Cahier de revision Application technologique de la

science Science de l’environnement

4e secondaire

École secondaire Saint-Maxime

Juin 2011

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1.LA LITHOSPHÈRE ET LES MINÉRAUX Lithosphère Enveloppe rigide constituée de la croûte terrestre et de la partie

superficielle du manteau supérieur.

Minéraux Corps solides inorganiques. Leur composition et leurs propriétés sont bien définies.

Roches Solides hétérogènes composés de plusieurs minéraux.

Types de roches Description Ignées Résultat du refroidissement du magma. Sédimentaires Résultats de l’accumulation et du compactage de débris. Métamorphiques Anciennes roches ignées ou sédimentaires qui ont subi des

transformations à cause de la chaleur et de la pression.

LES MODÈLES ATOMIQUES

Nom du scientifique

et de son modèle

Représentation du modèle

Caractéristiques du modèle

Dalton

Sphères pleines indivisibles et indestructibles. Elles ne diffèrent que de masse et de taille. Ne peuvent pas être transformées en un autre atome

Lewis

On n’y représente que les électrons de valences autour du symbole chimique de l’élément.

Rutherford-Bohr

L’atome est constitué d’un petit noyau contenant des protons, entouré d’un espace vide dans lequel gravitent les électrons.

Modèle atomique simplifié

L’atome a un noyau formé de protons et de neutrons autour duquel gravitent les électrons sur des couches électroniques.

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ATOME

Atome Plus petite particule de matière. Elle ne peut pas être divisée chimiquement.

Particules qui constituent l'atome

Électron Particule, chargée négativement, qui circule autour du noyau de l’atome.

Charge: 1-

Proton Particule, chargée positivement, située dans le noyau de l’atome.

Charge: 1+

Neutron Particule neutre se trouvant dans le noyau de l’atome avec le proton.

Charge: 0

Électrons de valence : Ce sont les électrons du dernier niveau d’énergie. Loi de l’octet Les atomes cherchent à acquérir de la stabilité en complétant leur niveau de valence pour avoir une configuration électronique semblable à celle d’un gaz rare. Les atomes peuvent alors perdre, gagner ou partager un ou plusieurs électrons

Représentation de l'atome

Isotopes

Définition : Atomes d’un même élément dont le nombre de neutrons est différent.

Masse atomique relative

Définition : Masse moyenne d’un élément, exprimée en unité de masse atomique (u).

Calcul masse atomique relative

u = nombre de protons + nombre de neutrons

Numéro atomique

Masse atomique

relative

Symbole de l’élément

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Tableau périodique

Propriétés des catégories d'éléments

Métaux Brillants, malléables et ductiles.

Bons conducteurs thermiques et électriques.

Donneurs d’électrons.

Réagit chimiquement avec les acides.

Non-métaux Aspect terne, cassants, non ductiles (solide).

Bons isolants.

Accepteur d’électrons.

Métalloïdes Cassants et non ductiles.

Bons conducteurs électriques, mais mauvais conducteurs thermiques.

Propriétés de quelques familles d'éléments

Alcalins Première colonne (tableau périodique).

Un seul électron de valence.

Réagit fortement avec l’eau pour former des bases.

Brillants et mous.

Alcalino-terreux Deuxième colonne (tableau périodique).

Deux électrons de valence.

Réagit avec l’eau pour former des bases.

Brillants, argentés et d’une grande dureté.

Halogènes

+ réactif

Dix-septième colonne (tableau périodique)

Sept électrons de valence.

Forme des sels avec les métaux et des acides forts avec l’hydrogène.

Corrosifs.

Gaz nobles Dernière colonne (tableau périodique)

Huit électrons de valence.

Gazeux à température ambiante.

Très stable chimiquement.

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RÈGLES DE NOMENCLATURE

RÈGLE 1 : MOLÉCULE FORMÉE D’UNE SORTE D’ATOME + Préfixe :

1 = mono 2 = di 3 = tri 4 = tétra 5 = penta 6 = hexa 7 = hepta 8 = octa

Exemple : O2 = dioxygène P4 = tétraphosphore

RÈGLE 2 : MOLÉCULE FORMÉE DE 2 SORTES D’ATOMES DONT L’OXYGÈNE + + Note : remarquez ici que le mot « oxyde » tient lieu et place de l’oxygène. Exemple : CO2 = dioxyde de carbone Fe2O3 : trioxyde de difer

RÈGLE 3 : MOLÉCULE FORMÉE DE 2 SORTES D’ATOMES SANS OXYGÈNE + + **EXCEPTIONS** : Exemple : NaCl = chlorure de sodium PbCl4 = tétrachlorure de plomb

MOLE

Une mole est :

Quantité précise de particules qui correspond au nombre d’Avogadro.

La masse molaire d'une substance

Masse correspondant à une mole d’une substance donnée. Elle s’exprime en gramme par mole (g/mol).

Nombre d'Avogadro 6,02 x 1023

M= m n

M= masse molaire (en g/mol)

m= masse de la substance (en g)

n= nombre de moles

Préfixe Nom de l’atome

Préfixe oxyde Nom du 1er

atome

Préfixe Nom du 2e atome

en « ure »

Nom du 1er

atome

H = hydrure C : carbure S = sulfure N = nitrure

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LE DESSIN TECHNIQUE Les schémas Types de schémas Descriptions

de principe Renseigne sur un ou plusieurs principes de fonctionnement d’un objet (nom des pièces, mouvements, forces impliquées, etc.)

de construction Renseigne sur les solutions de constructions retenues pour le fonctionnement de l’objet (Formes et dimensions à considérer, noms des pièces, matériaux, liaisons et guidages, etc.)

Règle de cotation 1. Indiquer toutes les informations au fonctionnement de l’objet. 2. Indiquer la tolérance fonctionnelle aux cotes. 3. Les lignes de cotes doivent se trouver à 1 mm du côté de l’objet. 4. Les mesures sont toujours marquées en millimètres, sauf sur avis contraire. 5. Il ne faut pas marquer les unités dans la cote. 6. Il faut donner une cote au dimensions, aux angles et aux diamètres de l’objet.

Liaisons objets techniques Définition : Organe qui permet de maintenir ensemble deux pièces dans un même objet.

Caractères des liaisons Directe Les pièces tiennent ensemble sans l’intermédiaire d’un organe de liaison.

Indirecte Les pièces ont besoin d’un organe de liaison pour tenir ensemble.

Rigide Les surfaces des pièces liées ou l’organe de liaison sont rigides.

Élastique Les surfaces des pièces liées ou l’organe de liaison sont déformables.

Démontable La séparation des pièces n’endommage ni leur surface, ni l’organe de liaison s’il y en a un.

Indémontable La séparation des pièces endommage leur surface ou l’organe de liaison.

Totale Ne permet aucun mouvement indépendant des pièces liées l’une par rapport à l’autre.

Partielle Permet à au moins une pièce de bouger indépendamment par rapport à l’autre.

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Fonction de guidage Translation

Assure un mouvement de translation rectiligne à une pièce mobile.

Rotation Assure un mouvement de rotation à une pièce mobile.

Hélicoïdal

Assure un mouvement de translation d’une pièce mobile lorsqu’il y a rotation selon le même axe de cette pièce.

ATMOSPHÈRE Couches atmosphériques Description

Troposphère 0 à 15 km en altitude. Présence des phénomènes météorologiques (nuages, tempêtes, etc.). La température diminue avec l’altitude.

Stratosphère 15 à 50 km en altitude. Lieu de la couche d’ozone. La température s’élève avec l’altitude (diminution de particules d’air).

Mésosphère 50 à 80 km en altitude. Couche la plus froide (-80°C au sommet). La température chute avec l’altitude.

Thermosphère 80 à 500 km en altitude. Absorbe la plupart des rayons solaires, ce qui en fait la couche la plus chaude (1800°C au sommet). Lieu de la formation des aurores boréales.

Exosphère 500 km et plus en altitude. L’air y est très rare, on ne peut pas y prendre une température avec un thermomètre. Lieu où voyagent les satellites.

Masses d’airs et fronts Fronts Symbole Déplacement d’air

Froid

L’air chaud se soulève rapidement au-dessus de l’air froid et provoque de fortes précipitations de courte durée.

Chaud

L’air chaud s’élève lentement au-dessus de l’air froid. Formation de nuages légers (temps nuageux et d’averses).

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Effet de serre

Exemples de gaz à effet de serre : CO2 CH4 H2O(g)

FORCES (Représentation graphique d’une force)

Définition : Action capable de modifier le mouvement d’un objet ou de le déformer en le poussant ou en le tirant.

La masse et le poids

W = Fg = mg

L’équilibre entre 2 forces Situation obtenue lorsque la force résultante est nulle. Le mouvement ne subit alors aucune modification.

F1 = F2

Où w est le poids (en Newtons)

Fg est la force gravitationnelle (en Newtons)

m est la masse (en kilogrammes)

g est l’intensité du champ gravitationnelle (en Newtons/kilogramme)

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ÉNERGIE MÉCANIQUE

Types d’énergie Formule Description

Énergie potentielle Ep= mgh

Énergie de réserve que possède un objet en raison de sa masse et de sa hauteur par rapport à une surface de référence.

Énergie cinétique Ek = ½ mv2 Énergie que possède un objet en raison de son mouvement.

Énergie mécanique Em = Ep + Ek

Énergie résultant de la vitesse d’un objet, de sa masse et de sa position par rapport aux objets environnants. Somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle d’un corps.

** pour calculer la vitesse :

RÉACTIONS CHIMIQUES

Rx endothermique Nécessite un apport de chaleur. Ex. Photosynthèse

Rx exothermique Dégage de la chaleur. Ex. Combustion du bois

MOLÉCULES ET IONS

molécule Ensemble de deux ou de plusieurs atomes liés chimiquement.

ion Atome qui porte une charge électrique à la suite de la perte ou du gain d’électrons.

Ion polyatomique Groupe de deux atomes ou plus chimiquement liés et portant une charge électrique à la suite de la perte ou du gain d’électrons.

liaison Union de deux atomes à la suite du transfert (ionique) ou du partage d’électrons (covalente).

Ion négatif Ion positif

Gain ou perte d'électrons Gain Perte

charge Négative Positive

nom Anion Cation

v = d/∆t

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Liaison ionique : L’atome perdant un ou plusieurs électrons devient ainsi chargé positivement (ion positif ou cation) et celui qui a gagné ce ou ces électrons devient chargé négativement (ion négatif ou anion). Liaison covalente:

Solubilité et concentration

Solution Mélange homogène d’un solvant et d’un soluté. On ne peut pas distinguer les substances qui le composent, même avec l,aide d’un instrument d’observation.

Soluté Substance qui se dissout dans le solvant.

Solvant Substance qui dissout le soluté.

Concentration Quantité de soluté par unité de volume (g/L, % m/m, % m/v, % v/v, etc.).

Formule

C = m/V

Ppm Quantité de particules de soluté par millions de particules de solution.

Concentration molaire

Nombre de moles de soluté par litre de solution.

Formule

C = n/V

Equilibrer les équations suivantes : 1/ 2 Al + 3 S Al2S3

2/ N2 + 3 H2 2 NH3

3/ 4 Na + O2 2 Na2O

4/ H2 + Fe3O4 H2O + 3 FeO

5/ CO + Fe3O4 CO2 + 3 FeO

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6/ 2 Cu2O + O2 4 CuO

7/ 2 CH4 + O2 2 CO + 4 H2

8/ C6H6 + 6 Cl2 C6Cl6 + 6 HCl

9/ Al2S3 + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 3 H2S

10/ CuSO4 + 2 NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

11/ Al2O3 + 3 Cl2 + 3 C 2 AlCl3 + 3 CO

12/ Fe3+

+ 3 OH- Fe(OH)3

13/ Cr2O3 + 2 Al Al2O3 + 2 Cr

14/ CaC2 + H2O Ca(OH)2 + C2H2

15/ 2 NH3 + 3 CuO N2 + 3 Cu + 3 H2O

16/ 2 C6H6 + 15 O2 12 CO2 + 6 H2O

Conductibilité et pH

Électrolyte: Solution contenant des ions. Celle-ci est un conducteur électrique, i.e. laisse passer le courant électrique.

Dissociation Conductibilité électrique

exemple

Électrolyte fort Totale Oui (+++) HCl

Électrolyte faible Partielle Oui (+) HCH3COO

Non-électrolyte Nulle Non C6H12O6

ACIDES

H + GROUPE «NON METAL»

BASES

GROUPE «MÉTAL» + OH

SELS

GROUPE «MÉTAL» + GROUPE «NON MÉTAL»

pH

< 7 Acide

7 Neutre

>7 Alcalin (Base)

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MATÉRIAUX Propriétés des matériaux Dureté Propriété de résister à la pénétration.

Élasticité Propriété de reprendre sa forme après avoir subi une contrainte.

Résilience Propriété de résister aux chocs sans se rompre.

Ductilité Propriété de s’étirer sans se rompre.

Malléabilité Propriété de s’aplatir ou de se courber sans se rompre.

Rigidité Propriété de garder sa forme, lorsque soumis à diverses contraintes.

Catégories de matériaux Bois et bois modifié Matériau provenant de la coupe et de la

transformation du bois.

Céramiques Matériau solide obtenu par le chauffage de matière inorganique, contenant divers composés, le plus souvent des oxydes.

Métaux et alliages Matériau extrait d’un minerai pouvant être pur et mélangé. Généralement brillants et bons conducteurs.

Plastiques Matériau fait des polymères auxquels on peut ajouter d’autres substances pour obtenir les propriétés désirées.

Matériaux composites Matériau provenant de différentes catégories afin d’obtenir un matériau possédant des propriétés améliorées.

Rendement énergétique et énergie thermique Formule rendement

R = ___Énergie utile___ x 100 Énergie consommée

Formule capacité thermique

Q = m c ∆T

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Électricité Électricité statique a.On peut électrifier un objet par… __Frottement__ ou _Induction__

b.Il existe deux types de charges électriques : _+__ et __-__

Électricité dynamique Loi d'Ohm: La différence de potentiel aux bornes d'une résistance est proportionnelle à l'intensité du courant électrique qui la traverse.

Circuit électrique

Un circuit électrique est

Montage qui permet à des charges électriques de circuler en boucle, i.e. de se maintenir en mouvement.

Circuit en parallèle

Circuit en série

Ampère

(A)

Quantité de charges passant

en un point précis par

seconde.

Différence de

potentiel (U)

Résistance (R)

Quantité d’énergie transportée

par chacune des charges

électriques.

Opposition qu’offre un

matériau au passage des

charges électriques.

Volts

(V)

Ohms

(Ω)

1 V= 1 J

1 C

1 R= 1 V

1 A

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Lois de Kirchhoff

Première loi L’intensité du courant qui entre dans un élément ou dans un nœud d’un circuit électrique est toujours égale à l’intensité du courant qui en sort.

Deuxième loi L’énergie totale acquise par les charges à la source d’énergie est toujours égale à l’énergie totale transférée par ces charges, et ce quel que soit leur parcours dans le circuit.

Circuit en série Circuit en parallèle

I IT = I1 = I2 = I3 = … IT = I1 + I2 + I3 + …

U UT = U1 + U2 + U3 + … UT = U1 = U2 = U3 = …

R équivalente RT = R1 + R2 + R3 + … 1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + …

P est la puissance électrique (en watts)

U est la différence de potentiel (en volts)

I est l’intensité du courant (en ampères)

E est l’énergie électrique (en joules)

P est la puissance électrique (en watts)

∆t est la variation du temps (en secondes)

E= P∆t

P= UI

P= W/∆t

R= U/I

U= ∆E/q

P est la puissance électrique (en watts)

W est le travail effectué (en joules)

∆t est la variation du temps (en secondes)

R est la résistance électrique (en ohms)

U est la différence de potentiel (en volts)

I est l’intensité du courant (en ampères)

U est la différence de potentiel (en volts)

∆E est la variation de l’énergie électrique (en joules)

q est la charge électrique (en Coulombs)

I= q/∆t

I est l’intensité du courant (en ampères)

q est la charge électrique (en Coulombs)

∆t est la variation du temps (en secondes)

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Les biomes terrestres

Définition :_ Grandes régions de la planète qui se différencient par leur climat, leur

faune et leur végétation._______________________________________

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Facteurs qui déterminent la distribution des biomes Latitude Énergie solaire (durée et quantité d’ensoleillement) Précipitations Type de sol Température Vents Proximité d’étendues d’eau Altitude

Population Définiton: Groupe d’individu de la même espèce qui occupent simultanément le même territoire, qui consomment les mêmes ressources et qui sont influencés par les mêmes facteurs écologiques. Taille de population = Nombre d’individu d’une population

Biome Climat Faune Flore

Forêt tropicale

Chaud (20°C à 34°C), sec ou humide

Singes, tigre, grands oiseaux (perroquet), etc.

Végétation abondante et très diversifiée.

Forêt boréale

Froid Orignal, grands oiseaux, etc.

Principalement des conifères.

Forêt tempérée

Température variable et précipitations abondantes.

Porc-épic, ours noir, écureuils, etc.

Feuillus et un peu de conifères.

Les prairies

Variable, selon la latitude.

Antilope, chiens de Prairies, mulots, lion, etc.

Herbes hautes, petits arbustes

Les toundras

Froid, le sol y reste gelé même l’été.

Oiseaux migrateurs, caribou, renard, lemming, etc.

Herbes, arbustes rabougris, mousses et lichens.

Les déserts

Extrême de températures et peu de précipitations.

Animaux adaptés aux conditions désertiques (serpents, insectes, etc.)

Végétation rare

Les milieux alpins

Change avec l’altitude.

Animaux adaptés à la vie en montagne (bouc, oiseaux, etc.)

Végétation par étages (Feuillus, conifères jusqu’à quasi absente)

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Méthodes de mesure de la taille d'une population

Méthode Description calcul

Comptage des individus

Compter l’ensemble des individus présent dans le territoire.

N = Nombre total d’individus

Utilisation d’une parcelle de terrain

Estimation de la population en comptant le nombre d’individus présents dans plusieurs échantillons du territoire et extrapoler le résultat au territoire entier.

N =

Capture-recapture

Mise en place de pièges. Capture et marquage des individus. Remise en liberté. Nouvelle capture d’individus. Extrapolation des résultats.

N =

Facteurs faisant varier la taille d'une population Natalité Mortalité Immigration Émigration densité d'une population Nombre d’individus par unité de Surface (km2) ou de volume (L) Modes de distribution d'une population

1 Agrégats Répartition sous forme des groupes

2 Uniforme Répartition uniforme sur le territoire.

3 Aléatoire Répartition au hasard sur le territoire.

Calcul Densité = ___Nb. d’individus____ Surface ou volume

Nb. moyen

d’individus

par parcelle

Superficie totale

du territoire _____________________________

Superficie d’une parcelle

X

Nb. d’individus

capturés et

marqués (essai 1)

Nb. total

d’individus

capturés (Essai 2) ______________________________

Nb. d’individus capturés à l’essai 2 et

qui étaient marqués.

X

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Facteurs

a) Biotiques:

Éléments liés aux actions des vivants du milieu.

Exemples Natalité, maladie, prédation, quantité de nourriture, etc.

b) Abiotiques

Éléments physiques et chimiques du milieu.

Exemples Lumière, eau, pH du sol, température, etc.

c) Limitants

Qui réduit la densité de population.

Communautés Définition : Ensemble de populations d’espèces différentes habitant le même milieu de vie. Biodiversité : Variété d’espèces que comporte une communauté. Relations entre les individus dans une communauté

1. Compétition Relation qui s’établit entre des êtres vivants qui luttent pour une ressource du milieu.

2. Prédation Relation qui unit deux êtres vivants, au cours de laquelle un être vivant se nourrit d’un autre être vivant.

3. Mutualisme Relation qui unit deux êtres vivants et qui permet à chacun d’en retirer des bénéfices.

4. Commensalisme Relation qui unit deux êtres vivants, par laquelle l’un est avantagé, tandis que l’autre n’est ni avantagé ni désavantagé.

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Écosystèmes Définition : Ensemble d’organismes vivants qui interagissent entre eux et avec les éléments non vivants du milieu qu’ils occupent.

Relations trophiques

Définition Liens de nature alimentaire qui existent entre les organismes vivants d’un écosystème.

Producteurs Organismes autotrophes d’un écosystème capables de créer de la matière organique à partir de matière inorganique.

Consommateurs

Organismes hétérotrophes qui se nourrissent d’autres organismes vivants.

Décomposeurs Organismes qui se nourrissent des déchets et des cadavres d’autres organismes vivants.

Types de perturbations Naturelles Tempêtes, éruptions volcaniques,

verglas, sécheresse, inondations, etc.

Humaines Coupes de bois, déversements, exploitation minière, etc.

Succession écologique Une série de changements qui s’opèrent dans un écosystème à la suite d’une perturbation, jusqu’à ce que l’écosystème atteigne un état d’équilibre.

Écotoxicologie

Seuil de toxicité Concentration au-delà de laquelle un contaminant produit un ou plusieurs effets néfastes sur un organisme.

Bioaccumulation Tendance qu’ont certains contaminants à s’accumuler dans les tissus des organismes vivants avec le temps.

Bioamplification Phénomène qui fait en sorte que la concentration d’un contaminant dans les tissus des vivants a tendance à augmenter à chaque niveau trophique.

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Ingénierie mécanique Systèmes de transmission du mouvement Systèmes Description

Système à roues dentées Transmet un mouvement de rotation entre deux ou plusieurs pièces rapprochées.

Système à chaîne et à roues dentées Transmet un mouvement de rotation entre deux ou plusieurs pièces éloignées les unes des autres.

Système à roue dentée et à vis sans fin Transmet un mouvement de rotation entre deux pièces n’ayant pas le même plan de rotation.

Système à roues de friction Transmet un mouvement de rotation entre deux ou plusieurs pièces rapprochées. Solution moins coûteuse.

Système à courroie et à poulies Transmet un mouvement de rotation entre deux ou plusieurs pièces éloignées les unes des autres.

Variation de vitesse Systèmes impliqués Roues dentées, roues de friction ou poulies

Calculs

Systèmes de transformation du mouvement Systèmes Description

Système à pignon et crémaillère Transformation d’une rotation en translation. Le système peut fonctionner dans les deux sens.

Système à vis et à écrous type I Transformation d’une rotation en translation uniquement. C’est la vis qui tourne, l’écrou fait la translation.

Système à vis et à écrous type II Transformation d’une rotation en translation uniquement. C’est l’écrou qui tourne, la vis fait la translation.

Système à came et à tige-poussoir Transformation d’une rotation en translation uniquement. La came tourne de pousse verticalement la tige-poussoir avec son extrémité allongée.

Système à bielle et à manivelle Transformation d’une rotation en translation. Le système peut fonctionner dans les deux sens.

Rapport

de

vitesse

Nombre de dent ou le

___diamètre de la roue #1____

= Nombre de dent ou le diamètre

de la roue #2

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Électroaimant : Solénoïde auquel nous avons inséré une substance ferromagnétique. L’on parle alors d’un noyau ferromagnétique. Magnétisation de la matière : L’on peut fabriquer des aimants artificiels en soumettant une substance ferromagnétique au champ magnétique d’un autre aimant.