30 000 pour le séisme
pakistanais).
2. Les dégâts matériels et humains sont les points communs des deux séismes présentés. Par contre, le
séisme pakistanais a une magnitude plus élevée et on dénombre des dégâts dans plusieurs
pays, contrairement à celui d’Arette.
3. On observe un déplacement vertical pour le terrain américain, alors que le déplacement est horizontal pour le terrain japonais.
4. La présence d’une faille favorise la survenue des séismes à Nojima.
5. La voie ferrée est déformée. Cette déformation est expliquée par le déplacement des roches
au niveau de la faille présente à cet endroit.
6. Les manifestations géologiques qui caractérisent un séisme sont les failles et les déformations des
terrains.
> Les séismes provoquent des dégâts matériels et humains. Ils sont reliés à des déformations des
paysages : les failles.
2
Chapitre 1
Activité 2
Les mécanismes à l’origine d’un séisme
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité pose le problème de l’origine d’un séisme. Il est évident que la tectonique des plaques, évoquée par de nombreux élèves,
n’est pas la notion à construire ici. Il s’agit plutôt de rechercher une
« cause locale et directe », c’est-à-dire la relation entre la présence
d’une faille et la survenue d’un séisme, relation déjà abordée dans
l’activité 1.
La partie A permet l’introduction de la notion de contrainte (doc. 2)
ou force, notion abstraite qui doit être reliée à la notion d’accumulation
d’énergie au niveau des roches (doc. 1), phénomène abordé par les
élèves en classe de 5e ( fonctionnement de l’organisme).
L’origine d’un séisme ne doit plus être reliée à la création d’une nouvelle faille, comme le demandait l’ancien programme, mais aux
contraintes qui s’exercent en profondeur sur les roches d’une faille préexistante.
Dans la partie B, une série de trois illustrations présente la chronologie d’un séisme et récapitule les différentes étapes du mécanisme,
depuis l’existence de contraintes en profondeur jusqu’à la propagation
des ondes sismiques (doc. 3 à 5). Les notions de foyer, d’onde sismique
et d’épicentre (bien que ne constituant pas une connaissance exigible)
sont introduites ici. La notion d’onde sismique est abordée par analogie avec les ondes se propageant dans un liquide.
La compétence privilégiée dans cette activité reste la lecture de
cartes (doc. 2), compétence exploitée par la rubrique « je m’informe »,
qui guide l’élève pas à pas dans l’analyse des documents.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Au cours de ce séisme, la faille anatolienne a été touchée une nouvelle fois. Les terrains situés de
part et d’autre de la faille ont coulissé l’un par rapport à l’autre, ce qui a provoqué un décalage de
4 m sur une distance de 110 km.
2. Avant le séisme, le sous-sol d’Izmit subit des contraintes fortes (couleur rouge). Après le séisme,
les contraintes ont diminué (couleur violette).
3. Les roches ont accumulé de l’énergie fournie par l’exercice de forces ou contraintes. Quand
les contraintes se relâchent, les roches libèrent l’énergie accumulée.
4. Au niveau d’une faille, l’accumulation d’énergie par les roches s’explique par l’augmentation
des contraintes au niveau des aspérités.
5. Au foyer, les roches cassent brutalement, ce qui engendre la création d’ondes sismiques.
6. Les ondes sismiques sont des vibrations de la matière capables de se propager dans toutes les
directions depuis leur lieu de naissance, le foyer.
7. Des contraintes s’exercent sur les roches, celles-ci accumulent ainsi de l’énergie. La rupture brutale des
roches libère l’énergie accumulée qui provoque le déplacement des deux blocs au niveau d’une faille.
Au niveau du foyer, lieu de la rupture en profondeur, naissent des ondes sismiques qui se propagent
et sont responsables des dégâts en surface.
> Une faille est à l’origine d’un séisme. Sous l’effet de contraintes fortes, ses roches accumulent de
l’énergie et finissent par rompre. Cette rupture brutale engendre des vibrations qui sont
responsables des dégâts observés en surface
Les séismes, des phénomènes soudains
3
Activité 3
L’enregistrement d’un séisme
Les options pédagogiques de l’activité
L’origine d’un séisme établie, il reste à comprendre comment des
ondes sismiques peuvent être enregistrées, mais surtout comment elles
peuvent l’être à différents endroits du globe pour un même séisme.
L’objectif de la première partie est de montrer que les ondes sismiques sont enregistrables grâce à un matériel adapté. Nous mettons
ainsi en parallèle le principe du sismographe (doc. 1) et la modélisation
numérique par un dispositif EXAO (doc. 2 et 3), technique déjà connue
par les élèves depuis la classe de 5e.
L’enregistrement d’un même séisme en différents endroits du globe
est étudié dans une seconde partie grâce à l’étude du réseau mondial
français Géoscope (doc. 4).
Nous mettons ici l’accent sur les compétences « communiquer à
l’écrit » et « s’informer à partir d’une carte » grâce aux deux rubriques
présentes « je communique » et « je m’informe ».
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Lors d’un séisme, seul le socle du sismographe, relié au sol, bouge. Le stylet permet ainsi de tracer
les vibrations sur le papier.
2. Un sismomètre, véritable capteur numérique, permet d’enregistrer des vibrations nommées ondes
sismiques.
3. Selon leur distance croissante à l’épicentre, les stations sont classées ainsi : La Réunion
(RER), l’Australie (CAN) et Saint-Sauveur (SSB).
4. L’heure exacte du séisme de Sumatra est : 00h58min50s.
L’heure d’arrivée des ondes P dans chacune des trois stations est :
- 01h02min08s pour la station RER (heure du séisme + 200s (= 3min20s))
- 01h04min08s pour la station CAN (heure du séisme + 320s (= 5min20s))
- 01h07min50s pour la station SSB (heure du séisme + 480s (= 8min))
Remarque : les heures d’arrivée peuvent être données par les élèves à la minute près, c’est-à-dire de
manière approximative comme précisé dans la question.
5. Selon la station, les ondes ne parcourent pas la même distance depuis l’épicentre du séisme, d’où le
décalage entre les différentes heures d’arrivée.
6. Le réseau Géoscope permet d’enregistrer des ondes sismiques n’importe où sur le globe. Les stations
sismiques peuvent communiquer entre elles, ce qui permet une meilleure étude d’un séisme.
> Un séisme peut être enregistré à plusieurs endroits du globe car les ondes sismiques
sont capables de se déplacer et peuvent être enregistrées grâce à un réseau de stations
sismiques réparties sur l’ensemble du globe.
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Chapitre 1
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) Un sismogramme est un enregistrement d’ondes sismiques obtenu à partir d’un sismomètre.
b) Les contraintes qui s’exercent sur les roches provoquent une rupture au niveau d’une faille à l’origine des ondes sismiques.
c) Les ondes sismiques qui se propagent lors d’un séisme provoquent des dégâts en surface.
2 a) Les séismes se manifestent en surface par des dégâts matériels et humains.
b) On peut enregistrer un séisme dans plusieurs stations sismiques car les ondes sismiques sont
capables de se propager, et parce qu’il existe un réseau mondial de stations d’enregistrement.
c) Les ondes sismiques naissent au niveau du foyer, lieu de rupture brutale des roches en profondeur.
3 Le
a)
b)
c)
d)
e)
mot caché est : « foyer ». Les termes de la grille sont :
faille
sismogramme
paysage
onde
contrainte
Découvre avec l’informatique
4 a) Un stylet associé à une masse inerte est relié à un socle directement posé sur le sol. Lors d’un
séisme, seul le socle « vibre ». Le stylet peut ainsi inscrire le tracé des ondes sismiques sur le papier.
b) La puissance ou magnitude de chaque séisme est différente. On a pu ainsi les définir comme séisme
mineur, modéré ou fort.
c) L’heure d’arrivée des ondes premières est 04h09min21s pour le séisme de Berne (mineur),
12h20min52s pour le séisme du Vanuatu (modéré), 05h09min58s pour le séisme de Xinjang (fort).
Applique tes connaissances
5 a) À Médéa, l’intensité est estimée à VI : légers dommages; parfois fissures dans les murs; frayeur de
nombreuses personnes.
À Theniet, l’intensité est estimée à VII : dégâts; larges lézardes dans les murs de nombreuses
habitations; chute des cheminées.
À Aïn Delfa, l’intensité est estimée à VIII : dégâts massifs; les habitations les plus vulnérables sont
détruites; presque toutes subissent des dégâts importants.
b)
c) L’épicentre de ce séisme est Chlef car c’est la ville où l’intensité du séisme est la plus forte (IX).
Les séismes, des phénomènes soudains
5
6 a) Les villes où l’intensité a été évaluée à IV sont Monein et Castillon pour le séisme de Lacq ; Les,
Marignac, Bénasque et Cazeaux pour le séisme de Bénasque.
b) Le séisme de Lacq possède un épicentre où l’intensité des dégâts est plus importante qu’en celui
du séisme de Bénasque.
c) On peut expliquer la différence d’intensité à l’épicentre entre ces deux séismes par des inégalités
dans les paramètres pris en compte par l’échelle MSK : densité de population, construction des
bâtiments, ressenti selon les personnes...
7 a) Au niveau d’une faille, des contraintes s’exercent sur les roches en présence. Si ces contraintes augmentent, les roches rompent brutalement en libérant d’un coup l’énergie accumulée, ce qui permet
le mouvement des deux blocs rocheux situés de part et d’autre de la faille. Cette rupture génère des
ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions et provoquent les dégâts observés à la
surface.
b)
A
B
Faille
c) Après un séisme, des contraintes continuent à s’exercer sur les roches en contact de part et d’autre
de la faille. Une nouvelle rupture provoquera un nouveau déplacement des blocs rocheux, ce qui
accentuera l’affaissement entre les deux blocs.
d) Les contraintes qui s’exercent sur les roches en profondeur sont plus fortes le long d’une faille.
La probabilité de survenue d’un séisme est donc plus forte dans les régions comportant des failles
préexistantes. Ces régions sont qualifiées de « sismiques ».
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Chapitre 1
Chapitre
2
Le volcanisme,
une activité interne du globe
Les options pédagogiques du chapitre
L'étude du volcanisme poursuit celle des séismes, toujours comme
témoin direct de l'activité interne du globe.
Comme pour les séismes, l'étude commence par les manifestations
en surface du volcanisme, ce qui permettra à l'élève de reconnaître les
grands types d'éruptions. Le volcanisme n'est pas une connaissance
exigible à l'école primaire. Il est donc important « d'insister » sur les
phénomènes liés aux éruptions explosives, car les représentations des
élèves sur les volcans sont liées le plus souvent à l'existence des éruptions « rouges » ou éruptions effusives. On introduit d'ailleurs, dès la
première activité, les notions indispensables de magma et de lave.
On comprendra par la suite l'origine et les propriétés du magma,
qui sont traitées en parallèle avec la résolution du problème sur la
diversité des éruptions.
La progression se poursuit facilement par le devenir du magma en
surface, c'est-à-dire l'étude de la formation des roches volcaniques.
Pour finir, la formation des édifices volcaniques, notion non abordée
dans l'ancien programme, permet de comprendre la naissance et
l'évolution d'un volcan. Cette dernière activité élimine ainsi l'idée fausse très répandue selon laquelle les volcans sont des éléments
immuables du relief présents depuis la formation de la Terre.
7
Les activités du chapitre
Activité 1
Les manifestations du volcanisme en surface
Les options pédagogiques de l’activité
Cette première activité permet la comparaison des deux grands
types d'éruptions volcaniques.
La première partie propose l'étude d'une éruption effusive grâce à
l'exemple du Piton de la Fournaise. On définit ainsi les caractéristiques
d'une éruption effusive (doc. 2 et 3), mais on s'intéresse également à la
structure d'un volcan effusif (cratère, cône volcanique) (doc. 1).
L'exemple du Mérapi, volcan explosif, fait l'objet de la deuxième
partie, calquée sur la première partie pour définir les propriétés d'une
éruption explosive (doc. 5 à 7) et la structure d'un volcan explosif
(doc. 4).
À travers ces deux exemples, on conclut que l'arrivée d'un magma
en surface donne naissance à des produits différents selon les éruptions. On introduit ainsi des notions indispensables, comme la nature
d'un magma ou la différence entre magma et lave.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Le Piton de la Fournaise est un volcan en forme de cône aplati avec un cratère au sommet
(dépression).
2. Une éruption du Piton de la Fournaise se manifeste par des coulées de lave fluide associées à un
dégagement de gaz qui engendre les projections de lave.
3. Le volcan Mérapi est un volcan en forme de cône à forte pente avec un dôme de lave solidifiée à son
sommet.
4. Une éruption du Mérapi se manifeste par une explosion où des produits pyroclastiques (particules de
lave solidifiée, comme les cendres), associés à des gaz, sont violemment projetés en surface.
5. Lors de l'éruption de juin 2006, le dôme du Mérapi a d'abord grandi par accumulation de lave
visqueuse (doublement du volume dans la première semaine de septembre), puis il a explosé donnant
naissance à des avalanches et des nuées ardentes.
6. Le tableau suivant permet la comparaison des deux volcans :
Structure du volcan
Produits rejetés
Piton de la
Fournaise
cône volcanique
comportant
un cratère
Mérapi
cône volcanique
projections pyroclascomportant un dôme tiques (cendres...)
gaz
Type de lave
coulées de lave (avec fluide
quelques projections)
gaz
visqueuse
Type d’éruption
effusive
explosive
7. Un magma est une matière minérale chaude, la lave, à laquelle sont mélangés des gaz.
> Le volcanisme se manifeste par l'arrivée en surface d'un magma. Selon les éruptions, la nature
des produits émis est différente : des coulées de lave fluide pour une éruption effusive, des projections de lave visqueuse pour une éruption explosive.
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Chapitre 2
Activité 2
Des magmas et des volcanismes différents
Les options pédagogiques de l’activité
La première activité conduit l'élève à poser le problème de la diversité des éruptions volcaniques. Or, on ne peut pas résoudre ce problème sans comprendre l'origine et les propriétés d'un magma, notion
déjà abordée dans l'activité 1.
Le modèle schématique de la partie A permet ainsi de mettre en évidence la nature d'un magma, son origine, et les phénomènes liées à sa
remontée jusqu'à la surface (doc. 1 à 4).
Dans la partie B, on peut alors relier nature du magma et diversité
des éruptions par une modélisation de l'ascension d'un magma fluide
ou visqueux, contenant plus ou moins de gaz (doc. 5 et 6).
La modélisation de l'ascension du magma proposée peut être effectuée très facilement par les élèves, mettant en œuvre la compétence
« réaliser » à l'aide de la rubrique « Je réalise ».
Pour conclure cette activité, la rubrique « Je communique » permet
à l'élève de commencer à construire le schéma-bilan en reliant la diversité des éruptions à la nature des magmas.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. La structure profonde d'un volcan présente trois parties : la zone de formation du magma, le réservoir magmatique, la cheminée formée par la remontée du magma vers la surface. Cette structure est
un modèle car elle a été déduite de techniques d'exploration indirectes.
2. Les magmas se forment par fusion partielle de roches en profondeur (100 km en moyenne). Selon la
nature des roches en fusion, le magma diffère.
3. La viscosité et la teneur en gaz du magma déterminent sa vitesse d'ascension.
4. Les signes annonciateurs d'une éruption sont les nombreux microséismes au niveau de l'édifice
volcanique, le gonflement des parois du volcan et le dégagement de gaz.
5. Le moteur de l'ascension est la présence de gaz au sein du magma. Selon la viscosité du magma et
la teneur en gaz, la vitesse d'ascension est plus ou moins grande.
6. Une éruption effusive correspond à un magma fluide et peu riche en gaz, alors qu'une éruption explosive correspond à un magma visqueux et riche en gaz.
> La diversité des éruptions volcaniques s'explique par la diversité des magmas.
Le volcanismes, une activité interne du globe
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Activité 3
Les roches volcaniques
Les options pédagogiques de l’activité
L'objectif de cette troisième activité est de comprendre le devenir
du magma en surface, c'est-à-dire comment les roches volcaniques se
forment.
En premier, l'observation de roches volcaniques à l'œil nu et au
microscope (doc. 1 à 4) montre une structure identique malgré des
aspects différents.
Les notions de cristaux et de verre sont des connaissances exigibles
(contrairement à la notion de structure microlitique). Il est donc important d'insister sur ce vocabulaire souvent nouveau pour les élèves, et ce
d'autant que nombre d'entre eux n'ont jamais vu de roche volcanique.
Une modélisation expérimentale de refroidissement du magma dans
différentes conditions de température utilisant la vanilline (doc. 5 et 6)
amène, dans une deuxième partie, à comprendre la mise en place de la
structure des roches volcaniques, et donc leur formation.
Parallèlement, il fallait replacer les différentes étapes de la transformation du magma dans son contexte réel, c'est-à-dire au cours de sa
remontée, d'où l'observation de l'évolution de la température moyenne dans le sous-sol (doc. 7).
L'activité 3 est une activité riche en méthodologie, puisqu'elle permet, à partir du réel, d'expérimenter (modélisation de la solidification
du magma, rubrique « Je réalise ») et de communiquer le résultat d'une
observation (dessin d'observation des lames minces, rubrique « Je
communique »).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. À l'œil nu, l'échantillon de basalte provenant du Piton de la Fournaise est foncé et présente de gros
cristaux (sur le côté gauche) associés à des vésicules, alors que l'échantillon d'andésite provenant du
volcan Mérapi est plutôt clair avec des cristaux plus petits.
2. La structure du basalte est dite microlitique car la roche présente des microlites, c'est-à-dire des cristaux allongés ayant la forme de baguettes.
3. Au microscope, on peut voir que les structures du basalte et de l'andésite sont identiques : microlites,
macrocristaux et verre.
4. La vanilline permet de modéliser le magma, car c'est une matière solide qui fond par chauffage
(même si la fusion est totale et non partielle) et qui se cristallise en refroidissant. Le refroidissement
de la vanilline permet de comprendre le comportement du magma au cours de sa remontée.
5. Lorsque le refroidissement est rapide (à basse température), les cristaux obtenus sont relativement
petits, alors que lorsque le refroidissement est lent (à température ambiante), les cristaux obtenus
sont de grande taille.
6. Les grands cristaux de vanilline correspondent aux macrocristaux des roches volcaniques, les petits
cristaux de vanilline correspondent aux microlites des roches volcaniques.
7. Depuis le réservoir magmatique, le magma subit un refroidissement par étapes. Les macrocristaux se
forment lors d'un refroidissement lent au niveau du réservoir magmatique, les microlites se forment
lors d'un refroidissement rapide lors de la remontée dans la cheminée et le verre se forme lors d'un
refroidissement brutal en surface.
> Le magma, en se refroidissant par étapes lors de sa remontée, se solidifie en donnant naissance
successivement aux macrocristaux, aux microlites et au verre qui constituent les roches volcaniques.
10
Chapitre 2
Activité 4
La formation des édifices volcaniques
Les options pédagogiques de l’activité
Pour conclure le chapitre 2, on étudie la formation d'un volcan.
Dans la partie A, en s'appuyant sur l'exemple concret du volcan de
Lemptégy (doc. 1 à 3), on montre, notamment grâce à la coupe géologique, que les produits émis par un volcan au cours du temps constituent son édifice volcanique. Il est ainsi facile de démontrer que les volcans ne sont pas apparus dès la formation de la Terre ou qu'ils ne sont
pas des « montagnes » au sens géologique du terme. Avec le volcan de
Lemptégy, on peut même observer que si plusieurs volcans sont
proches, les émissions des volcans alentours contribuent également à
la mise en place des édifices volcaniques.
La partie B récapitule l'évolution de la formation d'un volcan au
cours du temps depuis sa naissance grâce à une modélisation d'une
part (doc. 4), un schéma d'autre part (doc. 5).
Comme la précédente, cette activité s'appuie sur le réel et elle
développe une compétence souvent peu exploitée : s'informer à partir
d'une coupe géologique. En parallèle, la réalisation d'un modèle renforce les compétences expérimentales (rubrique « Je réalise »).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. On dit que le volcan de Lemptégy est « décapité » car on a détruit le cône du volcan pour extraire
des matériaux de construction.
2. La chaîne des Puys est une « chaîne » de volcans très proches les uns des autres (alignés nord-sud).
3. La coupe géologique du volcan de Lemptégy présente des strates superposées de roches volcaniques d'âges différents.
4. L'âge approximatif du volcan de Lemptégy est de 30 000 ans. Au cours du temps, il s'est formé grâce
à différentes émissions de produits volcaniques provenant du volcan lui-même, mais aussi de volcans
des alentours (Puy des Gouttes, Puy de Côme, Puy Chopine).
5. Ce modèle permet de comprendre comment les produits émis lors d'une éruption amènent à la formation d'un cône volcanique d'une forme souvent observée. Cependant, la diversité des éruptions
et des produits émis par un volcan n'est pas prise en compte. En outre, un édifice volcanique ne se
forme pas aussi rapidement au cours d'une seule éruption volcanique.
6. Les différentes étapes de la formation d'un édifice volcanique sont :
- Etape 1 : remontée du magma avec bombement de la surface.
- Etape 2 : création de fissures au niveau du sol.
- Etape 3 : première éruption volcanique avec émission de lave et de gaz.
- Etape 4 : édifice volcanique constitué suite à de nombreuses éruptions successives.
> Les matériaux émis par un volcan au cours de ses éruptions successives forment l'édifice
volcanique.
Le volcanisme, une activité interne du globe
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Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) Un volcan en éruption émet de la lave et des gaz.
b) La structure d'un volcan en profondeur est constituée d'un réservoir magmatique et d'une cheminée.
c) La structure d'une roche volcanique se met en place au cours du refroidissement par étapes du
magma.
2 a) Le magma se forme en profondeur à partir de la fusion partielle des roches.
b) En remontant depuis le réservoir magmatique, le magma se refroidit par étapes pour donner
naissance aux constituants d'une roche volcanique.
c) Les différents types d'éruptions volcaniques s'expliquent par la consistance du magma et sa teneur
en gaz.
3 Seule la réponse b) répond à la question. La plupart des volcans se sont formés après la naissance de
la Terre (et encore aujourd'hui !) et ne sont pas constitués de roches sédimentaires, mais de roches
volcaniques.
Découvre avec l’informatique
4 a) La vanilline représente le magma. Elle permet de comprendre le comportement de celui-ci lors de
sa remontée en surface.
b) Dans l'expérience, selon la température à laquelle la vanilline refroidit (c'est-à-dire selon sa vitesse
de refroidissement), on obtient des cristaux plus ou moins grands (grands cristaux pour un refroidissement lent, petits cristaux pour un refroidissement rapide).
c) Le magma subit un refroidissement par étapes lors de sa remontée vers la surface.
d) Les étapes de refroidissement du magma lors de sa remontée expliquent les différentes parties de
la structure des roches volcaniques. Les cristaux se forment en profondeur, soit au niveau du réservoir magmatique par refroidissement lent (macrocristaux), soit au niveau de la cheminée par refroidissement rapide (microlites). Quant au verre, il se forme en surface par refroidissement brutal.
Applique tes connaissances
5 a)
projections de lave
et nuées ardentes
dôme
cône ou
édifice
volcanique
cheminée
réservoir
magnétique
fusion des
roches
10-30 km
100 km
b) L'éruption schématisée est une éruption explosive car on peut observer des projections de lave volcanique (cendres, lapilli…) et des nuées ardentes. En outre, le volcan présente un dôme caractéristique des volcans explosifs.
12
Chapitre 2
6 a) La chronologie de l'éruption du Mont Saint Helens en 1980 s'établit ainsi :
- En mars : nombreux séismes et émission de nuages de cendres.
- Début mai : gonflement et déformation de la paroi du volcan.
- 18 mai : explosion du dôme avec projection de cendres et de blocs et des nuées ardentes.
b) Les signes précurseurs de l'éruption sont les séismes enregistrés au niveau du volcan, ainsi que le
gonflement et la déformation de ses parois.
c) Le Mont Saint Helens est un volcan explosif car, il présente un dôme. L'émission de nuées ardentes
au cours de l'éruption de 1980 a aussi montré un dégazage important, caractéristique des éruptions
explosives.
d) Une prochaine éruption est prévisible car, depuis 1980, le dôme du Mont Saint Helens s'est reconstitué et continue à croître, ce qui témoigne de l'activité du volcan.
7 a) La forme des « pillows lavas » s'explique par un refroidissement extrêmement brutal de la lave arrivant au contact de l'eau de mer à 0°C.
b) Les scientifiques ont pu déterminer la nature volcanique de ces roches sous-marines grâce aux prélèvements effectués par des robots sous-marins, puis à l'analyse microscopique des échantillons
recueillis.
c) Comme toutes les roches volcaniques, les « pillows lavas » ont une structure caractéristique (verre
et cristaux). Comme le refroidissement est particulièrement brutal à l'arrivée en surface, on peut supposer que la quantité de verre est importante.
8 a)
b) La domite est une roche volcanique car sa structure est caractéristique : on observe au microscope
des cristaux de différentes tailles et du verre.
c) Une roche volcanique se forme par refroidissement du magma par étapes successives au cours de
sa remontée.
Le volcanisme, une activité interne du globe
13
Chapitre
3
La répartition des volcans
et des séismes sur Terre
Les options pédagogiques du chapitre
Après l’étude des mécanismes à l’origine des séismes et des volcans, ce chapitre traite de la répartition des zones actives de la Terre
pour découvrir l’existence de plaques lithosphériques. Ce chapitre est
également l’occasion pour l’élève de découvrir et d’utiliser un logiciel,
Sismolog (Éditions Chrysis), et donc de développer les compétences
du B2I. L’enseignant pourra, au choix, faire travailler l’élève en autonomie avec Sismolog (la fiche p. 232 aidera l’élève à se familiariser avec
le logiciel), ou bien utiliser le logiciel vidéoprojeté. S’il ne dispose pas
du logiciel, il pourra utiliser les multiples cartes présentes dans le
manuel.
Le chapitre est divisé en trois activités. La première montre la répartition des volcans, puis des séismes dans le monde. L’objectif est ici de
constater que la répartition des zones actives à la surface de la Terre
suit des zones étroites bien délimitées. L’activité suivante permet de
mettre en relation l’activité sismique et volcanique avec les reliefs sousmarins et continentaux. Enfin, l’activité 3 a pour objectif de découvrir
l’existence des plaques lithosphériques et de leur donner une épaisseur.
15
Les activités du chapitre
Activité 1
La répartition des volcans et des séismes
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité permet de valider des compétences du B2I en utilisant
le logiciel Sismolog. Dans la première partie de l’activité, on découvre
la répartition des volcans actifs (doc. 1), notamment concentrés sur le
pourtour de l’océan Pacifique, la célèbre « ceinture de feu ». C’est
également l’occasion de découvrir l’existence d’un volcanisme sousmarin (lié aux dorsales, dont le terme apparaîtra dans l’activité 2), souvent méconnu des élèves. L’élève devra ensuite constater l’existence
d’une telle activité au fond des océans (doc. 2 et 3).
La deuxième partie de cette activité traite de la répartition des
séismes (doc. 4). Là encore, il est important de préciser l’existence de
séismes sous-marins pouvant engendrer des raz de marées très destructeurs, comme ce fut le cas en décembre 2004 en Asie du Sud-Est
(doc. 5).
L’enseignant veillera à comparer les deux cartes (doc. 1 et 4) afin de
mettre en évidence la similitude entre la répartition des volcans et des
séismes.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les volcans actifs sont alignés sur le pourtour de l’océan Pacifique. C’est la raison pour laquelle on
parle de la « ceinture de feu du Pacifique ».
2. Les coulées de lave, qui proviennent d’un volcan, sont la preuve d’une activité volcanique sous-marine.
3. Le réchauffement de l’eau se fait lorsqu’elle passe près d’une matière chaude. Cette matière pourrait
être du magma.
4. L’existence d’une matière chaude, comme le magma, capable de réchauffer l’eau des fumeurs noirs
confirme l’existence d’une activité volcanique sous-marine.
5. Les séismes sont répartis le long de zones étroites : ils ne sont pas répartis au hasard.
6. Certains séismes, qui surviennent au fond des océans, sont à l’origine de tsunamis dont les conséquences sont parfois dévastatrices.
7. La répartition des volcans est similaire à celle des séismes : le long de zones étroites.
> Les volcans et les séismes sont répartis le long des mêmes zones étroites et bien délimitées.
16
Chapitre 3
Activité 2
Les reliefs du globe terrestre
Les options pédagogiques de l’activité
Après avoir découvert la répartition des volcans et des séismes le
long de zones étroites, l’élève doit maintenant faire l’association avec
les reliefs terrestres. Ici, l’accent est mis sur les reliefs sous-marins, peu
connus des élèves.
Là encore, l’enseignant pourra utiliser le logiciel Sismolog, qui offre
la possibilité d’observer des vues en trois dimensions des fosses océaniques et des dorsales. La sélection d’images satellites à partir de logiciels tels que Google Earth ou Nasa WorldWind, ou de sites Internet
comme www.geoportail.fr, permet quant à elle de visualiser les chaînes
de montagnes.
Après l’observation des reliefs terrestres sur la carte mondiale (doc.
1), l’élève pourra découvrir plus précisément les fosses, les dorsales et
les montagnes (doc. 2, 3 et 4). En comparant la répartition des reliefs à
celle des séismes et des volcans, il doit parvenir à associer l’activité
interne de la Terre aux différents types de reliefs.
Un autre objectif de l’activité est de construire progressivement la
notion de dorsale océanique, notion qui sera précisée ensuite dans le
chapitre 4.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les trois types de reliefs sont les dorsales océaniques, les fosses océaniques et les montagnes continentales.
2. Dans l’axe d’une dorsale, de nombreuses fissures témoignent d’une importante activité sismique.
3. C’est dans l’océan Pacifique que les fosses océaniques sont les plus nombreuses.
4. Les séismes se produisent dans l’axe des dorsales, près des fosses océaniques et dans les chaînes de
montagnes.
5. Les volcans sont alignés sur le pourtour de l’océan Pacifique, dans l’axe des dorsales et près des
fosses océaniques.
> Les zones sismiques et volcaniques sont des zones étroites qui correspondent à des reliefs sousmarins (fosses océaniques et dorsales) et continentaux (chaînes de montagnes).
La répartition des volcans et des séismes sur Terre
17
Activité 3
Des plaques à la surface de la Terre
Les options pédagogiques de l’activité
L’objectif de cette activité est de découvrir l’existence de plaques à
partir de la comparaison de la répartition des volcans et des séismes.
La partie suivante vise à attribuer aux plaques une épaisseur et à préciser leur rigidité.
En utilisant le logiciel Sismolog, l’élève découvre l’existence des
plaques (doc. 1) et les caractéristiques de leurs frontières. Nous avons
fait le choix de reproduire la même carte que celle que l’élève trouvera avec ce logiciel, sans nommer les plaques. L’enseignant qui souhaite
voir leurs noms pourra faire référence à la carte p. 232, ou à l’exercice 8
p. 60.
Après avoir découvert les caractéristiques des ondes sismiques (doc.
2 et 3), l’élève pourra construire le modèle de la structure externe de la
Terre (doc. 4).
Rappelons que l’objectif est ici de déterminer l’épaisseur des
plaques et leur rigidité : c’est la raison pour laquelle n’apparaît pas la
distinction croûte / manteau. Toutefois, l’enseignant soucieux de faire
cette distinction pourra utiliser l’exercice 9 de la p. 61.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Deux plaques sont séparées par une dorsale, une fosse océanique ou une chaîne de montagnes. Les
frontières de plaques sont donc étroites et actives.
2. Une plaque lithosphérique est une portion de la surface terrestre où l’activité sismique et volcanique
est très limitée.
3. Les ondes vont d’autant plus vite que le milieu traversé est rigide.
4. Les ondes sismiques, dont la vitesse de propagation est fonction de la rigidité du milieu traversé, et
qui se réfléchissent en changeant de milieu, ont permis de déterminer la structure interne de la Terre.
5. La vitesse des ondes diminue brutalement vers 100 km de profondeur. Cela signifie que les ondes arrivent dans un nouveau milieu, moins rigide.
6. L’enveloppe externe de la Terre est rigide (les ondes s’y propagent rapidement) et a une épaisseur de
100 km : il s‘agit de la lithosphère. L’épaisseur des plaques lithosphériques mesure donc environ
100 km.
7. Sous les plaques lithosphériques, à partir de 100 km de profondeur, se trouve l’asthénosphère, moins
rigide.
18
Chapitre 3
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) Le fond des océans présente des reliefs : ce sont des dorsales et des fosses.
b) La lithosphère est une enveloppe rigide qui repose sur l’asthénosphère, moins rigide.
c) La répartition des séismes et des volcans actifs se fait selon les mêmes zones étroites.
2 a) Les volcans actifs et les séismes se répartissent le long de zones étroites qui correspondent aux
chaînes de montagnes, aux dorsales océaniques et aux fosses océaniques.
b) Une plaque lithosphérique est une zone de la surface terrestre où l’activité géologique est limitée.
c) C’est grâce à l’étude de la propagation des ondes sismiques en profondeur que l’on a déterminé les
caractéristiques des plaques lithosphériques.
3 Le mot caché est : « fosse ».
Les termes de la grille sont :
a) frontière
b) dorsale
c) séisme
d) asthénosphère
e) lithosphère
Découvre avec l’informatique
4 a) On peut identifier une fosse océanique, une dorsale et une chaîne de montagnes.
b) Les séismes sont répartis le long de zones étroites : il s’agit de l’axe des dorsales, des fosses océaniques et des chaînes de montagnes.
c) Les volcans actifs sont situés le long des côtes de l’océan Pacifique, dans l’axe des dorsales et près
des fosses océaniques.
d) Leur répartition est identique : elle suit les mêmes zones étroites.
e) Les limites des plaques lithosphériques correspondent aux zones étroites sismiques et volcaniques.
Applique tes connaissances
5 a) Le relief A est une fosse océanique. Le relief B est une dorsale océanique.
b) On peut observer 3 plaques sur ce schéma.
c) La limite entre l’Afrique et l’océan Atlantique est une limite océan / continent mais ne correspond
pas à une limite de plaques.
6 a)
b)
c)
d)
e)
Il s’agit d’une faille située dans le rift d’une dorsale.
Les foyers sismiques sont situés le long de l’axe de la dorsale.
Cette zone est très fissurée : les nombreuses failles expliquent la survenue régulière des séismes.
La dorsale présente aussi une activité volcanique.
Les failles résultent de la fracture des roches de la lithosphère sous l’effet de la remontée du magma.
7 a) L’Islande est située sur la plaque nord-américaine et sur la plaque eurasiatique.
b) La zone A correspond à une dorsale.
c) D’après le doc. 1, la dorsale est associée à une importante activité volcanique et la présence de
failles (doc. 2) indique une activité sismique.
d) L’Islande est une portion de continent située sur une dorsale. C’est une exception car les dorsales
sont habituellement sous-marines.
La répartition des volcans et des séismes sur Terre
19
8 a) La France est située sur la plaque eurasiatique.
b) Les 6 plaques en contact avec la plaque eurasiatique sont : la plaque nord-américaine, la plaque africaine, la plaque arabique, la plaque australienne, la plaque philippine et la plaque pacifique.
c)
Nom de la plaque en contact
avec la plaque eurasiatique
20
Nature de la frontière entre les plaques
nord-américaine
dorsale
africaine
chaîne de montagnes (Alpes)
arabique
chaîne de montagnes (Asir)
australienne
chaîne de montagnes
philippine
fosse
pacifique
fosse
Chapitre 3
Chapitre
4
Les plaques lithosphériques
et le visage de la Terre
Les options pédagogiques du chapitre
L'objectif de ce chapitre est de construire un premier modèle de la tectonique des plaques, modèle qui sera complété au lycée, en section scientifique.
Il s'agit ici, dans la première activité, d'étudier les mouvements des
plaques à partir d'observations réalisées par des satellites GPS. Par la suite,
sont étudiées les déformations du « visage de la Terre », avec notamment la
naissance des océans (activité 2), puis la fermeture d'autres océans et la formation des chaînes de montagnes (activité 3).
Dans ce chapitre, sont faites des références aux travaux d'Alfred Wegener.
L'enseignant pourra ainsi avoir une approche historique de la théorie de
Wegener, théorie qu'il pourra valider grâce aux données plus récentes fournies par les satellites GPS.
À ce sujet, rappelons que pour élaborer sa théorie, Wegener fit appel à
des travaux géophysiques sur la densité de la Terre. D'après ceux-ci, la croûte terrestre était constituée de deux couches, en équilibre par isostasie : le sial
(riche en silice et aluminium), recouvrant le sima (riche en silice et magnésium).
Wegener pensait alors que les continents en sial pouvaient se déplacer horizontalement sur le sima, un peu comme les icebergs dans l'eau. Les progrès
réalisés en sismologie ont permis de montrer que cette idée était partiellement fausse, puisque la partie externe de la Terre est divisée en lithosphère
et en asthénosphère.
21
Les activités du chapitre
Activité 1
Des mouvements à la surface du globe
Les options pédagogiques de l’activité
L'objectif de cette première activité est tout d'abord de mettre en
évidence l'existence des mouvements des plaques à partir de données
fournies par les satellites GPS, puis de découvrir l'origine de ces mouvements.
La première partie de cette activité se base sur des données apportées par les satellites GPS. Les variations de distance entre deux villes
(doc. 1) amènent l'élève à conclure que les plaques se déplacent à la
surface du globe.
La suite permet de découvrir l'origine de l'écartement entre deux
plaques : la dorsale produit du plancher océanique, qui repousse le
plancher plus ancien (doc. 3). On se limite ici à l'origine de l'écartement
des plaques (l'origine volcanique du plancher n'est pas mentionnée).
La dernière partie de l'activité porte sur la subduction. L'élève
observe la répartition des foyers sismiques en profondeur (doc. 5 et 6)
et conclut, grâce aux connaissances acquises au chapitre 3, qu'une
plaque lithosphérique s'enfonce sous une autre au niveau d'une fosse.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Entre Puerto Ayora et Riobamba, la distance diminue chaque année. Elle augmente au contraire entre
Reykjavik et Höfn.
2. Puerto Ayora est située sur la plaque de Nazca, alors que Riobamba est sur la plaque sud-américaine:
on peut supposer que ces deux plaques se rapprochent l'une de l'autre. Reykjavik se situe sur
la plaque nord-américaine, et Höfn sur la plaque eurasiatique : on peut supposer que ces
deux plaques s'éloignent.
3. Plus on s'éloigne de l'axe de la dorsale, plus le plancher océanique est âgé. On peut supposer que ce
plancher est produit par la dorsale. Le plancher qui se crée dans l'axe de la dorsale repousse ainsi
de part et d'autre de la dorsale le plancher déjà formé.
4.
0
dorsale
Lithosphère
100
0
Asthénosphère
dorsale
Lithosphère
100
- 5 Ma
- 70 Ma
Asthénosphère
Âge (en Ma)
Profondeur (en km)
– 100 – 65 – 25
0
5. Les foyers sismiques semblent se répartir de façon linéaire sous le Japon : plus on s'éloigne de la fosse,
plus ils sont profonds.
6. On peut supposer que la plaque pacifique s'enfouit sous la plaque eurasiatique au niveau de la fosse.
Soumises à d'intenses frottements, ses roches rompent et génèrent des séismes.
22
Chapitre 4
7.
Chine
Mer du Japon
Japon
fosse
Pacifique
0
100
200
PLAQUE
EURASIATIQUE
ASTHÉNOSPHÈRE
PLAQUE
PACIFIQUE
ASTHÉNOSPHÈRE
300
400
500
Profondeur (en km)
> Les plaques lithosphériques sont animées de mouvements : elles s'écartent de part et d'autre des
dorsales et se rapprochent au niveau des fosses océaniques.
Activité 2
La naissance des océans
Les options pédagogiques de l’activité
Avec cette activité, on découvre une première conséquence du
mouvement des plaques : l'ouverture de certains océans.
Cette activité démarre par quelques faits historiques, développés
dans la théorie de Wegener (doc. 1). Il est demandé à l'élève de relier
les informations pour conclure qu'à une époque l'Afrique et l'Amérique
du Sud formaient un seul bloc. Il devra aussi préciser l'époque jusqu'à
laquelle les deux continents étaient reliés (doc. 2).
Cette idée amène à la suite de l'activité, dans laquelle est précisé le
mécanisme permettant l'ouverture de l'océan Atlantique : on développe donc le mécanisme d'accrétion aperçu dans l'activité précédente.
L'élève découvre que la roche du plancher océanique est le basalte. En
faisant appel aux connaissances du chapitre 2, et après avoir identifié la
structure microlitique de la roche, l'élève relie la mise en place du basalte à l'activité volcanique sous-marine de la dorsale (doc. 3, 4 et 5).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. La complémentarité des côtes des deux continents, les aires de répartition des roches
précambriennes et celles des fossiles de mésosaure montrent que l'Afrique et l'Amérique
étaient reliées par le passé.
2. Comme le mésosaure a vécu jusqu'à - 245 Ma, on peut supposer qu'à cette époque les deux
continents étaient encore reliés.
3. La structure du basalte est microlitique : le basalte est donc une roche volcanique.
4. La dorsale émet du magma qui refroidit quand il arrive en surface et constitue le plancher océanique.
Il repousse de part et d'autre le basalte plus ancien.
5. La production de basalte par la dorsale est responsable de la formation de la lithosphère, qui
augmente de surface à ce niveau. Les plaques se forment donc au niveau d'une dorsale.
6.
> Les plaques se forment et s'écartent au niveau d'une dorsale, ce qui agrandit la surface de certains océans.
Les plaques lithosphériques et le visage de la Terre
23
Activité 3
La formation des chaînes de montagnes
Les options pédagogiques de l’activité
L'objectif de cette activité est de montrer deux autres conséquences
du déplacement des plaques : la formation des chaînes de montagnes
et la fermeture de certains océans.
Les déformations des roches sont présentées simplement dans les
Alpes (doc. 1, 2 et 3). Elles constituent un bon point de départ pour
mettre en évidence la collision entre deux masses continentales (doc. 1,
2 et 3). La manipulation (doc. 4) permet ensuite à l'élève de comprendre, grâce à un raisonnement par analogie, l'origine des déformations rocheuses.
Dans la seconde partie, l'élève découvre l'existence passée d'un
océan alpin, entre la plaque eurasiatique et la plaque africaine (doc. 5,
6 et 7). Il peut alors reconstituer l'histoire des Alpes : un ancien océan
(dans lequel vivaient des ammonites) séparait deux masses continentales. Peu à peu, les plaques se sont rapprochées au niveau d'une fosse
et les masses continentales sont entrées en collision, déformant les
roches et engendrant la formation des Alpes.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les Alpes séparent l'Europe de l'Italie qui sont deux masses continentales.
2. Les roches déformées appartiennent à la lithosphère.
3. Ce sont les plis et les failles, qui peuvent être la conséquence de l'affrontement entre deux
masses continentales.
4. La comparaison avec le nautile nous apprend que les fossiles d'ammonites, situés entre la plaque
africaine et la plaque eurasiatique, sont d'anciens animaux marins. Un océan a donc existé dans
le passé.
5. L'enfouissement progressif de la plaque eurasiatique sous la plaque africaine a peu à peu fait
disparaître l'océan contenu entre ces deux plaques. Les Alpes se sont formées lorsque les
deux masses continentales ont commencé à s'affronter.
> L'ouverture des océans est compensée par la fermeture d'autres océans, qui conduit à l'affrontement des masses continentales et à la formation des chaînes de montagnes.
24
Chapitre 4
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) Une dorsale émet de la lave, qui, en refroidissant, forme le basalte constitutif du plancher océanique.
b) Le déplacement des plaques entraîne l'ouverture de certains océans et la fermeture d'autres océans.
c) Les plis et les failles sont deux types de déformations des roches.
2 a) Les plaques sont caractérisées par des mouvements d'écartement ou de rapprochement.
b) En se déplaçant, les plaques sont responsables de l'augmentation de la taille de l'océan Atlantique.
c) Les Alpes sont le résultat de l'affrontement de deux masses continentales, suite à la fermeture d'un
océan.
3 Le mot caché est : « fosse ».
Les termes de la grille sont :
a) affrontement
b) déformation
c) dorsale
d) basalte
e) écartement
Découvre avec l’informatique
4 a) À l'époque du Permien, il y a 225 Ma, il n'existait qu'un seul continent appelé Pangée.
b) Entre le Permien et le Trias, la Pangée commence à se fragmenter en deux continents (Laurasie et
Gondwana).
c) Il y a 225 Ma, l'Inde était reliée au futur continent africain.
d) L'océan Atlantique a une taille qui augmente au cours du temps, alors que celle de l'océan Pacifique
diminue.
Applique tes connaissances
5 a) Les sédiments les plus près de la dorsale sont les sédiments A. Ils sont âgés de 10 millions d'années.
b) Les sédiments les plus éloignés de la dorsale sont les sédiments F. Ils sont âgés de 80 millions
d'années.
c) Plus les basaltes s'éloignent de l'axe de la dorsale et plus ils sont âgés.
d) Les sédiments les plus vieux, déposés sur le plancher océanique, sont contemporains de la formation
de ce plancher : ils ont le même âge.
e) Ces informations montrent que le plancher océanique le plus jeune repousse de part et d'autre
de la dorsale le plancher plus ancien. La surface du plancher océanique augmente donc : l'océan
s'agrandit.
6 a) Il y a trois plaques sur le schéma.
b) 1 = lithosphère ; 2 = asthénosphère
c) A = dorsale ; B = fosse
d)
A
B
0
100
Profondeur (en km)
7 a) Les foyers sismiques sont répartis de façon linéaire : plus on s'éloigne de la fosse (vers l'ouest), plus
ils sont profonds.
b) La lithosphère a une épaisseur moyenne de 100 km.
Les plaques lithosphériques et le visage de la Terre
25
c) On trouve des foyers sismiques à plus de 100 km de profondeur. Cela signifie que la lithosphère s'enfonce.
d) C'est la lithosphère qui est l'enveloppe la plus rigide.
e) Les ondes sismiques montrent une zone rigide qui suit la répartition des foyers sismiques. Cela
caractérise la lithosphère rigide, qui s'enfonce sous une autre plaque.
f)
Arc des
Tonga
Fidji
Fosse
des Tonga
0
100
PLAQUE AUSTRALIENNE
PLAQUE PACIFIQUE
400
Foyer sismique
700
Profondeur
(en km)
–6%
0
+6%
Variation de vitesse des ondes
8 a) Dans l'alignement de volcans qui part des Monts de l'Empereur, seuls les volcans d'Hawaï sont actifs
car ce sont les seuls à être alimentés par la remontée du magma du point chaud.
b) Les points chauds prennent naissance en profondeur de la Terre, en dessous de l'asthénosphère.
c) Deux plaques s'écartent de part et d'autre d'une dorsale.
d) Comme le point chaud est fixe dans l'asthénosphère et qu'il existe un alignement volcanique, cela
veut dire que la lithosphère s'est déplacée au dessus du point chaud.
e) Le sens de déplacement de la plaque a été modifié il y a 40 Ma, période à laquelle l’alignement
volcanique change de direction.
f)
- 70 Ma
- 40 Ma
Hawaï
actuel
26
Chapitre 4
Chapitre
5
La prévention des risques
géologiques
Les options pédagogiques du chapitre
Ce chapitre conclut la partie « Géologie » du programme de quatrième consacré à l'activité interne du globe. L'objectif est d'abord
éducatif : les élèves doivent prendre connaissance des méthodes de
prévention des risques géologiques (séismes et volcans).
Pour comprendre ces méthodes, il faut appréhender au préalable la
notion de risque géologique et savoir comment on détermine une
zone à risque sismique ou volcanique. Pour définir un risque, il faut
s'appuyer sur les deux principes que sont la probabilité que survienne
un évènement et sur le fait que cet évènement produise des dégâts.
Les élèves ont souvent tendance à définir un risque uniquement par les
dégâts produits localement, sans tenir compte de la probabilité qu'un
évènement ait lieu.
Après avoir défini les zones à risque, on étudie comment l'homme
intervient pour réduire le risque sismique (activité 2) et le risque volcanique (activité 3). Néanmoins, le seul énoncé des méthodes de prévention sismique ou volcanique existantes est insuffisant s'il ne s'accompagne pas de l'évaluation de leur efficacité.
27
Les activités du chapitre
Activité 1
Des risques géologiques : les séismes et les volcans
Les options pédagogiques de l’activité
L'activité 1 introduit la notion de risque géologique en posant le
problème de la détermination d'une zone à risque qu'elle soit sismique
ou volcanique.
La partie A amène la notion de risque d'abord en évaluant la probabilité que survienne un évènement géologique en un lieu donné (doc.
1 et 2). Cette évaluation ne peut se faire qu'en étudiant les évènements
passés. Dans un second temps, on s'intéresse à l'ampleur des dégâts
que pourrait causer la survenue d'un évènement géologique (doc. 3).
On mettra alors en avant différents facteurs humains : densité de la
population, nature des constructions...
Dans la partie B, on présente le zonage des risques, qu'ils soient sismiques ou volcaniques (doc. 4 et 5), établi par les autorités. Il est important de relier les zones à risque au modèle de la tectonique des
plaques, c'est-à-dire de montrer que la prise en compte des limites de
plaques aide à l'établissement des zones à risque.
La principale compétence mise en jeu dans cette activité est de
savoir « s'informer », d'une part à partir d'une carte, d'autre part à partir d'un tableau.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les régions de France ayant subi les séismes de plus forte intensité au cours des siècles écoulés sont
essentiellement les Pyrénées et les Alpes (incluant le littoral méditerranéen).
2. L'histoire sismique ou volcanique d'une région permet de connaître les zones où la probabilité qu'un
évènement majeur survienne est forte.
3. Si le séisme de Lambesc survenu le 11 juin 1909 avait eu lieu en 1982, les dégâts humains et matériels auraient été beaucoup plus considérables, car la population et l'occupation des sols ont augmenté dans la période.
4. Une zone à risque géologique se définit par une forte probabilité que survienne un évènement géologique et que celui-ci produise de nombreux dégâts humains et matériels.
5. Les zonages sismique et volcanique ont été établis en évaluant le risque géologique dans chaque
région.
6. La sismicité importante des Alpes du Sud s'explique par la proximité de la limite de plaques
aurasiatique-africaine et par la présence de failles actives dans cette région.
7. De même, l'activité volcanique importante des Antilles s'explique par leur localisation dans une zone
active du globe, à la limite des plaques nord-américaine et caraïbe.
> Déterminer une zone à risque géologique consiste à évaluer la probabilité qu'un évènement géologique survienne (étude du passé…) et les dégâts qu'un tel évènement pourrait produire (densité de population...). Le modèle tectonique contribue à définir les principales zones à risque sismique et/ou volcanique au niveau mondial.
28
Chapitre 5
Activité 2
La prévention des risques sismiques
Les options pédagogiques de l’activité
Dans cette activité, l'objectif éducatif prend tout son sens, car on
attend des élèves qu'ils s'approprient une attitude citoyenne face à un
séisme.
Avant tout, il faut comprendre que la prévention va au-delà de la
simple prévision. Souvent les élèves confondent ces deux termes. Il est
donc important d'insister sur les différences entre ces notions.
La première partie de l'activité montre que la prévision sismique est
encore très aléatoire. Les méthodes prédictives mises en œuvre (doc. 2
et 3) sont assez peu opérantes et ne permettent pas d'éviter de nombreux dégâts humains et matériels (doc. 1).
Pour palier cette prévision insuffisante, des normes de construction
adaptées, l'éducation des populations et l'organisation des secours
(doc. 4 à 6) permettent de diminuer le risque sismique.
Ayant comme objectif une éducation à la prévention sismique, cette
activité demande aux élèves de s'informer à partir de différents documents (textes, tableaux, pictogrammes…).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les séismes sont les risques naturels les plus meurtriers dans le monde car aucune méthode fiable ne
permet prévoir le moment où ils se produiront.
2. La méthode chinoise s'appuyait sur des signes précurseurs sans rapport direct avec le séisme lui-même
(comportement des animaux, débit des sources...). La méthode VAN, elle aussi indirecte, consistait à
enregistrer des signaux électriques circulant dans les roches, sans grand résultat. La surveillance par
GPS, qui mesure les déformations du sol, semble porteuse de davantage d'espoirs, mais elle est très
difficile à mettre en œuvre.
3. Les règles parasismiques de construction contribuent à rigidifier les structures et à absorber les ondes
sismiques, ce qui limite le nombre de victimes en empêchant les bâtiments de s'effondrer.
4. Les principales consignes de sécurité à respecter pendant un séisme sont :
- s'abriter sous un meuble solide en se protégeant la tête avec les bras lorsqu'on est à l'intérieur ;
- s'éloigner des bâtiments, des pylônes, des arbres... lorsqu'on est à l'extérieur.
- rester dans sa voiture.
5. Le rôle des équipes de sauvetage spécialisées est d'intervenir rapidement pour prendre en charge médicalement les blessés, rechercher les personnes ensevelies sous les décombres et sécuriser le lieu de
la catastrophe.
6. Une prévention sismique efficace s'appuiera sur l'éducation des populations, des règles parasismiques
pour les constructions et la formation d'équipes de sauvetage urbain.
> La prévision des séismes étant de nos jours impossible, la seule prévention sismique efficace
consiste à mettre en place un plan d'aménagement du territoire et d'information à la population.
La prévention des risques géologiques
29
Activité 3
La prévention des risques volcaniques
Les options pédagogiques de l’activité
Cette dernière activité poursuit l'objectif éducatif de la prévention
du risque, ici du risque volcanique.
Contrairement aux séismes, la prévision d'une prochaine éruption
volcanique est éprouvée par l'étude directe et permanente du comportement des volcans. Différentes techniques modernes permettent ainsi
de déterminer pour de nombreux volcans les signes annonciateurs
d'une éruption (doc. 1 à 3).
Même si la prévision d'une éruption est efficace, l'homme ne peut
empêcher celle-ci. Pour la population vivant dans la proximité d'un volcan, il faut donc une parfaite connaissance du risque volcanique (doc. 4
et 5) et du comportement à suivre (doc. 6) pour en diminuer les conséquences.
Comme la précédente, cette activité demande aux élèves de s'informer à partir de différents documents (textes, cartes, graphiques…).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Le sismomètre enregistre les séismes superficiels au niveau du volcan causés par la remontée du
magma dans la cheminée, le détecteur de gaz mesure le dégazage du magma et l'antenne GPS mesure « le gonflement » de l'édifice volcanique.
2. Il est plus facile de prévoir une éruption volcanique qu'un séisme, car on sait reconnaître les signes
annonciateurs d'une éruption et pas ceux d'un séisme.
3. La prochaine éruption de la montagne Pelée devrait être explosive, car la probabilité de coulées de
lave est nulle, alors que les probabilités de construction d'un dôme et d'émission de nuées ardentes
sont moyennes.
4. La carte du risque volcanique, en définissant des zones selon l'importance des dégâts en cas
d'éruption, permet la mise en place de la meilleure prévention possible.
5. Le dispositif de prévention du risque volcanique s'appuie sur une surveillance permanente du volcan
par les scientifiques, elle-même associée à un plan de gestion et d'évacuation présentant différents
niveaux d'alerte.
> Le risque volcanique est maîtrisé par une prévision à court terme des éruptions associée à la mise
en place d’un plan d'évacuation des populations.
30
Chapitre 5
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) La prévision d'une éruption volcanique grâce à la surveillance constante des volcans permet de
mettre en place une prévention efficace.
b) La prévention sismique s'appuie sur l'éducation des populations et la mise en œuvre de normes
parasismiques de construction.
c) Une zone à risque géologique est définie par une forte probabilité qu'un phénomène naturel s'y produise et qu'il provoque des dégâts importants.
2 a) Le risque géologique d'une région est déterminé en étudiant les événements du passé et en évaluant les dégâts humains et matériels qui pourraient être causés.
b) On peut diminuer le risque sismique d'une zone en mettant en œuvre des normes parasismiques de
construction et en éduquant la population.
c) La surveillance des volcans actifs permet de prédire à court terme une éruption volcanique, ce qui
permet d'en limiter les conséquences.
3 Le mot caché est : « risque ».
Les termes de la grille sont :
a) prévention
b) éruption
c) GPS
d) parasismique
e) volcanologue
f) prévision
Découvre avec l’informatique
4 a) « Renforcer les murs porteurs par des chaînages » lors de la construction permet d'éviter l'effondrement des bâtiments.
b) « S'abriter sous des meubles solides » permet de se protéger de l'effondrement du plafond et de la
chute d'objets lourds à l'intérieur (armoires, bibliothèques…).
c) « Arrêter sa voiture et ne pas en sortir avant la fin des secousses » permet de se protéger de la chute
d'objets lourds à l'extérieur (volets, branches d'arbres…).
Applique tes connaissances
5 a) La répartition des stations du réseau Renass correspond au zonage des régions à risque sismique.
b) Les données collectées par les différentes stations permettent une meilleure étude des séismes localement.
c) La prévision sismique étant encore aléatoire de nos jours, la prévention reste la meilleure protection
contre le risque sismique.
6 a) La surveillance de la Soufrière permettra de mieux prévoir sa prochaine éruption afin de diminuer le
risque pour les populations alentours, mais aussi d'éviter une évacuation inutile comme en 1976.
b) Les scientifiques déterminent les niveaux d'alerte en fonction de l'évolution des paramètres du volcan annonciateurs d'une l'éruption (sismicité, déformation, explosions…).
c) La prévention du risque volcanique associe une surveillance constante de la Soufrière à un plan de
secours spécialisé qui tient compte de la nature de l'alerte.
7 a) Le 26 décembre 2004, Ahungalla a subi un tsunami, c'est-à-dire l'arrivée sur les côtes de vagues
gigantesques provoquées par un séisme sous-marin. À 9h30, une première vague a déferlé doucement dans le hall de l'hôtel, puis la mer s'est retirée très en dessous de son niveau normal, avant l'arrivée d'une vague dévastatrice de 7 m de hauteur. Le niveau de la mer a continué à osciller pendant
plusieurs heures, avec des pics.
b) Des consignes ont été données pour évacuer la plage dès les premiers signes inquiétants et lorsque
la grosse vague a déferlé, la plupart des touristes se sont réfugiés en hauteur, notamment dans les
étages supérieurs de l'hôtel. Une évacuation en car, même tardive, a pu également permettre de
sauver des vies.
La prévention des risques géologiques
31
c) Des stations sismiques présentes au niveau des zones à risque de tsunami permettraient de donner
l'alerte en cas de violent séisme sous-marin. La surveillance de la mer, par exemple grâce aux systèmes satellites type GPS, permettrait aussi de repérer la formation des vagues géantes avant leur
déferlement sur les côtes.
d) Des mesures de prévention pourraient consister à apprendre aux populations vivant en bord de mer
à identifier les premiers signes annonciateurs d'un tsunami (retrait de la mer avant une vague géante) et quelle attitude adopter (se réfugier en hauteur), mais aussi pour les autorités à organiser des
plans de secours et d'évacuation.
8 a) La carte de risque du volcan Mérapi a pu être établie par l'étude des éruptions passées.
b) Une véritable prévention volcanique existe, car l'activité du Mérapi est surveillée et un plan comprenant différents niveaux d'alerte prévoit l'évacuation efficace des habitants de la zone.
c) Le bilan du séisme du 27 mai est catastrophique par rapport à celui de l'éruption volcanique du
6 juin (près de 6000 morts et 37 000 blessés pour le séisme, 2 morts pour l'éruption).
d) La prévision sismique reste aléatoire, alors que la prévision volcanique est efficace. En outre,
contrairement à la prévention volcanique, la prévention sismique semble largement insuffisante :
pas de normes de construction parasismiques (105000 habitations détruites) et des secours
aux moyens limités (des blessés étendus à même le sol des hôpitaux).
32
Chapitre 5
Chapitre
6
La reproduction sexuée
Les options pédagogiques du chapitre
Ce chapitre, qui ouvre la partie intitulée « Reproduction sexuée et
maintien des espèces dans leur milieu », a pour objectif de présenter
la reproduction sexuée, centrée sur la notion essentielle de fécondation à l’origine d’une cellule œuf, et de parvenir à une généralisation
de ce mécanisme. Sont ainsi étudiées la reproduction d’un animal,
l’oursin (activité 1), puis celle d’un végétal, le fucus vésiculeux (activité
2). La troisième activité, qui distingue la fécondation interne de la
fécondation externe, permet de généraliser la notion. Enfin, les mécanismes favorisant la fécondation, tant au niveau des individus qu’à
l’échelle de la cellule, sont abordés dans la dernière activité (activité 4).
Si l’enseignant choisit de traiter cette partie avant celle intitulée
« La transmission de la vie chez l’Homme », la notion de fécondation,
progressivement construite dans ce chapitre, pourra être aisément
transposée à l’étude de la reproduction humaine. Dans le cas contraire, où la notion a déjà été découverte, celle-ci pourra être réinvestie et
généralisée grâce aux multiples exemples présentés dans ce chapitre.
Grâce à l’arbre de parenté présenté en fin d’ouvrage, l’enseignant
pourra inclure les nouvelles espèces rencontrées dans la classification
abordée en classes de 6e et 5e.
À l’entrée en classe de 4e, les élèves ont déjà acquis quelques
notions concernant la reproduction. À l’école primaire, ils ont en effet
découvert les différents modes de reproduction. En classe de 6e, dans
la perspective du peuplement du milieu, ils ont également observé les
alternances des formes animales et végétales.
Chapitre 3
33
33
Les activités du chapitre
Activité 1
La reproduction sexuée d’un animal, l’oursin
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité montre la reproduction sexuée de l'oursin en deux
étapes. Tout d'abord sont présentés les deux individus (doc. 1) qui libèrent dans l'eau leurs cellules reproductrices (doc. 2 et 3). Les documents peuvent être remplacés par l'observation microscopique des cellules reproductrices, puis de la fécondation, selon le protocole présenté dans la rubrique « je réalise ». L'enseignant pourra ainsi faire référence aux fiches méthode concernant l'utilisation du microscope et la réalisation d'un dessin.
Ensuite, l'élève découvre la rencontre des cellules reproductrices
(doc. 4), étape indispensable à la fécondation (doc. 5). La fécondation,
définie comme l'union des noyaux des cellules reproductrices (doc. 6),
aboutit à la formation d'une cellule œuf qui évolue en nouvel oursin
(doc. 7).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les deux types d'oursins ne libèrent pas les mêmes sécrétions.
2. L'oursin mâle libère des cellules reproductrices mâles : c'est donc l'oursin de droite. L'oursin femelle, qui libère des cellules reproductrices femelles, est celui de gauche.
3. Voici le tableau :
Cellule reproductrice mâle
Cellule reproductrice femelle
Forme
Allongée à une extrémité
Ronde
Taille
Petite
Plus grande
Mobilité
Très mobile
Peu mobile
4. Pour que la fécondation soit possible, les cellules reproductrices doivent se rencontrer.
5. Après l'union des noyaux des cellules reproductrices, qui correspond à la fécondation, se forme la
cellule œuf.
6. Après la fécondation, la cellule œuf se divise de nombreuses fois pour devenir une larve, elle-même
à l'origine d'un nouvel oursin.
> Les individus mâles et femelles libèrent des cellules reproductrices qui se rencontrent puis s'unissent : c'est la fécondation. La fécondation aboutit à la formation d'une cellule œuf, à l'origine
d'un nouvel oursin.
34
Chapitre 6
Activité 2
La reproduction sexuée d’une algue, le fucus vésiculeux
Les options pédagogiques de l’activité
La deuxième activité du chapitre permet de découvrir l'existence de
la fécondation chez les végétaux. Le choix du fucus vésiculeux, algue
commune, permettra à l'enseignant de remplacer certains documents
par des observations réelles réalisées à partir d'échantillons d'algue.
L'activité débute par l'observation de deux types de pieds de fucus
(doc. 1, 2 et 3) qui produisent des gelées différentes (doc. 4 et 5).
L'élève doit réinvestir les notions acquises dans l'activité précédente
afin de différencier les spermatozoïdes des ovules.
La suite de l'activité présente la rencontre des cellules reproductrices (doc. 6). Enfin, l'élève découvre les dernières étapes permettant
la formation du nouveau fucus (doc. 7).
Cette activité peut être traitée en parallèle avec l'activité précédente. À l'issue de ces deux activités, l'élève a appris que la reproduction
sexuée est caractérisée par l'existence d'une fécondation aboutissant à
la formation d'une cellule œuf.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Un pied de fucus présente des renflements verdâtres, alors que ceux de l'autre pied sont orangés.
2. Ces renflements n'apparaissant qu'en période de reproduction, ils doivent jouer un rôle dans la reproduction de l'algue.
3. Les cellules de la gelée verdâtre sont nombreuses, petites et mobiles : ce sont des cellules reproductrices mâles. Les cellules de la gelée orangée sont plus grandes : ce sont des cellules reproductrices
femelles.
4. L'union des cellules reproductrices aboutit à la formation d'une cellule œuf.
5. Tout comme la reproduction sexuée de l'oursin, celle du fucus fait intervenir des cellules reproductrices qui s'unissent lors de la fécondation. Cela aboutit à une cellule œuf qui, en se divisant, devient
un nouvel individu.
>La reproduction du fucus vésiculeux est caractérisée par l'émission de cellules reproductrices, qui
s'unissent lors de la fécondation. La fécondation crée une cellule œuf, à l'origine d'un nouveau
fucus.
La reproduction sexuée
35
Activité 3
Des fécondations différentes selon les espèces
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité permet, d'une part, de renforcer la notion de fécondation et, d'autre part, de distinguer la fécondation interne de la fécondation externe. Pour cela, deux espèces animales ont été choisies : la
truite et le sanglier. En comparant leur reproduction, l'élève pourra
dégager les points communs (cellules reproductrices, fécondation, cellule œuf) et les différences (nombre de cellules reproductrices, lieu où
se déroule la fécondation, perte de cellules).
L'élève doit tout d'abord identifier le sexe des truites à partir de
leurs sécrétions (doc.1). Pour cela, il doit réinvestir les connaissances
acquises dans les activités précédentes pour identifier les ovules produits par la femelle, et les spermatozoïdes (dans le sperme) produits
par le mâle. Il découvre ensuite les étapes conduisant à la formation
des alevins (doc. 2 et 3).
La deuxième partie de l'activité illustre la fécondation interne du
sanglier, qui nécessite un accouplement (doc. 4).
La rubrique « je communique » permet d'exploiter les schémas récapitulatifs de la reproduction chez ces deux animaux (doc. 3 et 6) et d'insister ainsi sur les caractéristiques de chaque type de fécondation.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les sécrétions du mâle renferment des cellules reproductrices mâles (doc. 1b) alors que celles de la
femelle renferment des cellules reproductrices femelles (doc. 1a).
2. Un alevin est le résultat de l'évolution d'une cellule œuf, provenant elle-même de la fécondation
d'une cellule reproductrice mâle et d'une cellule reproductrice femelle.
3. La fécondation a lieu dans le milieu de vie : elle se fait à l'extérieur du corps. C'est donc une fécondation externe.
4. La fécondation se fait à l'intérieur du corps de la femelle : on parle donc de fécondation interne.
5. Chez le sanglier, la reproduction sexuée commence avec la rencontre des cellules reproductrices, permise grâce à l'accouplement. La fécondation, qui a lieu dans les voies génitales femelles, conduit à
des cellules œuf à l'origine de marcassins.
6. La fécondation externe caractérise les animaux aquatiques, alors que la fécondation interne se rap
porte aux animaux aériens. La fécondation externe s'accompagne de pertes importantes en cellules
reproductrices et en cellules œuf ; ces pertes étant compensées par leur production en grand nombre.
Au contraire, la fécondation interne, qui nécessite un accouplement, s'accompagne de peu de pertes
en cellules œuf.
>Selon les espèces, la fécondation se fait dans le milieu de vie (elle est externe) ou dans le corps
de la femelle (elle est interne).
36
Chapitre 6
Activité 4
Des mécanismes pour favoriser la fécondation
Les options pédagogiques de l’activité
Dans la première partie de l'activité, sont abordés les mécanismes
permettant le rapprochement des partenaires sexuels. L'élève
découvre tout d'abord le mécanisme d'attraction du lampyre mâle par
la femelle (doc. 1 et 2), un exemple qui offre l'occasion de renforcer la
notion d'espèce abordée en classe de 6e. En effet, le mâle se rapproche
davantage du leurre s'il rappelle celui de l'espèce. Ainsi, l'union des cellules reproductrices ne peut s'effectuer qu'entre individus de la même
espèce. Suivent deux autres exemples, que sont la parade nuptiale
d'une espèce d'oiseaux (doc. 3) et l'attraction chimique du bombyx du
mûrier (doc. 4).
La deuxième partie de l'activité traite de l'attraction chimique des
cellules reproductrices en milieu aquatique (doc. 5), puis de la formation du tube pollinique (doc. 6) chez les plantes à fleurs. Pour rappel, le
tube pollinique s'enfonce dans le pistil et déverse deux cellules spermatiques dans le sac embryonnaire d'un ovule : l'une féconde le gamète
femelle (oosphère), l'autre participe à la formation de l'endosperme (le
tissu nourricier de l'embryon).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. On peut supposer que le mâle est attiré par la lumière de la femelle.
2. Le leurre n°1 est plus proche du motif naturel que les autres leurres, ce qui explique pourquoi tant de
mâles y réagissent. C'est donc le motif lumineux qui attire les mâles.
3. La parade nuptiale et l'attraction chimique sont deux mécanismes permettant d'attirer le partenaire.
4. Les spermatozoïdes se déplacent d'une goutte à l'autre seulement si cette goutte contient des
ovules. Cela montre qu'il existe un mécanisme d'attraction entre les ovules et les spermatozoïdes.
5. Les spermatozoïdes sont attirés par de l'eau ayant contenu des ovules. Les ovules doivent donc libérer dans l'eau de mer des substances chimiques qui attirent les spermatozoïdes. Il s'agit d'une attraction chimique.
6. Les cellules reproductrices mâles, apportées par le pollen, s'enfoncent dans le pistil vers les cellules
reproductrices femelles.
7. Le tube pollinique permet de conduire les cellules reproductrices mâles du grain de pollen vers les
cellules reproductrices femelles du pistil. Ce tube pollinique facilite ainsi la fécondation.
>Divers mécanismes, comme l'émission de signaux lumineux ou la parade nuptiale, permettent
d'attirer le partenaire sexuel, donc de favoriser la fécondation. L'attraction chimique entre deux
cellules reproductrices animales, comme l'existence de tubes pollinique chez les plantes à fleurs,
permettent également de faciliter la fécondation.
La reproduction sexuée
37
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) La fécondation externe est caractérisée par de nombreuses pertes de cellules reproductrices.
b) La fécondation, qui correspond à l'union des cellules reproductrices, aboutit à la formation d'une
cellule œuf.
c) En milieu aquatique, les spermatozoïdes sont attirés par les ovules grâce à une attraction chimique.
2 a) Une cellule œuf se forme grâce à l'union des noyaux de l'ovule et du spermatozoïde.
b) Une fécondation qui a lieu dans le milieu de vie est une fécondation externe.
c) La formation du tube pollinique permet aux plantes à fleurs de faciliter la fécondation.
3 Le
a)
b)
c)
d)
e)
mot caché est : « ovule ». Les termes de la grille sont :
fécondation
individu
nuptiale
pollinique
interne
Découvre avec l’informatique
4
a) Les scientifiques se demandent si la température a une influence sur l'attraction des cellules reproductrices chez le lapin.
b) Deux compartiments, contenant ou non des ovules, sont reliés par un tube. Grâce à une résistance,
on peut faire varier la température de chacun des compartiments. Des spermatozoïdes sont introduits dans le tube. On suit alors leur déplacement vers l'un des deux compartiments.
c) Les spermatozoïdes se déplacent vers le compartiment le plus chaud.
d) Chez le lapin, la température a un rôle dans l'attraction des cellules reproductrices : les spermatozoïdes se déplacent vers les zones chaudes des voies génitales femelles, où se trouvent les ovules.
Applique tes connaissances
5 a) La reproduction de l'escargot est caractérisée par la production des cellules reproductrices mâles et
femelles, puis la fécondation. Il s'agit donc d'une reproduction sexuée.
b) La fécondation est interne car elle se fait dans l'organisme.
c) Un escargot produit à la fois des cellules reproductrices mâles et femelles : on peut parler d'hermaphrodisme. De plus, les jeunes escargots se développent dans des œufs : il s'agit d'un mode de
reproduction ovipare.
6 a) Chez l'épinoche, un ensemble de mouvements permet au mâle d'attirer la femelle : il s'agit d'une
parade nuptiale.
b) La reproduction de l'épinoche est caractérisée par la production des cellules reproductrices mâles
et femelles, puis par leur union : c'est une reproduction sexuée.
c) La fécondation a lieu dans le milieu extérieur (l'eau) : c'est une fécondation externe.
7 a) On peut observer sur la fleur le pistil, qui produit les cellules reproductrices femelles, et les étamines,
qui produisent les cellules reproductrices mâles.
b) L'élément mâle doit aller de l'étamine au pistil. Il doit ensuite s’enfoncer dans le pistil pour rejoindre
les cellules femelles en profondeur.
c) La poudre jaune est du pollen, renfermant des cellules reproductrices mâles.
d) Les insectes permettent de polliniser les fleurs : ils assurent le dépôt du pollen sur le pistil. Ils favorisent donc la rencontre des cellules reproductrices chez les plantes à fleurs.
8 a) Dans l'expérience 1, c'est le mâle le plus coloré qui s'avance le plus du prédateur. Dans l'expérience 2, c'est le mâle le moins coloré.
b) On en déduit que la femelle choisit le mâle le plus courageux, c'est-à-dire qui s'approche le plus du
prédateur.
c) S'il n'y a pas de femelle, aucun mâle ne s'approche du prédateur. Les mâles font donc preuve de
courage uniquement en présence d'une femelle, dans le but de se reproduire.
d) L'expérience qui correspond le mieux à la réalité est l'expérience 1 où le mâle coloré vigoureux s'approche du prédateur. Les mâles choisis sont donc les mâles colorés et vigoureux.
38
Chapitre 6
Chapitre
7
Reproduction sexuée
et devenir d’une espèce
Les options pédagogiques du chapitre
Ce chapitre est le dernier de la partie « Reproduction sexuée et
maintien des espèces dans les milieux ». Lors du chapitre précédent,
l’élève a découvert que la reproduction sexuée est caractérisée par la
fécondation, qui est à l’origine d’un nouvel individu. Avec la première
activité de ce chapitre, l’élève apprend que les conditions du milieu,
comme l’abondance des ressources alimentaires, ont une grande
influence sur la reproduction sexuée des espèces. L’enseignant désireux de montrer l’influence d’autres caractéristiques du milieu pourra
utiliser l’exercice 7 p.130, qui traite de l’influence de la température sur
la reproduction d’un lézard.
Ce chapitre est aussi l’occasion pour l’élève d’enrichir son approche
de l’éducation à l’environnement pour un développement durable. En
effet, dans les activités 2 et 3, sont développés des exemples dans lesquels l’Homme nuit à la biodiversité, ou bien, au contraire, préserve
cette dernière. À l’issue de ce chapitre, l’élève sera ainsi en mesure de
relier les modifications de la biodiversité à des actions humaines. En
effet, en agissant sur les caractéristiques du milieu, l’Homme agit sur la
reproduction des espèces, donc sur leur devenir.
39
Les activités du chapitre
Activité 1
Le devenir des espèces dans leur milieu
Les options pédagogiques de l’activité
Dans la première partie de l'activité, on demande à l'élève de
constater qu'il existe une mortalité chez les lynx des Vosges (doc. 1).
Pourtant, la population se maintient (doc. 2). À l'issue de ces documents, l’élève comprend que c’est la reproduction (doc. 3 et 4) qui
compense la mortalité, et qui permet donc à l’espèce de se maintenir
dans son milieu.
L'importance des ressources alimentaires sur la reproduction de l’espèce est abordée dans la suite de l'activité. Après avoir constaté que la
reproduction de l’espèce semble plus faible lorsque la quantité de ressources disponibles diminue (doc. 7), l'élève conclut que la quantité de
ressources alimentaires influence la reproduction sexuée (doc. 8).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Entre 1987 et 1995, la surface occupée par les lynx augmente car les lynx sont de plus en plus nombreux.
2. Malgré la mortalité des lynx, la surface qu’ils occupent dans les Vosges reste à peu près stable, ce qui
signifie que leur nombre reste stable.
3. Un lynx femelle peut avoir une vingtaine de petits au cours de sa vie. Comme un sur deux meurt en
moyenne, seule une dizaine de jeunes lynx deviendront adultes.
4. C'est grâce à la reproduction sexuée que la population de lynx reste stable au cours du temps : l'espèce se maintient dans son milieu.
5. Plus la densité de couples est forte, moins la nourriture est disponible et moins il y a d'œufs. Le
manque de ressources alimentaires, comme la forte densité de population, peuvent être à l’origine
de la diminution de la taille des couvées.
6. Un apport de nourriture, même en cas de forte densité, rétablit un nombre d'œufs plus élevé qu'en
absence de nourriture. Ce sont donc les ressources alimentaires qui ont une influence sur la reproduction des bruants.
> La reproduction sexuée permet aux espèces de se maintenir dans leur milieu. Les conditions du
milieu, comme les ressources alimentaires, influent sur la reproduction sexuée des êtres vivants.
Lorsqu’elles sont rares, la reproduction sexuée est moins efficace.
40
Chapitre 7
Activité 2
Les conséquences des activités humaines
sur la reproduction sexuée
Les options pédagogiques de l’activité
La première partie de l'activité nécessite une mise en relation des
quatre documents. Il s’agit ici de comprendre comment certaines activités humaines, telle l'utilisation d'insecticides, peuvent nuire à la reproduction des espèces animales. Ainsi, après avoir constaté une baisse de
la reproduction des goélands (doc. 1), on cherche à en expliquer la
cause. Celle-ci réside dans un amincissement des coquilles d’œufs, provoqué par le DDT (doc. 2) utilisé par les activités humaines (doc. 3) et
qui s'accumule dans les chaînes alimentaires (doc. 4).
Suit l'étude des conséquences de l'introduction d'une espèce végétale (doc. 5) sur la biodiversité d'un milieu (doc. 6 et 7). Cet exemple
est d’autant plus intéressant que peu d’élèves ont conscience des
conséquences parfois désastreuses que peut avoir l’introduction de
nouvelles espèces dans un milieu.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Le nombre d'oisillons baisse entre 1940 et 1970, ce qui correspond à une anomalie de la reproduction sexuée.
2. Plus il y a de polluant dans la coquille de l'œuf, plus celle-ci est fine. Plus fragiles, les œufs ont tendance à se briser rapidement : ils sont responsables de l’anomalie.
3. Le DDT des coquilles d'œufs provient des pesticides utilisés par les agriculteurs.
4. Un polluant s'accumule progressivement dans le corps des gros animaux qui mangent des animaux
plus petits, eux aussi contaminés. Ce polluant peut alors se retrouver dans les coquilles des œufs, ce
qui nuit à la reproduction de l'espèce.
5. Les griffes de sorcières ont été introduites par l'Homme sur le littoral méditerranéen et l’ont peu à
peu envahi grâce à leur rythme de reproduction rapide.
6. Depuis l'introduction des griffes de sorcières, des espèces locales comme le silène, la buglosse ou
l'arum se sont raréfiées. Les griffes de sorcières sont donc responsables d'une diminution du nombre
d'espèces locales, et donc d'une baisse de la biodiversité.
7. Le puffin cendré niche dans des terriers qui sont bouchés par les griffes de sorcière. Ces végétaux
introduits par l'Homme nuisent ainsi à la reproduction du puffin : leur nombre diminue.
> Par ses activités, l'Homme peut nuire à la reproduction des êtres vivants. C'est le cas de certains
produits polluants utilisés en agriculture, qui fragilisent les coquilles des œufs de nombreux
oiseaux. C'est également le cas lorsqu'il introduit une nouvelle espèce dans un milieu.
Reproduction sexuée et devenir d’une espèce
41
Activité 3
L’Homme préserve la biodiversité
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité aborde la préservation des espèces en Camargue.
L’enseignant pourra insister sur l’exceptionnelle biodiversité de la
Camargue : 540 espèces de vertébrés (dont près de 300 espèces d’oiseaux), 3 818 espèces d’invertébrés et plus de 1 000 espèces végétales.
Cette biodiversité trouve refuge dans une multitude de milieux, comme
les milieux humides (salés ou doux), les marais (permanents ou non), les
forêts, les bois…
Après avoir découvert le rôle du parc régional (doc. 1), l'élève
constate l'exigence de certaines espèces quant à leur reproduction
(doc. 2).
En analysant l'histogramme (doc. 3), l’élève comprend que des
actions humaines peuvent recréer une biodiversité, puisque le nombre
d’espèces augmente après l’aménagement d’un nouvel îlot. Il devra
aussi prendre conscience de la nécessité d’actions humaines régulières
pour maintenir la biodiversité.
Enfin, l'exemple de la préservation du butor étoilé (doc. 4 et 5) permet de montrer comment des activités raisonnées protègent les milieux
naturels.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les parcs nationaux ont pour objectif de promouvoir un équilibre entre la protection de la nature et
les activités humaines.
2. L’avocette élégante construit son nid avec des matériaux particuliers, à proximité des ressources alimentaires. Ces conditions sont telles que cet oiseau ne peut pas nicher n'importe où.
3. Entre 1994 et 1995, le nombre d'espèces présentes sur le site passe de 2 à 5 : il s'agit d'une augmentation de la biodiversité.
4. La gestion des sites de nidification doit être régulière car ceux-ci se dégradent (comme entre 1995 et
1996), ce qui met alors en péril la biodiversité.
5. En créant un site où les espèces peuvent nicher, et en entretenant ce site, l'Homme peut préserver la
biodiversité d'un milieu, voire l'améliorer.
6. Le butor étoilé vit dans des roselières étendues. En conservant de larges zones de roselières non fauchées, on préserve ainsi l'habitat du butor, qui pourra s'y reproduire.
> L'Homme peut préserver ou recréer une biodiversité en aménageant des sites de reproduction
pour certaines espèces, et en les entretenant. Il peut également entretenir des milieux dans lesquels se reproduisent des animaux.
42
Chapitre 7
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) La reproduction sexuée permet le maintien des espèces dans leur milieu.
b) Les actions humaines peuvent porter atteinte à la biodiversité en agissant sur la reproduction sexuée
des espèces.
c) Les ressources alimentaires peuvent influencer la reproduction sexuée des êtres vivants.
2 La bonne réponse est la réponse a) : « C’est grâce à la reproduction sexuée qu’elle se maintient. »
3 a) C'est en se reproduisant que les espèces assurent leur maintien dans leur milieu.
b) L'abondance des ressources alimentaires influe sur la reproduction sexuée des êtres vivants.
c) L'utilisation de polluants, ou l'introduction de nouvelles espèces, sont des actions humaines qui peuvent porter atteinte à la reproduction sexuée des êtres vivants.
Découvre avec l’informatique
4 a) Avant l’aménagement, il y a 2 espèces d’oiseaux avec 65 couples sur les îlots (130 individus).
b) L’aménagement consiste à apporter des remblais afin de relier entre eux tous les îlots pour créer un
îlot de plus grande surface.
c) Après l’aménagement, il n’existe qu’une seule espèce sur l’îlot, et 200 couples.
d) Cet aménagement réduit la biodiversité, alors qu’on pensait qu’elle serait améliorée. Cet aménagement n’a donc pas les effets attendus.
e) En empêchant la venue des flamants roses, 580 couples (1 160 individus) appartenant à 3 espèces
différentes ont pu s’installer. L’installation de ce dispositif crée donc une plus grande biodiversité.
f) Les aménagements permettent, s’ils sont correctement réalisés, de préserver, voire de recréer une
biodiversité.
Applique tes connaissances
5 a) C'est en 2000 que les mulots sont les plus disponibles pour la chouette, et en 2001 qu’ils le sont le
moins.
b) C'est en 2000 que la reproduction de la chouette est la meilleure car le nombre de nichoirs est maximal. C’est en 2001 qu’elle est la moins bonne.
c) Plus il y a de mulots disponibles, et plus les chouettes se reproduisent. L'abondance des proies a
donc une influence sur la reproduction de la chouette.
6 a) Plus la quantité de pucerons est grande, plus le nombre de pontes est important.
b) Plus il y a de pucerons sur la plante, plus la coccinelle pond d’œufs. La quantité de pucerons a donc
une influence sur la reproduction de la coccinelle.
c) Quand il y a peu de pucerons, il y a peu de nourriture disponible pour les larves. Si la coccinelle pondait beaucoup d’œufs, peu de larves pourraient survivre.
d) Quand les pucerons sont nombreux, la reproduction de la coccinelle est améliorée : le nombre
d’œufs est élevé, donc la population de coccinelles augmente.
7 a)
b)
c)
d)
Pour une température de 28 °C, il y a 5 % de mâles et 95 % de femelles parmi les jeunes.
Pour une température de 33 °C, il y a 95 % de mâles et 5 % de femelles parmi les jeunes.
Il y a autant de mâles que de femelles (50 % chacun) pour une température d’environ 30 °C.
La température est un facteur du milieu qui détermine le sexe des geckos. Elle a donc une influence
sur la reproduction de cet animal.
8 a) La pyrale détruit les récoltes de maïs : c'est donc un ravageur.
b) Le trichogramme pond dans les œufs de pyrale. La larve de trichogramme se nourrit du contenu de
l'œuf, ce qui provoque sa mort. Ainsi, des œufs de pyrale parasités par les trichogrammes ne pourront pas éclore. Les trichogrammes ont donc une influence sur la reproduction des pyrales.
c) En utilisant des trichogrammes dans un champ de maïs, le nombre de pyrales va progressivement
diminuer.
d) Le recours aux trichogrammes, plutôt qu'aux insecticides, permet de ne pas polluer les milieux.
e) On parle de lutte biologique car on élimine un ravageur sans compromettre l'environnement.
Reproduction sexuée et devenir d’une espèce
43
Chapitre
8
Acquérir l’aptitude
à se reproduire
Les options pédagogiques du chapitre
Avec ce chapitre, débute la partie « La transmission de la vie chez l'Homme ».
L'élève doit comprendre qu'au moment de la puberté, le début du fonctionnement de ses organes génitaux le rend apte à transmettre la vie et provoque
des transformations de son corps.
Dans ce cours, l'enseignant veillera à apporter les informations scientifiques nécessaires pour que chaque élève soit en mesure de faire des choix
raisonnés quant à sa sexualité. Cette partie contribue grandement à l'éducation à la sexualité, qui a débuté à l'école primaire et se poursuit au collège.
Certaines notions, telles les modifications comportementales liées à la puberté, ne sont plus abordées pendant le cours de SVT mais dans le cadre de
l'éducation à la sexualité, mise à place par le Comité d'éducation à la santé et
à la citoyenneté.
Ce chapitre est divisé en quatre activités, qui abordent successivement les
transformations liées à la puberté (activité 1), le fonctionnement de l'appareil
reproducteur masculin (activité 2), les organes reproducteurs féminins (activité 3) puis leur fonctionnement (activité 4).
45
Les activités du chapitre
Activité 1
La puberté, un corps qui se transforme
Les options pédagogiques de l’activité
La première partie de cette activité permet l'étude des transformations physiques liées à la puberté, avec l'apparition des caractères
sexuels secondaires (doc. 1). Les élèves n'ayant pas tous le même
degré de maturité, les auteurs ont choisi de présenter les événements
pubertaires dans un intervalle de temps (âge moyen). L'enseignant
pourra ainsi mentionner que pour un même sexe, ces caractères n'apparaissent pas aux mêmes âges selon les individus.
Cette première partie sert à introduire l'idée que des changements
s'opèrent à l'intérieur du corps. C'est ce que montre la deuxième partie de l'activité, qui illustre les transformations physiologiques chez la
fille et le garçon (doc. 2, 3 et 4) permettant à l'individu de transmettre
la vie. Le déclenchement hormonal de ces modifications sera abordé
dans la partie intitulée « relation au sein de l'organisme ».
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les organes reproducteurs permettent, dès la naissance, de distinguer une fille d'un garçon.
2. Chez une fille : développement des seins, apparition de la pilosité, élargissement du bassin et
affinement de la taille, croissance.
Chez le garçon : développement du pénis, apparition de la pilosité, développement des muscles
et élargissement des épaules, mue de la voix, croissance.
3. C'est entre 12 ans et 14 ans que l'augmentation de la masse des organes reproducteurs est la plus
importante.
4. Les signes qui traduisent le fonctionnement des organes reproducteurs sont les règles pour les filles,
et les éjaculations pour les garçons.
5. Le fonctionnement des organes reproducteurs permet aux filles et aux garçons de se reproduire,
c'est-à-dire d'avoir des enfants.
> L'apparition des caractères sexuels secondaires et le début du fonctionnement des organes
reproducteurs traduisent l'acquisition de la fonction de reproduction.
46
Chapitre 8
Activité 2
Le fonctionnement de l’appareil reproducteur masculin
Les options pédagogiques de l’activité
Lors de l'activité précédente, les élèves ont appris que le fonctionnement des organes reproducteurs permet l'acquisition de la fonction
reproductrice. Ceci conduit à l'activité 2, qui étudie le fonctionnement
des organes reproducteurs masculins.
Le début de cette activité permet de comprendre ce qu'est le sperme que le garçon éjacule (doc. 1, 2 et 3). L'enseignant pourra aisément
remplacer l'exploitation des documents par une observation microscopique d'un échantillon de sperme, associée à la réalisation d'un dessin.
Il nous a semblé important d'insister sur le fait que les spermatozoïdes sont des cellules (avec un noyau, une membrane plasmique et
un cytoplasme) pour réinvestir les acquis de la classe de 6e.
La suite de l'activité permet à l'élève de découvrir progressivement
les différents organes participant à l'élaboration et à l'éjaculation du
sperme. Elle permet également de les localiser dans le corps humain.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Le spermatozoïde est une cellule ; le sperme est le liquide qui contient les spermatozoïdes et les
liquides nourriciers.
2. Le spermatozoïde est constitué d'une membrane plasmique, d'un noyau et d'un cytoplasme : il s'agit
donc d'une cellule.
3. Un éjaculat contient entre 200 et 500 millions de spermatozoïdes (2 et 5 x 100 millions).
4. L'homme fabrique tous les jours une grande quantité de spermatozoïdes, depuis la puberté jusqu'à la
fin de sa vie.
5. Les testicules, qui fabriquent les spermatozoïdes, et l'épididyme, qui stocke les spermatozoïdes.
6. Les vésicules séminales et la prostate produisent les liquides nourriciers du sperme.
7. Les étapes conduisant à l'expulsion des spermatozoïdes sont : stimulation sexuelle, érection,
expulsion des spermatozoïdes de l'épididyme, passage dans les canaux déférents et mélange
aux liquides nourriciers, passage dans l'urètre puis éjaculation.
8. Les spermatozoïdes sont fabriqués dans les tubes séminifères des testicules, puis stockés dans
l'épididyme. Lors d'une stimulation sexuelle, ils sont expulsés dans les canaux déférents puis
dans l'urètre qui assure leur évacuation hors de l'organisme.
> Le sperme est composé de plusieurs éléments fabriqués par l'appareil reproducteur masculin :
les spermatozoïdes, fabriqués dans les testicules, et les liquides nourriciers, produits par deux
types de glandes , les vésicules séminales et la prostate.
Àcquérir l’aptitude à se reproduire
47
Activité 3
Les organes reproducteurs féminins
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité a pour objectif de montrer comment les cellules reproductrices femelles sont produites.
L'activité, centrée sur une illustration de l'appareil génital féminin,
permet de découvrir les organes producteurs de cellules reproductrices
(doc. 1), puis les cellules elles-mêmes (doc. 2). Tout comme la précédente activité, l'enseignant pourra remplacer ces documents par une
observation microscopique d'ovaire, et insister sur le fait que les ovules
sont des cellules (avec une membrane plasmique, un noyau, un cytoplasme).
La suite de l'activité montre le phénomène d'ovulation (doc. 3 et 4),
puis le trajet suivi par l'ovule expulsé (doc. 5 et 6). Un schéma détaillant
la partie pelvienne permet de localiser dans l'organisme l'appareil
reproducteur féminin, majoritairement interne. Cette activité est également l'occasion de souligner les différences des rythmes de production
des ovules et des spermatozoïdes.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. L’ovule est constitué d’un cytoplasme, d’un noyau et d’une membrane cellulaire, il s’agit donc d’une
cellule.
2. Les ovaires produisent les ovules. Périodiquement, un des deux ovaires expulse un ovule. Cette expulsion porte le nom d’ovulation.
3. Les spermatozoïdes sont très mobiles alors que l’ovule ne l’est pas. La taille d’un ovule est bien supérieure à celle d’un spermatozoïde.
4. Les spermatozoïdes sont produits en très grand nombre dès la puberté et tout au long de la vie
de l’homme. Chez la femme, un seul ovule est produit et expulsé périodiquement par un ovaire,
de la puberté jusqu’à la ménopause.
5. Une fois expulsé de l’ovaire, l’ovule va se diriger vers le pavillon de la trompe, où il est aspiré en direction de l’utérus. Il va parcourir environ 3 cm en 48 heures.
6. La muqueuse utérine est constituée de nombreux vaisseaux sanguins et de cellules sécrétrices.
La muqueuse va accueillir le futur bébé.
> Les ovaires produisent les cellules reproductrices, les trompes les amènent jusqu’à l’utérus.
L’utérus est l’organe dans lequel se développe le futur bébé ; le rapport sexuel a lieu dans le
vagin.
48
Chapitre 8
Activité 4
Le fonctionnement de l’appareil reproducteur féminin
Les options pédagogiques de l’activité
La dernière activité permet de comprendre le fonctionnement des
organes reproducteurs féminins. Elle permet en outre de lever certaines représentations erronées que peuvent avoir les élèves (comme
les règles dues à l'ovulation) et qui peuvent conduire à des grossesses
non désirées.
Dans la première partie de l'activité, on découvre le fonctionnement
cyclique de la muqueuse utérine en observant la périodicité des règles
sur un calendrier (doc. 1), puis en reliant l'épaisseur de la muqueuse
(doc. 2) au cycle utérin (doc. 3).
Ensuite, l'élève découvre le cycle ovarien à partir, là encore, des
dates d'ovulation reportées sur un calendrier (doc. 4 et 5).
Pour faciliter la compréhension du phénomène, nous avons choisi un
cycle d'une durée de 28 jours, avec une ovulation le 14e jour. Nous
recommandons toutefois la plus grande prudence pour aborder l'ovulation, qui a lieu aux environs du 14e jour du cycle. L'enseignant trouvera à ce propos, dans l'exercice 9 p.153, un exemple de cycle d'une
durée de 32 jours avec une ovulation au 19e jour.
La dernière partie de l'activité, où l'élève doit compléter le schéma
du cycle menstruel (doc. 6), permet de vérifier l'assimilation des
connaissances.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les règles durent 5 jours ; elles surviennent tous les 28 jours.
2. L'épaisseur de la muqueuse utérine diminue pendant les règles, puis augmente par la suite.
3. L'écoulement sanguin correspond à la destruction de la muqueuse, qui entraîne la rupture des
vaisseaux sanguins. Le sang s'écoule dans le vagin.
4. Le fonctionnement de l'utérus est cyclique car tous les 28 jours en moyenne, on retrouve les mêmes
évènements qui se répètent : la destruction de la muqueuse utérine qui provoque les règles, puis sa
reconstitution.
5. L'ovulation se produit 14 jours après le début des règles.
6. Les ovaires fonctionnent de manière cyclique car tous les 28 jours en moyenne, un ovaire expulse
un ovule.
7. Car leur fonctionnement cyclique se base sur la même période de 28 jours.
8. photo 15/04 : J1; photo 20/04 : J5 ; photo 27/04 : J13 ; photo 05/05 : J21.
> Ces deux évènements suivent un même cycle, qui commence le 1er jour des règles et se termine
14 jours après l'ovulation.
Àcquérir l’aptitude à se reproduire
49
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) L'appareil reproducteur féminin est composé de l'utérus, du vagin, de deux trompes et deux ovaires.
b) À la puberté, apparaissent les caractères sexuels secondaires, tels que la pilosité.
c) Les testicules fabriquent en continu les spermatozoïdes contenus dans le sperme.
2 La bonne réponse est la réponse c) : « C'est la destruction de la muqueuse utérine ».
3 a) Les principaux organes de l’appareil reproducteur féminin sont le vagin, l'utérus, les trompes, les
ovaires.
b) Ces organes fonctionnent de façon cyclique.
c) Les testicules et la prostate participent à la fabrication du sperme.
Découvre avec l’informatique
4 a) L'ovaire, la trompe, l'utérus et le vagin.
b) Le pénis, le testicule, l'épididyme, le canal déférent, l'urètre, la prostate et la vésicule séminale.
c) De la puberté à la ménopause, l'ovaire libère un ovule au 14e jour du cycle menstruel : c'est l'ovulation. La muqueuse utérine se dégrade du 1er au 5e jour du cycle menstruel.
d) De la puberté jusqu'à la mort, les tubes séminifères des testicules fabriquent des spermatozoïdes.
Lors de leur expulsion, ceux-ci se mélangent aux sécrétions de la prostate et de la vésicule séminale pour former le sperme.
e) Pour l'homme et la femme, l'appareil reproducteur commence à fonctionner à partir de la puberté
(entre 11 et 15 ans).
f) Règles : du 01/05 au 05/05 ; ovulation : le 14/05 ; l'ovule vit 24h à 48h.
Applique tes connaissances
5 a) De haut en bas et de gauche à droite : canal déférent, urètre, testicule, vésicule séminale, prostate.
De haut en bas et de gauche à droite : trompe, utérus, ovaire, vagin.
b)
Fabrication des cellules
reproductrices
Femme
Homme
Ovaires
Testicules
Stockage des cellules
reproductrices
Épididyme
Transport des cellules
reproductrices
Trompes
Canal déférent, urètre
6 a) Photo haut : ovule ; photo bas : spermatozoïde.
b)
50
Cellule reproductrice de la femme
Cellule reproductrice de l’homme
Nom
Ovule
Spermatozoïde
Forme
Ronde
Allongée
Taille
Environ 0,10 mm de diamètre
Environ 0,05 mm de longueur
Mobilité
Immobile, subit un léger déplacement
Très mobile, 1 à 2 mm par minute
dû aux cils de la trompe
Fabrication
L’ovaire libère un ovule par mois, c’est En continu dans les tubes séminil’ovulation. De la puberté à la ménopause fères. De la puberté à la mort
Emission
Dans la trompe, un seul ovule, le 14e jour À l’extérieur du corps, des centaines
du cycle
de milliers à chaque éjaculation
Chapitre 8
7
a) Le volume testiculaire augmente progressivement entre 4 ans et 20 ans. À partir de 20 ans, le volume reste à peu près stable.
b) Entre 12 et 15 ans.
c) Cet âge marque le début de la puberté.
8 a) Les tubes séminifères que l'on observe en coupe dans le testicule normal contiennent de nombreux
spermatozoïdes, repérables à leurs flagelles. Les tubes séminifères du testicule cryptorchide n'en
contiennent pas.
b) Les testicules cryptorchides ne fabriquent pas de spermatozoïdes.
c) La température de 35 °C est nécessaire à la fabrication des spermatozoïdes.
Àcquérir l’aptitude à se reproduire
51
Chapitre
9
De la conception à la
naissance d’un nouvel
être humain
Les options pédagogiques du chapitre
Dans le chapitre précédent, l'élève a découvert que la puberté est caractérisée par l'apparition progressive des caractères sexuels secondaires, et par
le début du fonctionnement des organes reproducteurs qui donne à l'individu la capacité de transmettre la vie. Ce chapitre a pour but d'expliquer la formation d'un nouvel être humain à partir de la fécondation résultant de la rencontre de deux cellules reproductrices.
L'activité 1 décrit le trajet des spermatozoïdes au sein de l'appareil reproducteur féminin, et les étapes qui mènent à la fécondation. L'activité 2 illustre,
avec différents stades de la division cellulaire, l'évolution de la cellule œuf en
embryon, puis la nidation de l'embryon dans la muqueuse utérine. Durant la
troisième activité, l'élève découvre les grandes étapes du développement de
l'embryon, puis du fœtus. Les échanges entre la mère et l'enfant in utero sont
également étudiés dans cette double page. L'activité 4 traite quant à elle des
premiers signes de la grossesse, et du rôle des contractions utérines pendant
l'accouchement. Enfin, la dernière activité présente les méthodes contraceptives les plus utilisées.
53
Les activités du chapitre
Activité 1
La rencontre des cellules reproductrices
Les options pédagogiques de l’activité
Cette première activité est centrée sur la rencontre des cellules
reproductrices, étape indispensable à la fécondation.
Le début de l'activité (doc. 1) est l'occasion de lever une représentation erronée de certains élèves, qui pensent que les spermatozoïdes
sont déposés dans l'utérus lors de l'éjaculation. La progression des
spermatozoïdes dans les voies génitales féminines permet de constater
la diminution de leur nombre au fur et à mesure de leur remontée vers
les trompes (doc. 2, 3 et 4). La rencontre entre un spermatozoïde et un
ovule aboutit à la fécondation (doc. 4).
La construction de la frise chronologique, dans la rubrique intitulée
« je communique », permettra de vérifier l'assimilation des principales
notions.
Cette activité est également l'occasion pour l'enseignant d'aborder
la période de fécondité, puisque les deux cellules reproductrices sont
représentées dans le schéma général. Il conviendra de préciser que,
selon la date à laquelle le rapport sexuel a lieu, il n'y a pas toujours
d'ovule prêt à être fécondé.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les spermatozoïdes sont éjaculés dans le vagin. Ils se dirigent vers l'utérus puis vers les deux trompes.
Dans une des deux trompes, ils rencontreront l'ovule.
2. La fécondation est l'union d'un ovule et d'un spermatozoïde dans la trompe.
3. Sur les 200 à 300 millions de spermatozoïdes éjaculés, une centaine parvient à proximité de l'ovule,
et un seul le féconde.
4. Le rapport sexuel peut avoir lieu 5 jours avant le jour de l'ovulation, et jusqu'à 1 jour après l'ovulation.
En effet, la durée de vie moyenne des spermatozoïdes dans les voies génitales est de 5 jours ; celle
de l'ovule est de 24 à 48 heures.
> À l'issue du rapport sexuel, des millions de spermatozoïdes sont déposés dans le vagin. Certains
d'entre eux parviennent jusqu'à la trompe, où ils peuvent rencontrer un ovule. Un spermatozoïde peut alors s'unir à l'ovule : c'est la fécondation, qui est à l'origine d'un nouvel être humain.
54
Chapitre 9
3
Activité 2
Les premiers instants d’une nouvelle vie
Les options pédagogiques de l’activité
Après avoir étudié le chemin parcouru par les spermatozoïdes pour
atteindre l'ovule, l'activité 2 décrit les phénomènes observables dans
les 6 jours qui suivent la fécondation. Nous avons choisi de reprendre
le même schéma de l'appareil reproducteur féminin (activité 1) afin de
permettre à l'élève de suivre les étapes de la fécondation et du devenir de la cellule œuf.
La définition de la fécondation, comme résultat de l'union des
noyaux des cellules reproductrices, est accentuée (doc. 1) pour aboutir à la notion de cellule œuf.
L'élève peut suivre l'évolution de la cellule œuf qui se divise pour
former un embryon (doc. 2 et 3) tout en se déplaçant vers l'utérus (doc.
4 et 5) pour y effectuer sa nidation (doc. 6).
À l'issue de cette activité, l'élève est en mesure de classer des documents relatifs à la fécondation dans un ordre chronologique, et d'expliquer l'origine de l'embryon.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Lors de la fécondation, le spermatozoïde introduit son noyau dans l'ovule. L'ovule contient donc
deux noyaux.
2. La cellule œuf est issue de la fécondation. Elle possède un noyau qui résulte de la fusion des noyaux
de l'ovule et du spermatozoïde.
3. La cellule œuf se divise au cours du temps pour former un embryon qui comprend de plus en plus
de cellules.
4. L'ovule est fécondé dans la trompe. Tout en poursuivant son développement, la cellule œuf, puis
l'embryon se déplace dans la trompe en direction de l'utérus.
5. L'embryon s'implante dans la muqueuse de l'utérus : c'est la nidation, qui s'effectue 6 jours après la
fécondation. L'embryon implanté est protégé et nourri.
>La cellule œuf issue de la fécondation se divise plusieurs fois pour former un embryon qui s'implante dans la muqueuse utérine. C'est la nidation, qui s'effectue environ 6 jours après la fécondation.
De la conception à la naissance d’un nouvel être humain
55
Activité 3
L’évolution du futur bébé dans le ventre de sa mère
Les options pédagogiques de l’activité
Dans la première partie de l'activité, une frise chronologique illustrée (doc. 1) permet de découvrir quelques étapes du développement
du nouvel individu. L'élève doit comparer la vie embryonnaire (phase
où se forment les organes) à la phase fœtale (phase de croissance). Les
photos qui illustrent ce document permettent notamment d'observer
l'évolution de la main au cours du développement.
La seconde partie de l'activité permet de comprendre comment le
futur individu prélève les éléments qui lui sont nécessaires, et comment
ce dernier élimine les déchets. Lors de l'étude du placenta (doc. 3 et 4),
l'élève doit réinvestir les notions acquises sur le fonctionnement de l'organisme en classe de 5e. L'enseignant ne manquera pas ici de mentionner les caractéristiques d'une zone d'échange (zone richement vascularisée et de grande surface). C'est également l'occasion d'informer les
élèves sur les risques liés à la consommation de certaines substances
lors de la grossesse, comme l'alcool ou le tabac.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. C'est au cours de la période embryonnaire que se forment les organes vitaux.
2. C'est le nom donné à l'individu à partir de la fin du 3e mois de grossesse, quand tous ses
organes vitaux sont formés.
3. Vers l'âge de 6 semaines, la main est un bourgeon. Vers 7 semaines, la main est palmée. Vers
8 semaines, les doigts sont bien individualisés ; ils se dessinent de plus en plus jusqu'à la fin de
la grossesse.
4. Pour grandir, et pour former ses organes, le nouvel individu a des besoins.
5. Le placenta est une surface d'échanges performante car il est composé de nombreux replis, les
villosités, qui augmentent sa surface. De plus, il très irrigué.
6. Le sang maternel arrivant au placenta est plus riche en dioxygène et en nutriments que le sang
repartant du placenta. Le sang maternel arrivant au placenta est plus pauvre en dioxyde de carbone
que le sang repartant du placenta.
7. Le sang du fœtus récupère le dioxygène et les nutriments apportés par le sang maternel au niveau
du placenta. Il se débarrasse de ses déchets comme le dioxyde de carbone.
>Le développement du futur bébé se réalise dans l'utérus de la mère. Le fœtus est relié à sa mère
par le cordon ombilical et récupère les nutriments et le dioxygène nécessaires à son
développement au niveau du placenta. Il rejette dans le sang maternel les déchets qu'il fabrique.
56
Chapitre 9
Activité 4
Le temps de la grossesse pour devenir mère
Les options pédagogiques de l’activité
L'activité 4 a pour objectif de décrire les transformations corporelles
de la mère pendant sa grossesse, puis de présenter les grandes
étapes de l'accouchement.
La première partir vise à présenter les signes précurseurs la grossesse. L'élève doit ici réinvestir les connaissances acquises dans le chapitre 8 pour comparer la muqueuse utérine d'une femme enceinte à
celle d’une femme qui ne l'est pas (doc. 2), et arriver ainsi à la
conclusion que l'absence des règles marque le début d'une grossesse.
La seconde partie a pour objectif d'expliquer le rôle des contractions utérines (doc.5) et de présenter les principales étapes de l'accouchement (doc. 5, 6 et 7) : le « travail », l' « expulsion » et la « délivrance ».
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les signes précurseurs d'une grossesse sont : seins douloureux, fatigue, nausée, appétit
variable, dégoût.
2. La femme n°2 est enceinte.
3. L'absence de règles.
4. Une semaine après la nidation, soit environ 27 jours après le premier jour présumé des règles.
5. Le ventre et les seins augmentent de volume.
6. Pendant la phase de travail, le col de l'utérus se dilate sous l'effet de contractions utérines, qui
sont de plus en plus intenses et de plus en plus rapprochées. Le bébé est alors expulsé, tête la
première. Des contractions utérines plus faibles expulsent le placenta : c'est la « délivrance ».
7. Les contractions utérines permettent l'expulsion du bébé, puis du placenta.
8. Le cordon qui relie le bébé à sa mère est coupé. Ses poumons se remplissent d'air : il respire pour
la première fois. Il sera désormais nourri au lait, apporté par sa mère ou par le biberon.
> L'arrêt des règles annonce le début d'une grossesse. Après 9 mois, la grossesse s'achève par l'accouchement durant lequel le bébé est expulsé grâce aux contractions de l'utérus.
De la conception à la naissance d’un nouvel être humain
57
Activité 5
Choisir le moment d’avoir un enfant
Les options pédagogiques de l’activité
La dernière activité du chapitre présente quelques méthodes
contraceptives. Connaissant le fonctionnement des organes reproducteurs, l'élève peut désormais comprendre le mécanisme de plusieurs
méthodes contraceptives.
Nous avons fait le choix de présenter les moyens de contraception
les plus utilisés : la pilule, le préservatif, les spermicides et le stérilet.
Nous donnons pour chacun d'eux une description succincte, le
mode d'action, la protection contre les IST et la fiabilité. L'enseignant
veillera à faire une comparaison de l'efficacité des différents moyens de
contraception, et précisera qu'un seul parmi eux (le préservatif) protège des IST.
Enfin, nous présentons la « pilule du lendemain ». Il nous semble en
effet important que l'élève connaisse l'existence de cette pilule abortive ainsi que les modalités de son utilisation. L'enseignant veillera toutefois à préciser le caractère exceptionnel du recours à ce contraceptif
d'urgence.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1.
Sur la production d’ovule
Sur la rencontre des cellules
Sur la nidation
Pilule
Préservatif
Spermicides
Stérilet
2. Les contraceptifs chimiques sont des substances chimiques qui empêchent le bon fonctionnement
d'un organe (ovaire) ou détruisent des cellules (spermatozoïdes).
Les contraceptifs mécaniques sont des objets qui, placés au bon endroit, bloquent un mécanisme
(passage des spermatozoïdes, nidation de l'embryon).
3. La prise de la pilule pour la femme, et l'utilisation d'un préservatif masculin.
4. Lorsqu'il y a eu fécondation, la pilule abortive évite une grossesse en la stoppant à son
commencement. Elle ne doit être utilisée qu'en cas d'urgence et ne doit en aucun cas remplacer les
autres moyens de contraception.
> La diversité des contraceptifs permet aux couples de choisir le plus adapté à leur situation, et de
choisir ainsi le moment de la grossesse. La pilule empêche l'ovulation, le préservatif et les spermicides la rencontre des cellules reproductrices, le stérilet la nidation.
58
Chapitre 9
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) La fécondation est l'union d'un spermatozoïde et d'un ovule.
b) L'embryon s'implante dans la muqueuse utérine pour son développement, c'est la nidation.
c) Après neuf mois de grossesse, les contractions de l'utérus permettent l'accouchement.
2 La bonne réponse est la réponse c) : « Ce sont toutes les méthodes qui empêchent la grossesse ».
3 a) Les contractions utérines permettent l'expulsion du fœtus au cours de l'accouchement.
b) La cellule œuf est issue de la fécondation entre un ovule et un spermatozoïde. Elle se divise de nombreuses fois pour former un embryon qui s'implantera dans la muqueuse de l'utérus.
c) La nidation, c'est l'implantation de l'embryon dans la muqueuse utérine.
d) Non, elle doit être exceptionnelle, car elle évite une grossesse non désirée mais ne remplace en
aucun cas un contraceptif chimique ou mécanique.
Découvre avec l’informatique
4 a) C'est entre les jours 10 et 16 qu'un rapport sexuel a le plus de chance d'aboutir à une fécondation.
b) Le noyau de l'ovule fusionne avec celui du spermatozoïde : c'est la fécondation. La cellule ainsi formée est appelée cellule œuf.
c) L'embryon se déplace dans l'appareil reproducteur féminin pendant environ 6 jours.
d)
Contraceptif
Pilule
Mode
d’action
Agit sur
l’ovaire en
empêchant
l’ovulation
Préservatif
masculin
Se place sur
le pénis et bloque
le passage
des
spermatozoïdes
Stérilet
Spermicides
Se place dans
l’utérus.
Empêche la
majorité des
spermatozoïdes
d’aller dans les
trompes et la
nidation
Se placent dans
le vagin et tuent
les spermatozoïdes
Applique tes connaissances
5 a)
b)
c)
d)
Ordre chronologique : 5, 3, 2, 4, 1.
5 : Fécondation ; 3 : Cellule œuf ; 2 : Embryon durant ses premiers stades de développement ;4 : Embryon ; 1 : Fœtus.
Spermatozoïde et ovule.
Les deux noyaux ont fusionné : la cellule œuf a un seul noyau.
6 a) Les spermatozoïdes sont déposés dans le vagin puis ils se dirigent vers l'utérus.
b) Le col de l'utérus est plus largement ouvert et le mucus est moins dense, ses filaments sont
plus lâches.
c) À partir du 14e jour du cycle, c'est-à-dire l'ovulation.
d) Après l'ovulation. Avant ce phénomène, les spermatozoïdes ont beaucoup de mal à traverser le
col utérin car il est très étroit et le mucus très épais.
7
a) Endométriose : la femme est concernée. La fécondation ne peut avoir lieu car les trompes sont
bouchées.
Asthénospermie : l'homme est concerné. La fécondation ne peut avoir lieu car les spermatozoïdes
sont immobiles.
b)
Ressemblances entre IA et FIV
Prélèvement de sperme
Différences entre IA et FIV
Fécondation dans l’utérus pour l’IA, en laboratoire
pour la FIV
Transfert de sperme pour l’IA, d’embryons pour
la FIV
De la conception à la naissance d’un nouvel être humain
59
c) L'IA car les spermatozoïdes sont apportés très proches de l'ovule.
d) La FIV car la fécondation a déjà eu lieu.
8 a) Le doppler mesure le débit sanguin de l'artère utérine qui amène le sang au fœtus.
b) La fréquence cardiaque est plus importante pendant la grossesse (3 battements cardiaques en
3 secondes, au lieu de 2 bat / 3 s).
c) La vitesse moyenne du sang dans l'artère utérine est plus importante lors de la grossesse
(60 cm/s, au lieu de 31 cm/s).
d) Chez une femme enceinte, une grande quantité de sang circule de l'utérus vers le placenta. Ce flux
sanguin apporte au fœtus des nutriments et du dioxygène, éléments indispensables à son
développement.
60
Chapitre 9
Chapitre
10
La commande du mouvement
Les options pédagogiques du chapitre
Ce chapitre ouvre la partie intitulée « Relations au sein de l'organisme ».
Au cours de cette partie, l'élève apprend que le fonctionnement de l'organisme est lié à des communications entre les différents organes. Seront successivement étudiées la communication par voie nerveuse (chapitres 10 et 11) et
la communication par voie hormonale (chapitre 12).
Le chapitre 10 permet de montrer le rôle du système nerveux dans la commande du mouvement. Depuis l'école primaire, les élèves savent que pour
réaliser un mouvement, les muscles du corps humain doivent se contracter ou
se relâcher de façon coordonnée. Ils vont découvrir ici comment se coordonnent ces mouvements.
Ce chapitre, divisé en trois activités, est l'occasion pour l'élève de s'entraîner à réaliser des schémas fonctionnels. Ainsi, chaque activité présente une
rubrique « je communique » permettant l'élaboration d'un schéma que l'élève pourra construire progressivement. Pour cela, il pourra se référer à la fiche
méthode page 230.
Dans un premier temps, le chapitre 10 met en évidence, au travers de l'activité 1, l'influence de l'environnement sur la commande de la plupart de nos
mouvements. Cette activité présente les structures anatomiques qui nous permettent de percevoir les stimulations de notre environnement, d'élaborer une
commande en réponse aux stimulations perçues et de réaliser les mouvements. Les activités suivantes permettent d'établir les liens qui existent entre
ces différentes structures.
61
Les activités du chapitre
Activité 1
Le mouvement, une réponse à notre environnement
Les options pédagogiques de l’activité
Cette première activité a pour but de présenter et de mettre en évidence le rôle des différentes structures anatomiques permettant à l'organisme d'élaborer une réponse adaptée aux stimulations de l'environnement.
L'activité démarre sur une situation-constat familière aux élèves : le
jeu vidéo. Les différents documents (doc. 1 à 3) amènent les élèves à
prendre conscience que l'organisme réagit de manière adaptée face à
une stimulation de l'environnement, et les conduisent à s'interroger sur
les liens qui unissent les organes des sens (les récepteurs) aux organes
effecteurs (les muscles). Cet exemple pourra être utilisé par l'enseignant pour faire de l'éducation à la santé.
La partie B de l'activité présente le rôle du cerveau dans l'élaboration de la commande du mouvement. Elle s'appuie sur l'IRM fonctionnelle, une technique d'imagerie médicale qui permet de visualiser en
temps réel les modifications d'activité des différentes zones du cerveau. Un encadré sur la technique accompagne l'élève dans l'exploitation des documents (doc. 4 et 5). L'enseignant désireux de compléter
les informations concernant cette technique pourra se référer à la fiche
page 231.
La rubrique « je communique » permet de réaliser la première étape
du schéma fonctionnel expliquant la commande du mouvement.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Le stimulus envoyé par le jeu est la lumière de l'écran.
2. L'œil adapte le diamètre de sa pupille, qui se contracte ou se dilate, en fonction de la lumière reçue.
3. L'organisme réagit en réalisant un mouvement des doigts sur la manette adapté à la situation de jeu.
4. Quand les yeux sont fermés, aucune zone du cerveau n'est active. En revanche, quand les yeux sont
stimulés par la lumière, une zone particulière du cerveau s'active : l'aire visuelle. L'aire visuelle
s'active lorsqu'elle reçoit une information en provenance des yeux.
5. Sur l'image de droite, l'aire motrice est plus irriguée donc activée.
6. L'aire motrice s'active lorsqu'une personne se prépare à effectuer un mouvement : elle élabore la
commande du mouvement en direction des muscles.
> Les stimulations de l'extérieur sont reçues par nos organes sensoriels. Le cerveau reçoit une
information et élabore en réponse la commande du mouvement. Les muscles permettent alors
de réaliser un mouvement adapté.
62
Chapitre 10
Activité 2
La transmission des informations aux centres nerveux
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité permet de comprendre comment les organes sensoriels, qui captent les stimulations extérieures, communiquent avec le
cerveau.
L'activité démarre par l'observation de la dissection du système nerveux d'une grenouille (doc. 1) et de son schéma d'interprétation (doc. 2).
Cette première étape met en évidence l'existence de nerfs sensitifs
(nerfs optiques) entre un récepteur (l'œil) et les centres nerveux. Une
série de trois schémas (doc. 3) illustrant trois nerfs sensitifs chez l'homme permet de généraliser la présence des nerfs sensitifs à l'ensemble
des organes sensoriels.
L'analyse d'un cas pathologique (tumeur sur le nerf optique) (doc. 4),
associé à l'interprétation d'images cérébrales (doc. 5 et 6) réalisées par
une autre technique, la TEP, permet de comprendre le rôle des nerfs
sensitifs : la transmission des messages nerveux sensitifs. Ces derniers
sont mis en évidence dans le dernier document (doc. 7).
La rubrique « je communique » permet de compléter le schéma
fonctionnel.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Ce sont les nerfs sensitifs, ici les nerfs optiques.
2. Ces structures doivent transmettre les informations captées par les organes des sens, les récepteurs,
vers le cerveau.
3. Le nerf optique est comprimé : il ne fonctionne plus. On peut donc supposer qu’il ne doit plus
transmettre au cerveau l'information envoyée par les yeux.
4. Dans le cas où la tumeur est présente, il n'y a pas d'activité cérébrale, alors qu'il y en a une
lorsque la tumeur est retirée. Le nerf optique transmet donc au cerveau les informations
provenant de l'œil.
5. L'œil génère des messages nerveux sensitifs qui sont envoyés le long du nerf optique en direction
du cerveau.
> Les nerfs sensitifs transmettent aux centres nerveux les informations reçues par les organes
sensoriels sous la forme de messages nerveux sensitifs.
La commande du mouvement
63
Activité 3
L’élaboration de la commande motrice
Les options pédagogiques de l’activité
Ici, il s'agit de comprendre comment le cerveau communique avec
les organes effecteurs du mouvement : les muscles.
La structure de cette activité est identique à celle de l'activité précédente, ce qui permet à l'élève d'adopter une démarche similaire pour
résoudre le problème.
On retrouve ainsi la dissection (doc. 1) et le schéma d'interprétation
(doc. 2) du système nerveux de la grenouille, puis un schéma de nageur
(doc. 3), qui mettent en évidence les liens qui unissent les centres nerveux aux organes effecteurs : les nerfs moteurs.
Dans la seconde partie de l'activité, l'élève découvre le rôle des
nerfs moteurs à travers l'étude d'un cas clinique (personne paraplégique). Il doit ici mettre en relation les images du cerveau (doc. 4) avec
les informations fournies dans les documents (doc. 5 et 6). La rubrique
« je communique » permet de compléter le schéma fonctionnel illustrant les relations nerveuses entre les différents organes du système
nerveux.
Nota bene : Dans la légende du doc. 4, il faut lire « pied droit » et
non pas « pied gauche » .
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les nerfs sont les structures présentes entre le cerveau et les muscles.
2. Les nerfs moteurs doivent permettre la transmission de la commande du mouvement aux muscles.
3. Il n'y a pas de différence entre l'activité cérébrale d'une personne saine et celle d'une personne
paraplégique : l'aire motrice élabore un message nerveux moteur. Le cerveau de la personne
paraplégique fonctionne donc normalement.
4. La colonne vertébrale a été fracturée et la moelle épinière qu'elle contient sectionnée.
5. En simulant un message nerveux moteur dans le nerf sciatique, la personne paraplégique parvient
à réaliser un mouvement du pied droit. Le nerf sciatique et les muscles du pied sont donc intacts.
6. Bien que la moelle épinière soit sectionnée, le cerveau élabore la commande du mouvement et
les nerfs moteurs sont fonctionnels : la moelle épinière permet donc la transmission du message
nerveux moteur du cerveau vers les muscles.
7. Les nerfs moteurs ont pour rôle de transmettre la commande du mouvement depuis les centres
nerveux jusqu'aux muscles sous forme de messages nerveux moteurs.
>Les nerfs moteurs communiquent aux muscles la commande du mouvement élaborée et
transmise par les centres nerveux sous forme de messages nerveux moteurs.
64
Chapitre 10
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) En réponse à une stimulation de l'environnement, l'organisme déclenche un mouvement adapté.
b) Les nerfs sensitifs transmettent les messages nerveux sensitifs d'un récepteur au cerveau.
c) Les nerfs moteurs transmettent aux muscles les messages nerveux moteurs élaborés par les centres
nerveux.
2 La bonne réponse est la réponse b).
3 Le mot caché est : « cerveau ».
Les termes de la grille sont :
a) récepteur
b) sensitif
c) nerf
d) environnement
e) muscle
f) paralysie
g) moteur
Découvre avec l’informatique
4 a) Lorsque l'on s'approche d'une grenouille, elle fuit en réalisant un bond.
b) Les constituants du système nerveux de la grenouille sont les nerfs sensitifs, les centres nerveux
(cerveau et moelle épinière) et les nerfs moteurs.
c)
Organe lésé
Réaction de la grenouille
Nerf optique
Pas de réaction.
Cerveau
Pas de réaction.
Moelle épinière
La grenouille voit l’insecte mais ne peut pas sauter.
Nerf moteur
La grenouille voit l’insecte mais ne peut pas sauter.
d) Les messages nerveux sensitifs sont transmis par les récepteurs aux centres nerveux qui élaborent,
en réponse aux stimulations de l'environnement, la commande des mouvements transmise aux
muscles sous forme de messages nerveux moteurs.
Applique tes connaissances
5 a) Les sprinters entendent la détonation du coup de feu annonçant le départ (le son).
b) Les récepteurs mis en jeu sont les oreilles ; après la stimulation, le sprinter se met en mouvement et
s'élance pour faire sa course.
c) Les muscles permettent au sprinter de s'élancer.
d)
Oreilles
Centre nerveux
Muscles
Oreilles
Centre nerveux
Muscles
Oreilles
Centre nerveux
Muscles
e)
f)
Nerf
sensitif
Nerf
moteur
La commande du mouvement
65
6 a), b), c) et d)
Cerveau
Organe récepteur
Nerf sensitif
Moelle épinière
Nerf moteur
Muscle
Messages nerveux sensitifs
Messages nerveux moteurs
e) Grâce à ses organes des sens (vision du jeu, ouïe, toucher de la balle), le footballeur perçoit son
environnement. Toutes ces informations sont transmises à ses centres nerveux (cerveau et moelle
épinière) par les nerfs sensitifs. Le cerveau élabore alors des commandes du mouvement pour
apporter une réponse adaptée à chaque situation de jeu. Ces commandes sont transmises
aux muscles par les nerfs moteurs.
7 a) On trouve dans l'épiderme les terminaisons nerveuses libres et les disques tactiles de Merkel ; dans
le derme, les corpuscules de Meissner et ceux de Krause ; dans l'hypoderme, les corpuscules de
Ruffini et ceux de Pacini.
b) Les corpuscules de Krause, sensibles au froid, se situent dans le derme.
c) Les corpuscules de Ruffini, sensibles au chaud, se situent dans l'hypoderme.
d) Nous percevons l'eau froide moins vite que l'eau chaude car les structures sensibles au chaud sont
plus profondes que celles qui sont sensibles au froid.
e) La peau peut distinguer différentes stimulations car c'est un organe des sens qui comporte différentes structures qui réagissent à des stimulations spécifiques.
8 a) Plus un organe est actif et plus il consomme de glucose.
b) Une zone du cerveau apparaît en rouge sur la TEP car elle est active : ici, c'est l'aire auditive.
c) La zone A correspond à l'aire motrice élaborant les messages nerveux moteurs qui seront transmis
aux muscles permettant l'articulation des mots.
d) Lorsque le patient entend un mot, ses oreilles envoient un message nerveux sensitif au cerveau qui
élabore la commande du mouvement, puis la transmet par un message nerveux moteur aux muscles
permettant l'articulation du mot.
e) Un patient qui aurait une lésion dans la zone A ne pourrait plus parler : il serait muet.
66
Chapitre 10
Chapitre
11
Le fonctionnement d’un
centre nerveux, le cerveau
Les options pédagogiques du chapitre
Les élèves savent que des informations sont véhiculées au sein du
système nerveux. En passant à l’échelle cellulaire, ce chapitre explique
comment certains comportements mettent en péril notre santé en
agissant sur le système nerveux, intégrant ainsi une dimension d’éducation à la santé.
Les élèves découvrent que la grande quantité d’informations
recueillies par nos récepteurs sensoriels nécessite un traitement par
une organisation cérébrale adaptée, en aires spécialisées. L’échelle
cellulaire est abordée et explique comment nos organes peuvent communiquer à distance de façon très rapide.
Une des difficultés du chapitre réside dans le fait que l’élève connaît
peu de choses sur le cerveau qui a, pour eux, en général, juste une
fonction de commande des mouvements : « On voit avec nos yeux et
pas avec notre cerveau ». Les découvertes de Broca, dans le dossier
Sciences, peuvent être en ce sens étonnantes pour eux.
Les phénomènes évoqués dans ce chapitre seront représentés par
l’élève sous forme de schémas fonctionnels qui permettent de traduire un processus dynamique sous une forme figée.
67
Les activités du chapitre
Activité 1
Le cerveau, une organisation complexe
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité permet de comprendre l’organisation du cerveau
humain, de prendre conscience de l’étendue des tâches qu’il doit traiter et comment il y parvient.
L’activité commence en comparant l’action d’une personne et son
activité cérébrale (doc. 1). Chaque tâche est réalisée par une zone particulière et on parle d’aires cérébrales. Quelques chiffres permettent de
jauger le travail de traitements d’informations du cerveau (doc. 2) et
sous-tendent la nécessité d’une organisation particulière pour gérer ces
données.
L’étude d’une séquence d’action montre que les aires cérébrales
communiquent pour fournir une réponse adéquate (doc. 3). L’IRM de
diffusion permet de voir concrètement des structures assurant cette
communication (doc. 4).
La seconde partie de l’activité permet de transposer ces connaissances au niveau cellulaire, en visualisant les caractéristiques des neurones (doc. 5 et 6), puis leur organisation en réseau et son intérêt (doc.
7 et 8). La rubrique « Je communique » permet la comparaison entre
une cellule « banale » et le neurone.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Un grand nombre d’informations sont reçues et envoyées par notre cerveau à tout moment.
Le cerveau doit traiter en même temps toutes ces informations comme le ferait un ordinateur.
2. Une zone s’active quand elle reçoit des informations visuelles, plusieurs autres zones s’activent lors
du traitement de ces informations, enfin d’autres zones s’activent lors de l’élaboration d’une
réponse.
3. Comme plusieurs zones successives interviennent dans l’accomplissement de cette tâche, il faut une
progression de l’information vers chacune de ces zones, et donc qu’elles communiquent entre elles.
4. Les structures en couleurs connectent différentes aires cérébrales entre elles, constituant un
« câblage » qui leur permet de communiquer.
5. Comme toutes les cellules, le neurone possède un noyau, du cytoplasme et une membrane, mais
il possède une forme particulière qui lui est donné par ses prolongements cytoplasmiques.
6. Les prolongements cytoplasmiques permettent aux neurones de communiquer entre eux.
7. L’organisation en réseau permet de prendre en compte simultanément une très grande quantité
d’informations et de trouver rapidement une réponse adaptée à la situation.
> Notre cerveau est constitué d’un gigantesque réseau de neurones, regroupant des aires ayant
une fonction précise et permettant de traiter efficacement les très nombreuses informations
reçues de notre environnement.
68
Chapitre 11
Activité 2
La communication au sein du système nerveux
Les options pédagogiques de l’activité
Il faut maintenant comprendre comment les neurones communiquent entre eux d’une part, puis avec les récepteurs et les effecteurs
d’autre part.
On s’intéresse aux zones de juxtaposition et de communication des
neurones, que l’on définit comme des synapses. La microscopie électronique permet d’étudier leur organisation (doc. 1et 2).
Deux manipulations montrent que les neurotransmetteurs jouent un
rôle de messager chimique au niveau synaptique (doc. 3). La rubrique
« Je communique » est ici conçue pour aider l’élève à réaliser un schéma fonctionnel illustrant la communication entre deux neurones et de
percevoir ce phénomène comme dynamique (doc. 4).
La deuxième partie de l’activité permet de comprendre l’organisation du système nerveux au niveau cellulaire et de suivre toutes les
étapes d’une action, des organes récepteurs aux organes effecteurs
(doc. 5).
Là encore, la rubrique « Je communique » permet de réaliser un
schéma fonctionnel montrant la communication nerveuse entre les
organes au niveau cellulaire.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. La synapse est la zone de juxtaposition de deux neurones. On y observe la terminaison du prolongement cytoplasmique d’un neurone (dans laquelle il y a des poches de neurotransmetteurs),
un espace synaptique, puis le corps cellulaire du neurone suivant.
2. On observe qu’au niveau de la synapse, on n’enregistre plus de message nerveux électrique.
Pourtant, on le retrouve dans le neurone B.
3. Les neurotransmetteurs déposés au niveau de la synapse entraînent la formation d’un message
nerveux dans le neurone B. Ils transmettent donc un message sous forme d’une substance chimique,
d’où l’expression de « messager chimique ».
4. Les neurones communiquent grâce au passage d’un message nerveux (électrique) dans leurs
prolongements cytoplasmiques, puis à la transmission de ce message par les neurotransmetteurs
(message chimique) au niveau synaptique.
5. Dans les deux centres nerveux, cerveau et moelle épinière, on trouve les corps cellulaires des
neurones.
6. La partie des neurones qui constitue les nerfs est leur prolongement cytoplasmique.
7. Les centres nerveux communiquent avec les organes effecteurs, comme les muscles, grâce aux
prolongements cytoplasmiques des neurones moteurs, qui forment des synapses au niveau des
cellules musculaires.
> Les neurones communiquent grâce à de fins prolongements cytoplasmiques, que parcourent les
messages nerveux. Ils forment des synapses au contact d’autres cellules et y libèrent des neurotransmetteurs qui permettent de transmettre ce message.
Le fonctionnement d’un centre nerveux, le cerveau
69
Activité 3
L’altération du fonctionnement du système nerveux
Les options pédagogiques de l’activité
Cette activité permet de montrer aux élèves que certains de leurs
comportements (doc. 1) altèrent le fonctionnement de leur système
nerveux, et donc leur santé.
L’audition fait un lien direct entre un comportement qui peut
paraître anodin, écouter de la musique à fort volume, et un problème
auditif, mis en évidence en comparant deux audiogrammes (doc. 2). Les
élèves peuvent ensuite expliquer l’origine du problème en étudiant la
détection des sons au niveau de l’oreille (doc. 3 à 5).
On s’intéresse ensuite à l’action de l’alcool sur le système nerveux :
il modifie le comportement (doc. 6), ce qui donne l’occasion d’insister
sur la sécurité routière (doc. 7). L’allongement du temps de réaction
s’explique grâce aux images en TEP montrant la diminution d’activité
cérébrale chez l’alcoolique (doc. 8).
L’effet des drogues est représenté par celui de l’héroïne. Le cannabis est plus consommé par les adolescents, mais son action est plus difficile à comprendre. La morphine se fixant, grâce à sa forme, aux
mêmes endroits que l’enképhaline, elle agit au niveau synaptique
(doc. 9).
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. On peut supposer qu’écouter des sons à fort volume peut causer des problèmes auditifs.
2. Le chanteur de hard-rock éprouve des troubles auditifs pour les sons aigus, puisqu’il ne perçoit
certains de ces sons qu’à partir d’un volume de 65 dB, contre 10 dB environ pour une personne sans
problèmes auditifs.
3. La cellule nerveuse auditive possède une rangée de cils qui peuvent bouger, et ainsi détecter les sons.
4. Les cils des cellules nerveuses du chanteur sont très abîmés en comparaison de l’individu témoin.
Les cellules ciliées détectent alors beaucoup moins bien les sons.
5. À faible dose, l’alcool a un effet stimulant et désinhibant. À forte dose, il diminue la vigilance,
provoque des troubles de l'équilibre et de la parole, favorise les comportements agressifs,
entraîne un rétrécissement du champ visuel.
6. Plus l’alcoolémie est élevée, plus les distances d’arrêt total sont élevées. Cette augmentation est due
à l’allongement du temps de réaction, qui s’explique par la diminution générale de l’activité
du cerveau.
7. En se transformant en morphine, l’héroïne agit sur le cerveau en se fixant sur les mêmes synapses
que des neurotransmetteurs qui procurent des sensations agréables (la morphine et l’enképhaline
ont des formes semblables). Les effets secondaires sont physiques (nausées, vertiges, ralentissement
cardiaque) et psychologiques (accoutumance). L’état de manque pousse à une augmentation
des doses qui peut être mortelle.
> Certaines situations altèrent la réponse du cerveau soit en endommageant directement les cellules réceptrices des organes sensoriels, soit en perturbant le traitement de cette information au
niveau synaptique.
70
Chapitre 11
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) Les neurones permettent d’assurer la communication dans le système nerveux.
b) Les agressions de l’environnement peuvent endommager les organes sensoriels.
c) Les neurones communiquent avec les autres cellules en libérant des neurotransmetteurs au niveau
des synapses.
2 a) Les prolongements cytoplasmiques des neurones constituent les nerfs.
b) Les drogues agissent sur le système nerveux au niveau des synapses.
c) Les synapses permettent de transmettre le message nerveux d’un neurone à une autre cellule.
3 Le mot caché est : « cerveau ».
Les termes de la grille sont :
a) récepteur
b) neurone
c) drogue
d) nerveux
e) réseau
f) synapse
g) neurotransmetteur
Découvre avec l’informatique
4 a) En stimulant le neurone A, un message nerveux peut passer vers le neurone B, mais pas l’inverse.
b) Un message nerveux peut passer d’un prolongement cytoplasmique vers un corps cellulaire, mais
pas l’inverse.
c) Le dépôt de neurotransmetteurs sur le prolongement cytoplasmique du neurone A ne permet pas
de créer un message nerveux. Au niveau de la synapse, le dépôt de neurotransmetteurs
provoque l’apparition d’un message nerveux sur le neurone B. Les neurotransmetteurs agissent
donc sur le corps cellulaire du neurone situé après la synapse.
d) Les neurotransmetteurs font passer le message nerveux d’un neurone à l’autre au niveau de la
synapse : se sont des messagers chimiques.
e) Le message nerveux ne peut passer que dans un seul sens du fait de son mode de transmission
au niveau de la synapse. En effet, les neurotransmetteurs libérés par le prolongement cytoplasmique
n’agissent que sur le corps cellulaire du neurone suivant.
Applique tes connaissances
5 a)
b) et c) Une synapse (grossisement : x 100000)
neurone A
zone correspondant
au document 2
poches de
neurotransmetteurs
espace synaptique
neurone B
d) Les messages nerveux se propagent de haut en bas grâce à la libération de neurotransmetteurs
par le neurone A dans l’espace synaptique. Ceux-ci agissent ensuite sur le neurone B, où le
message nerveux peut alors circuler.
Le fonctionnement d’un centre nerveux, le cerveau
71
6 a) À chaque nouvelle fonction (vue, compréhension, articulation), une nouvelle aire cérébrale est active.
On peut donc penser que chacune de ces zones assure une fonction particulière et que le cerveau
est composé d’aires spécialisées.
b) L’image d’un mot active l’aire cérébrale la plus arrière du cerveau (zone occipitale). Mais pour
reconnaître ce mot, il faut l’activation d’une deuxième aire cérébrale, située plus à l’avant
(zone temporale postérieure).
c) On observe une succession dans le temps de l’activation des aires cérébrales. De plus, les informations analysées par les premières doivent être transmises aux secondes, puis aux suivantes… Les aires
cérébrales doivent donc communiquer entre elles.
7 a) et b)
prolongement
cytoplasmique
membrane plasmique
noyau
cytoplasme
Une cellule humaine
Un neurone
c) Ces deux types de cellules possèdent un noyau, du cytoplasme et une membrane plasmique. Mais le
neurone possède en plus des prolongements cytoplasmiques.
d) Les prolongements cytoplasmiques du neurone lui permettent de communiquer avec d’autres
cellules au niveau des synapses.
8 a) Le temps de réaction est le temps nécessaire pour réagir, c'est-à-dire pour repérer un danger
et appuyer sur le frein.
b) À partir de 15 h, le temps de réaction augmente et passe de 0,4 seconde à 0,5 seconde.
c) Dans un état normal, le temps de réaction est faible et n’augmente que dans l’après-midi. Dans un
état fatigué, le temps de réaction est plus grand ; il augmente une première fois dans la matinée de
9 h à 11 h, puis une deuxième fois à partir de 13 h pour atteindre 1,8 secondes à 17 h.
d) La fatigue augmente le temps de réaction et le multiplie jusqu’à plus de trois fois : 0,5 seconde
au maximum pour un état normal, 1,8 secondes pour un état fatigué.
e) Il est dangereux de conduire dans un état fatigué, car le temps de réaction, et donc la distance
d’arrêt, augmente : le risque d’avoir un accident est alors plus important.
72
Chapitre 11
Chapitre
12
La communication
hormonale
Les options pédagogiques du chapitre
Ce dernier chapitre de la partie « Relations au sein de l'organisme »
vise à montrer le rôle des hormones dans l'apparition des caractères
sexuels secondaires lors de la puberté, ainsi que dans le fonctionnement des organes reproducteurs masculin et féminin. En effet, au cours
du chapitre 8, les élèves ont appris que certaines modifications corporelles apparaissent à la puberté. Ce chapitre permet, dans la première
activité, de comprendre l'origine de la puberté, puis dans la deuxième
activité, des caractères sexuels secondaires. Enfin, dans l'activité 3,
seront abordés les phénomènes hormonaux à la base du cycle sexuel
féminin.
Ce chapitre est également l'occasion d'aborder la communication
par voie hormonale dans l'organisme et se prête, comme les chapitres
10 et 11, à la réalisation de schémas fonctionnels. L'enseignant pourra
ainsi renvoyer les élèves à la fiche méthode page 230.
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Les activités du chapitre
Activité 1
Le déclenchement de la puberté
Les options pédagogiques de l’activité
Cette première activité a pour objectif d'expliquer l'apparition de la
puberté par la production d'hormones gonadotropes par l'hypophyse.
Ainsi, la première partie de l'activité permet à l'élève de comprendre que, chez le garçon (doc. 1) et chez la fille (doc. 2), les concentrations sanguines en hormones gonadotropes augmentent dès la
puberté. Il découvre ensuite l'origine de ces hormones (doc. 3).
Dans la seconde partie de l'activité, on montre expérimentalement
que ces hormones déclenchent le développement des testicules (doc.
4) et des ovaires (doc. 5). Le « Je communique » propose de réaliser un
schéma fonctionnel permettant ainsi de vérifier la compréhension des
notions nouvellement découvertes. L'élève devra notamment faire
apparaître l'organe source (l'hypophyse), le transport par le sang et l'organe cible (organes reproducteurs).
Cette activité est donc l'occasion de définir la notion d'hormone à
travers l'exemple des hormones gonadotropes. Les activités suivantes
permettront de généraliser cette notion.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Chez le garçon, la concentration sanguine en hormones gonadotropes est quasi nul jusqu'à 10 ans,
augmente fortement entre 10 ans et 16 ans pour atteindre 6 u.a., puis reste stable. Chez la fille, la
concentration sanguine en hormones gonadotropes est quasi nul jusqu'à 8 ans, augmente fortement
entre 8 ans et 16 ans pour atteindre 7,5 u.a., puis reste stable.
Parallèlement, on observe des évolutions comparables pour la masse des testicules d'une part et celle
des ovaires d'autre part, mais avec un léger décalage temporel (à partir de 12 ans chez le garçon,
de 10 ans chez la fille).
2. On peut supposer que le développement des organes reproducteurs est lié chez la fille et chez le garçon à l'augmentation forte de la concentration en hormones gonadotropes.
3. Les hormones gonadotropes sont produites par une glande à la base du cerveau, l'hypophyse.
4. Chez une jeune souris atteinte d'une anomalie de l'hypophyse (et par extension, chez l'homme), les
organes reproducteurs ne se développent pas et ne fonctionnent pas.
5. Chez une jeune souris atteinte d'une anomalie de l'hypophyse (et par extension, chez l'homme),
le développement et le fonctionnement des organes reproducteurs coïncident avec l'injection
d'hormones gonadotropes dans le sang : on peut en déduire que les hormones gonadotropes
déclenchent le développement et le fonctionnement des organes reproducteurs.
6. À la puberté, les organes communiquent entre eux par voie sanguine.
> Les hormones gonadotropes fabriquées en quantité importante par l'hypophyse (organe source)
à la puberté circulent dans l'organisme par voie sanguine et déclenchent le développement et le
fonctionnement des ovaires et des testicules (organes cibles).
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Chapitre 12
Activité 2
L’apparition des caractères sexuels secondaires
Les options pédagogiques de l’activité
Précédemment, l'élève a appris que les hormones gonadotropes
permettent le développement des testicules et des ovaires. L'activité 2
permet de comprendre que les organes reproducteurs produisent
d'autres hormones, déclenchant l'apparition des caractères sexuels
secondaires.
La première partie de l'activité se base sur la production de testostérone chez le garçon. Après avoir comparé la concentration sanguine
en testostérone à la taille du garçon (doc. 1), l'élève comprend que la
testostérone est à l'origine des caractères sexuels secondaires (doc. 2).
Enfin, l'origine de cette substance est précisée (doc. 3). Le lien entre les
hormones gonadotropes et la testostérone vient d'une mise en relation de ces documents. En effet, les testicules commencent à fonctionner dès la puberté, quand ils réagissent aux hormones gonadotropes :
dès lors, ils sécrètent la testostérone.
La suite de l'activité permet, en suivant le même raisonnement, de
comprendre l'origine des caractères sexuels secondaires chez la fille
(doc. 4 à 6). Un raisonnement analogue à celui mené pour le garçon
permettra de comprendre que les ovaires sécrètent l'œstradiol en
réponse aux hormones gonadotropes.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. La concentration sanguine en testostérone et la taille d'un garçon augmentent fortement à la puberté, avec un léger décalage temporel (11 ans en moyenne pour la concentration en testostérone, 13
ans en moyenne pour la taille).
2. La testostérone est responsable de l'apparition des caractères sexuels secondaires chez le garçon.
3. La production de testostérone a lieu dans les testicules, qui se développent à la puberté sous
l'action des hormones gonadotropes (vu à l'activité précédente).
4. La taille d'une fille augmente d'autant plus vite que la concentration sanguine en œstrogènes est
grande.
5. Les œstrogènes sont responsables de l'apparition des caractères sexuels secondaires chez la fille.
6. La production d'œstrogènes a lieu dans les ovaires, qui se développent à la puberté sous l'action des
hormones gonadotropes (vu à l'activité précédente).
> Les hormones gonadotropes entraînent la production d'hormones par les ovaires (œstrogènes) et
les testicules (testostérone). Ces hormones déclencheront à leur tour l'apparition des caractères
sexuels secondaires.
La communication hormonale
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Activité 3
Hormones et cycles féminin
Les options pédagogiques de l’activité
La dernière activité de ce chapitre montre le rôle des hormones
dans le fonctionnement du cycle sexuel féminin. En effet, depuis le chapitre 8, l'élève sait que les ovaires et l'utérus fonctionnent de façon
cyclique. Il découvre ici la relation qui existe entre ces deux organes.
Pour cela, l'analyse d'expériences (doc. 1) permet de comprendre
qu'il existe une communication entre les ovaires et l'utérus d'une part,
et qu'il s'agit d'une communication par voie hormonale d'autre part.
Puis l'élève découvre que les hormones ovariennes qui agissent sur la
muqueuse utérine sont les œstrogènes et la progestérone (doc. 2).
La suite de l'activité réinvestit la notion de cycle menstruel traitée
dans le chapitre 8. Elle a pour objectif de montrer l'origine hormonale
des règles, suite à une baisse de la teneur en œstrogènes et progestérone (doc. 3). Cela permet aussi à l'élève de comprendre pourquoi une
femme enceinte n'a plus ses règles.
Cette activité est l'occasion de renforcer la notion d'hormone, développée tout au long du chapitre.
( Réponses aux questions pour résoudre le problème
1. Les expériences montrent que les ovaires sont responsables des variations cycliques de la muqueuse
utérine.
2. L'utérus est un organe cible des hormones ovariennes.
3. Les ovaires fabriquent deux hormones, les œstrogènes et la progestérone, qui provoquent successivement le développement de la muqueuse utérine (sans action des œstrogènes, la progestérone reste
sans action).
4. On peut supposer que les ovaires ne produisent pas les œstrogènes et la progestérone en continu,
mais aussi par cycle.
5. Avant la fécondation, les concentrations sanguines en œstrogènes et en testostérone sont cycliques :
- Le taux d'œstrogènes connaît un pic principal avant l'ovulation vers le 12e jour et un pic
secondaire après l'ovulation vers le 21e jour, et a sa valeur la plus basse en fin de cycle.
- Le taux de progestérone connaît un pic après l'ovulation vers le 21e jour, et reste quasi nul en
début et en fin de cycle.
6. Après la fécondation, le taux d'œstrogènes et le taux de progestérone augmentent et restent très élevés.
7. La chute du taux sanguin des hormones œstrogènes et progestérone en fin de cycle entraîne la destruction de la paroi utérine, donc les règles.
> Les ovaires (organes sources) agissent sur l'utérus (organe cible) par voie hormonale. Les œstrogènes et la progestérone provoquent le développement de la muqueuse utérine. La chute du
taux de ces hormones en fin de cycle est à l'origine des règles.
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Chapitre 12
Corrigé des exercices
Teste tes connaissances
1 a) À la puberté, les hormones gonadotropes déclenchent le fonctionnement des ovaires et des
testicules.
b) La progestérone et les œstrogènes sécrétées par l'ovaire provoquent le développement de
la muqueuse utérine.
c) La testostérone sécrétée par les testicules permet l'apparition des caractères sexuels secondaire chez le garçon, par exemple la pilosité.
2 a) Le deuxième élève a raison : c'est la chute des taux sanguins d'œstrogènes et de progestérone qui
provoque l'apparition des règles.
3 a) Une hormone est une substance libérée dans le sang par un organe et qui agit sur un autre organe
pour modifier son développement ou son fonctionnement.
b) Les ovaires libèrent des hormones (œstrogènes et progestérone) responsables du cycle de l'utérus
(développement et destruction de la muqueuse utérine).
c) La testostérone sécrétée par les testicules du garçon et les œstrogènes sécrétés par les ovaires
de la fille déclenchent l'apparition des caractères sexuels secondaires.
Découvre avec l’informatique
4 a) L'adénome hypophysaire empêche la fabrication des hormones gonadotropes, nécessaires au
développement des ovaires à la puberté.
b) Les hormones gonadotropes stimulent bien les ovaires, mais ceux-ci ne fabriquent ni œstrogènes ni
progestérone. Les jeunes filles atteintes de l'anomalie restent donc impubères.
c) Pour une jeune fille atteinte d'un adénome hypophysaire, l'injection d'hormones gonadotropes
ou l'injection d'œstrogènes et de progestérone sont efficaces. En revanche, pour une jeune fille
atteinte d'une anomalie des ovaires, seule l'injection d'œstrogènes et de progestérone est efficace.
d) À la puberté, le cerveau fabrique des hormones gonadotropes qui circulent dans le sang et
entraînent le développement des ovaires. Ceux-ci fabriquent alors d'autres hormones, les
œstrogènes et la progestérone, responsables des règles et de l'apparition des caractères
sexuels secondaires.
e) À la puberté, le cerveau fabrique des hormones gonadotropes qui circulent dans le sang et
entraînent le développement des testicules. Ceux-ci fabriquent alors une autre hormone, la
testostérone, responsable du développement du pénis et de l'apparition des caractères
sexuels secondaires caractéristiques.
Applique tes connaissances
5 a)
hypophyse
hormones
gonadotropes
ovaires
progestérone
œstrogènes
utérus
(règles)
Communication hormonale entre organes à la puberté chez la femme
La communication hormonale
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b)
hypophyse
hormones
gonadotropes
testicules
testostérone
pénis
(taille)
Communication hormonale entre organes à la puberté chez l’homme
6 a) Les jeunes filles atteintes du syndrome de Turner sont de petite taille et ne présentent pas de caractères sexuels secondaires.
b) Les jeunes filles atteintes du syndrome de Turner ne possèdent pas d'ovaires.
c) Les jeunes filles atteintes du syndrome de Turner ne fabriquent pas d'hormones ovariennes, donc les
caractères sexuels secondaires n'apparaissent pas.
d) Une injection sanguine cyclique d'hormones ovariennes permettrait l'apparition des caractères sexuels secondaires.
7 a) Les garçons atteints du syndrome de Klinefelter présentent des caractères sexuels peu prononcés
et sont stériles (ils ne fabriquent pas de spermatozoïdes).
b) Les testicules sont petits et mous, non développés.
c) Une injection sanguine de testostérone permettrait l'apparition des caractères sexuels secondaires.
8 a) La taille du pénis augmente de manière significative dès l'âge de 10 ans.
b) La concentration sanguine en testostérone augmente à partir de 10 ans.
c) On remarque que c'est à l'âge où la concentration sanguine en testostérone augmente fortement
que la taille du pénis augmente le plus vite : on peut en déduire que la testostérone est responsable
de l'augmentation de la taille du pénis.
d) La testostérone est une hormone, car elle est produite par un organe source (les testicules), est
transportée par le sang et agit sur un autre organe cible (le pénis).
9 a) Chez une femme qui ne prend pas la pilule, l'ovulation se produit en moyenne le 14e jour du cycle.
b) Chez une femme qui ne prend pas la pilule, la concentration en œstradiol (qui avait fortement
augmenté à partir du 9e jour) diminue brutalement juste avant l'ovulation : c'est donc la baisse
de la concentration en œstradiol qui déclenche l'ovulation.
c) Chez une femme qui prend la pilule, les concentrations en hormones ovariennes varient peu : la
concentration en œstradiol est stable autour de 60 pg/L et celle en progestérone quasiment nulle.
La pilule empêche donc les variations des concentrations en hormones ovariennes, qui restent
basses.
d) Une femme qui prend la pilule n'a plus d'ovulation, car son taux d'hormones ovariennes ne varie pas.
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Chapitre 12