L’air, les roches et l’eau : structure, composition et propriétés chimiques des trois enveloppes externes de la Terre.
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Les enveloppes externes de la Terre
Module III : Environnement et développement durableCatégorie d’actions : Lutte contre le réchauffement climatiqueClasse : 2nde C
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💡 Idée principale : la Terre est entourée de trois enveloppes externes qui interagissent : l’atmosphère (enveloppe gazeuse, surtout N2 et O2, organisée en couches selon la température), la lithosphère (enveloppe rocheuse rigide, riche en oxygène et en silicium) et l’hydrosphère (ensemble des eaux, à 97,5 % salées). La vie se développe à leur contact : c’est la biosphère.
Lithosphère : croûte (océanique ou continentale) + manteau supérieur rigide, ≈ 100 km, en plaques ; O et Si dominants.
Hydrosphère : océans, glaces, eaux souterraines et de surface ; eau de mer salée (≈ 35 g/L de sels).
Chaque enveloppe a des propriétés chimiques utiles à la vie : O2, CO2, O3, sels minéraux, eau solvant.
le globe terrestreles enveloppesles roches
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Situation problème
Pendant une excursion à Limbé, les élèves de 2nde C observent la mer, les roches volcaniques noires du mont Cameroun et les nuages accrochés au sommet. Le guide explique : « L’air que vous respirez, la roche sous vos pieds et l’eau de mer forment les enveloppes de la Terre. Si l’une d’elles est polluée, les autres en souffrent aussi. » Fanta se demande de quoi est fait l’air et pourquoi l’eau de mer est salée.
Consignes :
Relève les trois enveloppes évoquées dans le texte.
De quoi l’air est-il composé ?
Pourquoi la pollution d’une enveloppe peut-elle affecter les autres ?
Compétence visée
Informer et éduquer les populations sur les caractéristiques des enveloppes externes de la Terre afin de mieux les protéger.
Objectifs de la leçon
Décrire la structure, la composition et les propriétés chimiques de l’atmosphère.
Décrire la structure et la composition de la lithosphère.
Décrire la structure, la composition et les propriétés de l’hydrosphère.
le problèmel’objectifl’atmosphère
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L’atmosphère, enveloppe gazeuse
Activité 1 : la structure de l’atmosphère
Le document 1 montre les couches de l’atmosphère et l’évolution de la température avec l’altitude.
Document 1 : structure verticale de l’atmosphère (profil moyen).
Comment la température varie-t-elle dans la troposphère ? et dans la stratosphère ?
Quel critère utilise-t-on pour découper l’atmosphère en couches ?
Ce qu’il faut comprendre : l’atmosphère est découpée selon le sens de variation de la température. Dans la troposphère (0-12 km), la température baisse d’environ 6,5 °C par km : c’est là que se forment les nuages et la météo. Dans la stratosphère (12-50 km), elle augmente car l’ozone absorbe les rayons ultraviolets. Puis viennent la mésosphère (froide) et la thermosphère.
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1. Composition de l’air sec près du sol
Gaz
Formule
Proportion (en volume)
Diazote
N2
78 %
Dioxygène
O2
21 %
Argon
Ar
0,93 %
Dioxyde de carbone
CO2
≈ 0,04 % (420 ppm)
Autres (néon, méthane, ozone…)
Ne, CH4, O3…
traces
L’air contient aussi de la vapeur d’eau en quantité variable (0 à 4 %), des poussières et des aérosols.
Propriétés chimiques des principaux gaz
Le dioxygène O2
Gaz comburant : il entretient les combustions et permet la respiration ; il oxyde les métaux (rouille).
Le dioxyde de carbone CO2
Absorbé par les plantes (photosynthèse), dissous dans l’eau (acide) ; gaz à effet de serre.
L’ozone O3
Très oxydant ; dans la stratosphère, il absorbe les UV dangereux pour les êtres vivants.
Le diazote N2
Gaz peu réactif ; certaines bactéries du sol le fixent et le rendent utilisable par les plantes.
les fuméesla couche d’ozonele dioxyde de carbone
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La lithosphère, enveloppe rocheuse
2. Structure de la lithosphère
Document 2 : la lithosphère comprend la croûte et la partie rigide du manteau supérieur.
3. Structure
La lithosphère est l’enveloppe solide et rigide de la Terre, épaisse d’environ 100 km. Elle comprend la croûte (ou écorce) et la partie supérieure rigide du manteau. Elle repose sur l’asthénosphère, plus chaude et déformable, et elle est découpée en plaques qui se déplacent lentement.
Exemple : le mont Cameroun, volcan actif (éruptions de 1999 et 2000), témoigne de cette activité interne.
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4. Comparaison des deux types de croûte
Croûte continentale
Croûte océanique
Épaisseur
30 à 70 km
5 à 10 km
Roche dominante
granite
basalte
Densité
≈ 2,7
≈ 2,9 à 3
Âge
jusqu’à 4 milliards d’années
moins de 200 millions d’années
Composition et propriétés chimiques
Éléments les plus abondants de la croûte : oxygène (≈ 46 %), silicium (≈ 28 %), aluminium (8 %), fer (5 %), puis calcium, sodium, potassium, magnésium.
Ces éléments sont combinés en minéraux, surtout des silicates (quartz SiO2, feldspaths, micas) et des carbonates (calcaire CaCO3).
Au contact de l’air et de l’eau, les roches s’altèrent (hydrolyse, oxydation, dissolution) : elles libèrent des ions minéraux et forment les sols.
Le calcaire réagit avec les acides en libérant du CO2 (effervescence) ; les sols ferrallitiques rouges doivent leur couleur aux oxydes de fer.
la rochele cortexflotter ou couler
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L’hydrosphère, enveloppe liquide
Activité 2 : où se trouve l’eau de la Terre ?
Le document 3 présente la répartition de l’eau entre les différents réservoirs de l’hydrosphère.
Document 3 : les réservoirs de l’hydrosphère.
Quelle est la proportion d’eau salée ? d’eau douce ?
Sous quelle forme se trouve la majeure partie de l’eau douce ?
Ce qu’il faut comprendre : l’hydrosphère est l’ensemble des eaux de la Terre : océans et mers (97,5 % d’eau salée), glaces, eaux souterraines (nappes), lacs, fleuves, vapeur atmosphérique et eau des êtres vivants. L’eau douce ne représente que 2,5 %, et elle est surtout gelée ou souterraine : l’eau facilement disponible est très rare.
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5. Structure des océans
Dans un océan, on distingue une couche de surface chaude et brassée par les vents (0 à 200 m environ), éclairée, où vit le plancton ; une thermocline où la température chute rapidement ; puis les eaux profondes, froides (2 à 4 °C) et obscures.
6. Composition de l’eau de mer
Constituant
Quantité moyenne
Eau H2O
≈ 96,5 %
Sels dissous (salinité)
≈ 35 g par litre
dont chlorure de sodium NaCl
≈ 27 g/L (ions Na⁺ et Cl⁻)
autres ions
Mg²⁺, SO4²⁻, Ca²⁺, K⁺, HCO3⁻
Gaz dissous
O2, CO2, N2
l’océanles vaguesles ions calcium
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Propriétés chimiques de l’eau
L’eau est un excellent solvant : elle dissout les sels minéraux, le dioxygène et le dioxyde de carbone indispensables aux êtres aquatiques.
L’eau de mer est légèrement basique (pH ≈ 8,1) ; elle absorbe une partie du CO2 atmosphérique, ce qui la rend peu à peu plus acide.
L’eau stocke beaucoup de chaleur : les océans régulent le climat.
Les trois enveloppes échangent sans cesse de la matière (cycle de l’eau, cycle du carbone) : polluer l’une, c’est polluer les autres.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Les enveloppes externes de la Terre sont l’atmosphère, la lithosphère et l’hydrosphère.
L’atmosphère comprend la troposphère, la stratosphère (avec la couche d’ozone), la mésosphère et la thermosphère ; l’air sec contient 78 % de N2 et 21 % de O2.
La lithosphère (≈ 100 km) comprend la croûte et le manteau supérieur rigide ; elle est riche en O et Si (silicates) et découpée en plaques.
L’hydrosphère est formée à 97,5 % d’eau salée (≈ 35 g/L de sels) ; l’eau douce est surtout gelée ou souterraine.
Ces enveloppes échangent de la matière et de l’énergie : elles forment un système.
je retiensl’eaula planète Terre
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Vocabulaire à connaître
Atmosphèreenveloppe gazeuse qui entoure la Terre.Lithosphèreenveloppe rocheuse rigide (croûte + manteau supérieur).Hydrosphèreensemble des eaux de la Terre.Ozone (O3)gaz de la stratosphère qui absorbe les rayons UV.Salinitémasse de sels dissous dans un litre d’eau.
Je m’évalue
1. Dans quelle couche de l’atmosphère se forment les nuages ?
2. Quel est le rôle de la couche d’ozone ?
3. Quels sont les deux éléments chimiques les plus abondants de la croûte ?
4. Quelle est la salinité moyenne de l’eau de mer ?
Réponses : la troposphère · absorber les UV du Soleil · l’oxygène et le silicium · environ 35 g/L. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisles couches de rochesles rayons UV
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Erreurs fréquentes
Croire que l’air est surtout fait de dioxygène : il contient 78 % de diazote.
Confondre la lithosphère (≈ 100 km, croûte + manteau rigide) avec la seule croûte terrestre.
Penser que l’eau douce est abondante : elle ne représente que 2,5 % de l’eau, surtout gelée.
Méthode
Pour lire un profil de température de l’atmosphère : repère l’altitude sur l’axe vertical, suis la courbe et note, couche par couche, si la température augmente ou diminue ; les changements de sens marquent les limites des couches.
Activité d’intégration
Le club environnement du lycée bilingue de Buea prépare une exposition intitulée « Notre Terre, trois enveloppes à protéger ». Il dispose de trois panneaux : un pour l’air, un pour les roches et les sols, un pour l’eau.
Pour chaque panneau, indique la structure et la composition de l’enveloppe concernée.
Explique pourquoi la couche d’ozone est indispensable à la vie.
Donne un exemple montrant que la pollution de l’air peut atteindre l’eau ou le sol.