3P3 ORGANISATION DE LA MATIERE DANS L'UNIVERS

 PHYSIQUE – CHIMIE

 

PROTOCOLE PÉDAGOGIQUE BPS-E

PHYSIQUE-CHIMIE — CLASSE DE 3^e

Organisation de la matière dans l'Univers

Cours de révision — préparation au Diplôme National du Brevet (DNB)

Chapitre 1 · Structure de l'univers et du système solaire

Chapitre 2 · La matière dans l'univers

Chapitre 3 · Origine et évolution de l'univers

+ Fiche de révision express  •  Quiz corrigé (50 questions)  •  Exercice guidé façon brevet

Sessions du brevet 2026 / 2027

Sommaire

Chapitre 1 — Structure de l'univers et du système solaire

1. Le système solaire et les galaxies

2. Les unités de distance en astronomie

3. Les ordres de grandeur en astronomie

4. Exercice résolu — exprimer une distance en écriture scientifique

Chapitre 2 — La matière dans l'univers

1. Les éléments sur Terre et dans l'univers

2. Les constituants de l'atome

3. Exercice résolu — étudier les atomes de l'atmosphère terrestre

Chapitre 3 — Origine et évolution de l'univers

1. Voir loin, c'est voir dans le passé

2. La formation du système solaire

3. Les âges géologiques

4. Exercice résolu — voyager dans le passé : quelle histoire nous raconte la photographie d'une galaxie ?

Fiche de révision express

Quiz (QCM, 50 questions, corrigé inclus)

Exercice guidé façon brevet — convertir des kilomètres en années-lumière

 

Chapitre 1 — Structure de l'univers et du système solaire

Objectifs du chapitre : décrire l'organisation du Système solaire et des galaxies, utiliser les unités de distance adaptées à l'astronomie (UA, année-lumière), exprimer une distance en écriture scientifique et comparer des ordres de grandeur.

1. Le système solaire et les galaxies

📘  DÉFINITION Le Système solaire est constitué du Soleil (une étoile) et de l'ensemble des objets qui gravitent autour de lui sous l'effet de la gravitation : 8 planètes, leurs satellites naturels, des astéroïdes, des comètes...

Le Système solaire : planètes telluriques et planètes gazeuses (schéma, distances non à l'échelle).

On distingue deux familles de planètes :

• Les planètes telluriques (rocheuses) : Mercure, Vénus, Terre, Mars.

• Les planètes gazeuses (géantes) : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.

⚙️  À RETENIR Une galaxie est un immense ensemble d'étoiles (plusieurs centaines de milliards), de gaz et de poussières, maintenu par la gravitation. Le Soleil et le Système solaire appartiennent à une galaxie appelée la Voie lactée. L'Univers contient à son tour des centaines de milliards de galaxies.

⚠️  ATTENTION Ne pas confondre : le Système solaire (le Soleil et ses planètes), une galaxie (des centaines de milliards d'étoiles, dont le Soleil n'est qu'un exemple parmi tant d'autres), et l'Univers (l'ensemble de tout ce qui existe, contenant des centaines de milliards de galaxies).

🔎  EXEMPLE La Voie lactée compte environ 200 à 400 milliards d'étoiles. Elle a la forme d'une spirale, et le Système solaire se situe sur l'un de ses bras, à environ 27 000 années-lumière de son centre.

2. Les unités de distance en astronomie

📘  DÉFINITION Les distances dans l'Univers sont si grandes que le kilomètre devient peu pratique. Les astronomes utilisent deux unités adaptées : l'unité astronomique (UA) et l'année-lumière (al).

Deux unités pour deux échelles de distance : l'UA (Système solaire) et l'année-lumière (étoiles et galaxies).

⚙️  À RETENIR — UNITÉS DE DISTANCE Unité astronomique (UA) : distance moyenne Terre-Soleil ≈ 150 millions de km. Utilisée à l'échelle du Système solaire. Année-lumière (al) : distance parcourue par la lumière en une année ≈ 9 461 milliards de km. Utilisée à l'échelle des étoiles et des galaxies.

⚠️  ATTENTION Une année-lumière est une distance, pas une durée, même si elle contient le mot « année ».

🧭  MÉTHODE — CALCULER UNE DISTANCE PARCOURUE PAR LA LUMIÈRE Pour calculer la distance parcourue par la lumière : distance = vitesse × durée, avec la vitesse de la lumière dans le vide c = 300 000 km/s = 3 × 10⁵ km/s.

3. Les ordres de grandeur en astronomie

📘  DÉFINITION Un ordre de grandeur est la puissance de 10 la plus proche d'une valeur. Il permet de comparer rapidement des grandeurs très différentes sans se soucier des chiffres exacts.

Les ordres de grandeur dans l'Univers, de la Terre à l'Univers observable.

🧭  MÉTHODE — DÉTERMINER UN ORDRE DE GRANDEUR Pour déterminer l'ordre de grandeur d'un nombre : 1. Écrire le nombre en écriture scientifique a × 10ⁿ, avec 1 ≤ a < 10. 2. Si a < 5, l'ordre de grandeur est 10ⁿ. Si a ≥ 5, l'ordre de grandeur est 10ⁿ⁺¹.

🔎  EXEMPLE Diamètre de la Terre ≈ 1,3 × 10⁴ km → ordre de grandeur 10⁴ km. Taille du Système solaire ≈ 1,2 × 10¹⁰ km → ordre de grandeur 10¹⁰ km. Diamètre de la Voie lactée ≈ 9,5 × 10¹⁷ km → ordre de grandeur 10¹⁸ km.

4. Exercice résolu — exprimer une distance en écriture scientifique

✏️  EXERCICE RÉSOLU — la distance Soleil–Neptune La distance moyenne entre le Soleil et la planète Neptune est d'environ 4 495 000 000 km. a) Écrire cette distance en écriture scientifique. b) Donner l'ordre de grandeur de cette distance. c) Convertir cette distance en unités astronomiques (UA), sachant que 1 UA ≈ 1,5 × 10⁸ km. Solution a) 4 495 000 000 = 4,495 × 10⁹ km. b) Le coefficient a = 4,495 est inférieur à 5, donc l'ordre de grandeur est 10⁹ km. c) 4,495 × 10⁹ ÷ (1,5 × 10⁸) ≈ 29,97, soit environ 30 UA.

Chapitre 2 — La matière dans l'univers

Objectifs du chapitre : identifier les éléments chimiques présents sur Terre et dans l'Univers, décrire la constitution de l'atome, et relier la composition de l'atmosphère terrestre aux éléments chimiques qui la composent.

1. Les éléments sur Terre et dans l'univers

📘  DÉFINITION Un élément chimique est caractérisé par son symbole et son numéro atomique Z (nombre de protons). Les mêmes éléments chimiques se retrouvent partout dans l'Univers : sur Terre, dans les étoiles, dans les galaxies les plus lointaines.

⚙️  À RETENIR L'hydrogène (H) et l'hélium (He) sont les éléments les plus abondants dans l'Univers (formés lors du Big Bang). Sur Terre, les éléments les plus abondants sont l'oxygène (O), le silicium (Si), l'aluminium (Al) et le fer (Fe) dans la croûte terrestre, et l'azote (N) et l'oxygène (O) dans l'atmosphère.

🔎  EXEMPLE Le Soleil est composé à environ 73 % d'hydrogène et 25 % d'hélium ; les autres éléments (oxygène, carbone, fer...) ne représentent qu'environ 2 % de sa masse.

⚠️  ATTENTION Les étoiles fabriquent des éléments plus lourds (carbone, oxygène, fer...) par fusion nucléaire en leur cœur. Les éléments encore plus lourds que le fer sont formés lors de l'explosion d'étoiles massives (supernovae). Les atomes qui constituent notre corps ont donc été formés dans des étoiles : on dit parfois que « nous sommes faits de poussière d'étoiles ».

2. Les constituants de l'atome

📘  DÉFINITION L'atome est constitué d'un noyau (protons et neutrons) entouré d'électrons qui gravitent autour.

Structure de l'atome : noyau (protons, neutrons) et électrons en orbite.

⚙️  À RETENIR — CONSTITUANTS DE L'ATOME Proton : charge positive (+), situé dans le noyau. Neutron : électriquement neutre, situé dans le noyau. Électron : charge négative (−), gravite autour du noyau. Numéro atomique Z = nombre de protons. Un atome est électriquement neutre : nombre d'électrons = nombre de protons.

⚠️  ATTENTION La masse de l'atome est concentrée presque entièrement dans le noyau : un électron est environ 2 000 fois plus léger qu'un proton. L'atome est également presque vide : le noyau est environ 10 000 fois plus petit que l'atome entier.

🧭  MÉTHODE — LIRE UN NUMÉRO ATOMIQUE Pour un élément de numéro atomique Z : le nombre de protons = Z, et pour un atome neutre, le nombre d'électrons = Z également.

3. Exercice résolu — étudier les atomes de l'atmosphère terrestre

Composition de l'atmosphère terrestre (air sec, en volume).

✏️  EXERCICE RÉSOLU — les atomes de l'air L'air est un mélange de gaz, principalement du diazote N₂ (78 %) et du dioxygène O₂ (21 %). Données : numéro atomique de l'azote Z = 7 ; numéro atomique de l'oxygène Z = 8. a) Combien d'atomes composent une molécule de N₂ ? une molécule de O₂ ? b) Pour un atome d'azote (Z = 7), donner le nombre de protons et d'électrons. c) Pour un atome d'oxygène (Z = 8), donner le nombre de protons et d'électrons. d) Expliquer pourquoi un atome d'azote est électriquement neutre. Solution a) Une molécule de N₂ est composée de 2 atomes d'azote ; une molécule de O₂ est composée de 2 atomes d'oxygène. b) L'atome d'azote possède 7 protons et 7 électrons. c) L'atome d'oxygène possède 8 protons et 8 électrons. d) L'atome d'azote est électriquement neutre car le nombre de charges positives (protons) est égal au nombre de charges négatives (électrons) : les charges se compensent exactement.

Chapitre 3 — Origine et évolution de l'univers

Objectifs du chapitre : comprendre pourquoi observer loin dans l'Univers, c'est observer le passé, décrire les grandes étapes de la formation du Système solaire, et situer les grandes périodes des âges géologiques de la Terre.

1. Voir loin, c'est voir dans le passé

📘  DÉFINITION La lumière se déplace à une vitesse très grande mais finie (c ≈ 300 000 km/s). Elle met donc un certain temps pour parcourir une distance.

La lumière met du temps à nous parvenir : on observe un objet lointain tel qu'il était dans le passé.

⚙️  À RETENIR Plus un objet est loin dans l'Univers, plus la lumière qu'il émet met de temps pour nous parvenir. On observe donc cet objet tel qu'il était dans le passé, et non tel qu'il est « maintenant ».

🔎  EXEMPLE La lumière du Soleil met environ 8 minutes pour nous parvenir : on voit le Soleil tel qu'il était il y a 8 minutes. La lumière de l'étoile la plus proche du Soleil (Proxima du Centaure) met environ 4,2 ans.

⚠️  ATTENTION Si une étoile observée se situe à 1 000 années-lumière, cela ne signifie pas qu'elle existe forcément encore « aujourd'hui » : elle a pu disparaître entre-temps. Nous ne le saurions que dans 1 000 ans.

2. La formation du système solaire

📘  DÉFINITION Le Système solaire s'est formé il y a environ 4,6 milliards d'années par effondrement gravitationnel d'un nuage de gaz et de poussières, appelé nébuleuse solaire.

🧭  MÉTHODE — LES ÉTAPES DE LA FORMATION DU SYSTÈME SOLAIRE 1. Un nuage de gaz et de poussières se contracte sous l'effet de la gravitation : un proto-Soleil se forme en son centre. 2. Le reste de la matière s'aplatit en un disque autour de ce proto-Soleil. 3. Les poussières s'assemblent progressivement (accrétion) pour former des planétésimaux, puis des planètes. 4. Les planètes telluriques se forment près du Soleil (matériaux rocheux résistants à la chaleur) ; les planètes gazeuses se forment plus loin, où gaz et glaces ont pu se condenser.

🔎  EXEMPLE Le Soleil concentre à lui seul plus de 99 % de la masse totale du Système solaire ; les planètes, satellites, astéroïdes et comètes se sont formés à partir du reste de matière du disque.

3. Les âges géologiques

📘  DÉFINITION L'histoire de la Terre est découpée en grandes périodes appelées ères géologiques, définies notamment à partir des couches de roches (strates) et des fossiles qu'elles contiennent.

Frise chronologique : du Big Bang à aujourd'hui.

⚙️  À RETENIR — QUELQUES DATES CLÉS Big Bang : il y a environ 13,8 milliards d'années. Formation de la Terre : il y a environ 4,6 milliards d'années. Premières formes de vie : il y a environ 3,8 milliards d'années. Extinction des dinosaures : il y a environ 66 millions d'années. Apparition de l'Homme moderne (Homo sapiens) : il y a environ 300 000 ans.

🧭  MÉTHODE Pour situer un événement sur une frise chronologique : calculer d'abord son ancienneté, puis choisir une échelle adaptée (linéaire ou non) selon l'écart entre les durées à représenter.

4. Exercice résolu — voyager dans le passé : quelle histoire nous raconte la photographie d'une galaxie ?

Photographie (illustration) d'une galaxie spirale lointaine.

✏️  EXERCICE RÉSOLU — la photographie d'une galaxie lointaine Une galaxie, nommée « Galaxie A », est photographiée par un télescope. Elle se situe à 65 millions d'années-lumière de la Terre. a) Quel est l'âge de la lumière captée par le télescope, c'est-à-dire le temps écoulé entre son émission et sa capture ? b) À quelle époque géologique cette lumière a-t-elle été émise ? (aide : l'extinction des dinosaures date d'environ − 66 millions d'années) c) Peut-on affirmer que la galaxie photographiée existe encore aujourd'hui exactement comme sur la photo ? Justifier. Solution a) La lumière a mis 65 millions d'années pour nous parvenir, puisqu'elle vient d'une distance de 65 millions d'années-lumière. b) Cette lumière a été émise il y a 65 millions d'années, soit une époque très proche de l'extinction des dinosaures (≈ − 66 millions d'années), à la limite entre l'ère secondaire et l'ère tertiaire. c) Non, on ne peut pas l'affirmer. La photo montre la galaxie telle qu'elle était il y a 65 millions d'années ; elle a pu évoluer depuis (des étoiles y sont nées, ont vieilli ou ont disparu). Il faudrait attendre 65 millions d'années supplémentaires pour observer son état réellement « actuel ».

Fiche de révision express

Organisation de la matière dans l'Univers — Physique-Chimie 3^e — les points essentiels à retenir avant le Brevet.

PARTIE A — DESCRIPTION DE L'UNIVERS

 

⚙️  SYSTÈME SOLAIRE, GALAXIE, UNIVERS Système solaire : le Soleil + 8 planètes (telluriques : Mercure, Vénus, Terre, Mars ; gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) + satellites, astéroïdes, comètes. Galaxie : des centaines de milliards d'étoiles (notre galaxie = la Voie lactée). Univers : des centaines de milliards de galaxies.

⚙️  LES UNITÉS DE DISTANCE UA (unité astronomique) ≈ 150 millions de km — échelle du Système solaire. Année-lumière (al) ≈ 9 461 milliards de km — échelle des étoiles et galaxies. C'est une distance, pas une durée !

🧭  MÉTHODE Ordre de grandeur : écrire en écriture scientifique a × 10ⁿ (1 ≤ a < 10) ; si a < 5, ordre de grandeur = 10ⁿ ; si a ≥ 5, ordre de grandeur = 10ⁿ⁺¹.

⚠️  ATTENTION Voir loin, c'est voir dans le passé : la lumière met du temps à nous parvenir. Un objet observé à distance d est vu tel qu'il était il y a (d ÷ c) années — on ne connaît pas son état « actuel ».

⚙️  DATES CLÉS DE L'HISTOIRE DE L'UNIVERS ET DE LA TERRE Big Bang : − 13,8 milliards d'années. Formation du Système solaire et de la Terre : − 4,6 milliards d'années. Premières formes de vie : − 3,8 milliards d'années. Extinction des dinosaures : − 66 millions d'années. Homo sapiens : − 300 000 ans.

 

PARTIE B — CONSTITUANTS DE L'ATOME

 

⚙️  LA STRUCTURE DE L'ATOME Noyau : protons (charge +) et neutrons (neutres). Électrons (charge −) : gravitent autour du noyau. Numéro atomique Z = nombre de protons. Atome neutre : nombre d'électrons = nombre de protons.

⚠️  ATTENTION La masse de l'atome est concentrée dans le noyau (l'électron est ≈ 2 000 fois plus léger qu'un proton). L'atome est presque vide : le noyau est ≈ 10 000 fois plus petit que l'atome entier.

🔎  EXEMPLE Hydrogène et hélium : éléments les plus abondants dans l'Univers (issus du Big Bang). Sur Terre : oxygène, silicium, aluminium, fer (croûte) ; azote et oxygène (atmosphère : N₂ ≈ 78 %, O₂ ≈ 21 %).

« Nous sommes faits de poussière d'étoiles » : les éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium (carbone, oxygène, fer...) ont été formés par fusion nucléaire dans les étoiles, puis par les supernovae pour les plus lourds encore.

 

Quiz — Organisation de la matière dans l'Univers

50 questions à choix multiple (QCM), une seule bonne réponse par question. La correction est indiquée juste après chaque question. Conseil : cache la réponse avec une feuille et vérifie-toi avant de la lire !

1. Qu'est-ce que le Système solaire ?

a) Le Soleil et l'ensemble des objets qui gravitent autour de lui

b) L'ensemble de toutes les galaxies de l'Univers

c) Une planète tellurique

d) Le nom d'une étoile proche du Soleil

✔ Réponse : a) Le Soleil et l'ensemble des objets qui gravitent autour de lui

2. Parmi ces planètes, laquelle est une planète gazeuse ?

a) Mars

b) Jupiter

c) Vénus

d) Mercure

✔ Réponse : b) Jupiter

3. Comment appelle-t-on la galaxie à laquelle appartient le Système solaire ?

a) Andromède

b) La galaxie du Tourbillon

c) La Voie lactée

d) La Petite Ourse

✔ Réponse : c) La Voie lactée

4. Quelle est la particularité des planètes telluriques ?

a) Elles sont entourées d'anneaux

b) Elles sont composées principalement de gaz

c) Elles sont plus grosses que les planètes gazeuses

d) Elles ont une surface rocheuse solide

✔ Réponse : d) Elles ont une surface rocheuse solide

5. Une unité astronomique (UA) correspond environ à :

a) La distance moyenne Terre-Soleil (≈150 millions de km)

b) La distance parcourue par la lumière en un an

c) Le diamètre du Système solaire

d) La distance Terre-Lune

✔ Réponse : a) La distance moyenne Terre-Soleil (≈150 millions de km)

6. Une année-lumière est :

a) Une durée d'un an exactement

b) Une distance : celle parcourue par la lumière en une année

c) L'unité de mesure de la masse d'une étoile

d) La distance moyenne entre deux planètes voisines

✔ Réponse : b) Une distance : celle parcourue par la lumière en une année

7. Quelle unité utilise-t-on plutôt pour mesurer la distance entre deux galaxies ?

a) Le mètre

b) L'unité astronomique

c) L'année-lumière

d) Le kilogramme

✔ Réponse : c) L'année-lumière

8. La vitesse de la lumière dans le vide est environ égale à :

a) 300 000 m/s

b) 3 000 km/s

c) 150 000 000 km/s

d) 300 000 km/s

✔ Réponse : d) 300 000 km/s

9. Un ordre de grandeur sert à :

a) Comparer rapidement des grandeurs très différentes à l'aide de puissances de 10

b) Calculer précisément une distance en mètres

c) Mesurer la masse d'un atome

d) Déterminer la couleur d'une étoile

✔ Réponse : a) Comparer rapidement des grandeurs très différentes à l'aide de puissances de 10

10. L'écriture scientifique d'un nombre s'écrit sous la forme :

a) a × b, avec a et b entiers

b) a × 10ⁿ, avec 1 ≤ a < 10 et n entier

c) 10 × a, avec a décimal

d) n × 10, avec n < 1

✔ Réponse : b) a × 10ⁿ, avec 1 ≤ a < 10 et n entier

11. L'écriture scientifique du nombre 45 000 000 est :

a) 45 × 10⁶

b) 4,5 × 10⁶

c) 4,5 × 10⁷

d) 0,45 × 10⁸

✔ Réponse : c) 4,5 × 10⁷

12. Le nombre 3,2 × 10⁻³ correspond à :

a) 3200

b) 320

c) 32

d) 0,0032

✔ Réponse : d) 0,0032

13. La distance Terre-Neptune vaut environ 4,5 × 10⁹ km. Son ordre de grandeur est :

a) 10⁹ km

b) 10¹⁰ km

c) 10⁸ km

d) 10⁷ km

✔ Réponse : a) 10⁹ km

14. Le diamètre de la Voie lactée est d'environ 100 000 années-lumière. Cela signifie que :

a) Il faut 100 000 ans pour aller du centre à un bord en fusée

b) La lumière met environ 100 000 ans pour traverser la galaxie

c) La Voie lactée a 100 000 ans d'existence

d) Le Soleil est âgé de 100 000 ans

✔ Réponse : b) La lumière met environ 100 000 ans pour traverser la galaxie

15. Parmi les propositions suivantes, laquelle range les objets du plus petit au plus grand ?

a) Galaxie < Système solaire < Terre < Univers

b) Univers < Galaxie < Système solaire < Terre

c) Terre < Système solaire < Galaxie < Univers

d) Système solaire < Terre < Univers < Galaxie

✔ Réponse : c) Terre < Système solaire < Galaxie < Univers

16. Le Soleil est :

a) Une planète

b) Un satellite

c) Une galaxie

d) Une étoile

✔ Réponse : d) Une étoile

17. Les astéroïdes et les comètes appartiennent :

a) Au Système solaire

b) Uniquement à la Voie lactée

c) À une autre galaxie

d) À l'atmosphère terrestre

✔ Réponse : a) Au Système solaire

18. Pour convertir une distance en kilomètres vers des années-lumière, on :

a) Multiplie par 300 000

b) Divise la distance par la distance parcourue par la lumière en un an (≈9 461 milliards de km)

c) Multiplie par 150 millions

d) Divise par 1,5 × 10⁸

✔ Réponse : b) Divise la distance par la distance parcourue par la lumière en un an (≈9 461 milliards de km)

19. Un élément chimique est caractérisé par :

a) Sa couleur

b) Sa température de fusion

c) Son numéro atomique Z, qui correspond au nombre de protons

d) Son état physique (solide, liquide, gaz)

✔ Réponse : c) Son numéro atomique Z, qui correspond au nombre de protons

20. Les deux éléments chimiques les plus abondants dans l'Univers sont :

a) L'oxygène et le carbone

b) Le fer et le silicium

c) L'azote et l'oxygène

d) L'hydrogène et l'hélium

✔ Réponse : d) L'hydrogène et l'hélium

21. La croûte terrestre est principalement composée de :

a) Oxygène et silicium

b) Hydrogène et hélium

c) Azote et dioxygène

d) Carbone et fer uniquement

✔ Réponse : a) Oxygène et silicium

22. Les éléments chimiques plus lourds que le fer sont principalement formés :

a) Sur Terre, dans le noyau terrestre

b) Lors de l'explosion d'étoiles (supernovae)

c) Dans l'atmosphère terrestre

d) Lors de la formation des comètes uniquement

✔ Réponse : b) Lors de l'explosion d'étoiles (supernovae)

23. Un atome est constitué :

a) Uniquement de protons et d'électrons

b) Uniquement d'un noyau

c) D'un noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons

d) De molécules assemblées entre elles

✔ Réponse : c) D'un noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons

24. La charge électrique d'un proton est :

a) Négative

b) Nulle

c) Variable selon l'élément

d) Positive

✔ Réponse : d) Positive

25. La charge électrique d'un neutron est :

a) Nulle (neutre)

b) Positive

c) Négative

d) Égale à celle de l'électron

✔ Réponse : a) Nulle (neutre)

26. Un atome est électriquement neutre car :

a) Il ne contient pas de neutrons

b) Le nombre d'électrons est égal au nombre de protons

c) Le noyau n'a pas de charge

d) Les électrons n'ont pas de charge

✔ Réponse : b) Le nombre d'électrons est égal au nombre de protons

27. Où se trouve l'essentiel de la masse d'un atome ?

a) Dans le nuage d'électrons

b) Répartie uniformément dans tout l'atome

c) Dans le noyau (protons + neutrons)

d) Dans le vide qui entoure le noyau

✔ Réponse : c) Dans le noyau (protons + neutrons)

28. Le numéro atomique de l'azote est Z = 7. Un atome d'azote possède donc :

a) 7 neutrons et 0 proton

b) 14 électrons

c) 7 électrons et 14 protons

d) 7 protons et 7 électrons

✔ Réponse : d) 7 protons et 7 électrons

29. L'air (atmosphère terrestre) est constitué principalement de :

a) Diazote (≈78 %) et dioxygène (≈21 %)

b) Dioxygène (≈78 %) et diazote (≈21 %)

c) Dioxyde de carbone (≈78 %)

d) Hydrogène et hélium

✔ Réponse : a) Diazote (≈78 %) et dioxygène (≈21 %)

30. Une molécule de dioxygène (O₂) est composée de :

a) 1 atome d'oxygène

b) 2 atomes d'oxygène

c) 2 atomes d'oxygène et 1 atome d'hydrogène

d) 1 atome d'oxygène et 1 atome d'azote

✔ Réponse : b) 2 atomes d'oxygène

31. Le numéro atomique de l'oxygène est Z = 8. Un atome d'oxygène neutre possède :

a) 8 protons et 6 électrons

b) 6 protons et 8 électrons

c) 8 protons et 8 électrons

d) 8 neutrons et 8 protons uniquement

✔ Réponse : c) 8 protons et 8 électrons

32. Une molécule de diazote se note :

a) O₂

b) N

c) NO₂

d) N₂

✔ Réponse : d) N₂

33. Les éléments chimiques qui composent le corps humain (carbone, oxygène, azote...) ont été :

a) Formés dans des étoiles, puis dispersés dans l'Univers

b) Créés uniquement sur Terre

c) Apportés uniquement par les comètes

d) Présents depuis toujours sous cette forme, avant le Big Bang

✔ Réponse : a) Formés dans des étoiles, puis dispersés dans l'Univers

34. Pourquoi dit-on que « voir loin dans l'Univers, c'est voir dans le passé » ?

a) Parce que les étoiles sont immobiles

b) Parce que la lumière met du temps à nous parvenir : on observe un objet tel qu'il était lors de l'émission de la lumière

c) Parce que le temps s'écoule plus vite loin de la Terre

d) Parce que les télescopes déforment le temps

✔ Réponse : b) Parce que la lumière met du temps à nous parvenir : on observe un objet tel qu'il était lors de l'émission de la lumière

35. La lumière du Soleil met environ 8 minutes pour arriver jusqu'à nous. Cela signifie que :

a) Le Soleil est éteint depuis 8 minutes

b) On voit le Soleil 8 minutes avant qu'il n'existe

c) On voit le Soleil tel qu'il était il y a 8 minutes

d) La distance Terre-Soleil est de 8 km

✔ Réponse : c) On voit le Soleil tel qu'il était il y a 8 minutes

36. Si une étoile est photographiée à 500 années-lumière, peut-on être certain qu'elle existe encore aujourd'hui ?

a) Oui, car la lumière ne change jamais

b) Oui, car toutes les étoiles sont éternelles

c) Non, car la photo ne montre jamais une étoile réelle

d) Non, on ne peut pas l'affirmer : on ne verrait un changement que 500 ans après qu'il se soit produit

✔ Réponse : d) Non, on ne peut pas l'affirmer : on ne verrait un changement que 500 ans après qu'il se soit produit

37. Le Système solaire s'est formé il y a environ :

a) 4,6 milliards d'années

b) 13,8 milliards d'années

c) 66 millions d'années

d) 4 600 ans

✔ Réponse : a) 4,6 milliards d'années

38. Le Système solaire s'est formé à partir :

a) D'une planète détruite

b) D'un nuage de gaz et de poussières qui s'est effondré sous l'effet de la gravitation (nébuleuse solaire)

c) D'une étoile déjà existante qui s'est dédoublée

d) De comètes assemblées entre elles

✔ Réponse : b) D'un nuage de gaz et de poussières qui s'est effondré sous l'effet de la gravitation (nébuleuse solaire)

39. Lors de la formation du Système solaire, pourquoi les planètes telluriques se sont-elles formées près du Soleil ?

a) Parce qu'elles sont plus légères

b) Parce que le Soleil les attirait moins fortement

c) Parce que seuls les matériaux rocheux résistent à la chaleur proche du Soleil

d) Parce qu'elles se sont formées en dernier

✔ Réponse : c) Parce que seuls les matériaux rocheux résistent à la chaleur proche du Soleil

40. L'âge de la Terre est estimé à environ :

a) 3,8 millions d'années

b) 13,8 milliards d'années

c) 66 millions d'années

d) 4,6 milliards d'années

✔ Réponse : d) 4,6 milliards d'années

41. Les premières formes de vie sur Terre sont apparues il y a environ :

a) 3,8 milliards d'années

b) 4,6 milliards d'années

c) 66 millions d'années

d) 300 000 ans

✔ Réponse : a) 3,8 milliards d'années

42. L'extinction des dinosaures a eu lieu il y a environ :

a) 4,6 milliards d'années

b) 66 millions d'années

c) 3,8 milliards d'années

d) 13,8 milliards d'années

✔ Réponse : b) 66 millions d'années

43. Les âges géologiques de la Terre sont notamment définis grâce à :

a) La couleur du ciel à chaque époque

b) Le nombre de planètes visibles

c) Les couches de roches (strates) et les fossiles qu'elles contiennent

d) La position exacte du Soleil

✔ Réponse : c) Les couches de roches (strates) et les fossiles qu'elles contiennent

44. L'apparition de l'être humain moderne (Homo sapiens) est estimée à environ :

a) 4,6 milliards d'années

b) 66 millions d'années

c) 3,8 milliards d'années

d) 300 000 ans

✔ Réponse : d) 300 000 ans

45. Une frise chronologique permet de :

a) Situer des événements dans le temps les uns par rapport aux autres

b) Mesurer la masse d'un objet céleste

c) Calculer une vitesse

d) Déterminer la composition chimique d'une étoile

✔ Réponse : a) Situer des événements dans le temps les uns par rapport aux autres

46. Si une galaxie se situe à 65 millions d'années-lumière, la lumière reçue aujourd'hui a été émise il y a :

a) 65 ans

b) 65 millions d'années

c) 65 milliards d'années

d) 65 000 ans

✔ Réponse : b) 65 millions d'années

47. Observer une galaxie très lointaine avec un télescope permet notamment de :

a) Voir son état exact à l'instant présent

b) Connaître sa température actuelle avec certitude

c) Étudier à quoi ressemblait l'Univers il y a très longtemps

d) Modifier son passé

✔ Réponse : c) Étudier à quoi ressemblait l'Univers il y a très longtemps

48. Le Big Bang est estimé s'être produit il y a environ :

a) 4,6 milliards d'années

b) 66 millions d'années

c) 3,8 milliards d'années

d) 13,8 milliards d'années

✔ Réponse : d) 13,8 milliards d'années

49. Entre le Big Bang et la formation du Système solaire, il s'est écoulé environ :

a) 9,2 milliards d'années (13,8 − 4,6)

b) 4,6 milliards d'années

c) 66 millions d'années

d) 300 000 ans

✔ Réponse : a) 9,2 milliards d'années (13,8 − 4,6)

50. Pourquoi dit-on parfois que « nous sommes faits de poussière d'étoiles » ?

a) Parce que la poussière terrestre vient de la Lune

b) Parce que les atomes qui composent notre corps (carbone, oxygène...) ont été formés dans des étoiles avant de se retrouver sur Terre

c) Parce que les étoiles sont faites de sable

d) Parce que les astronautes ramènent de la poussière d'étoile

✔ Réponse : b) Parce que les atomes qui composent notre corps (carbone, oxygène...) ont été formés dans des étoiles avant de se retrouver sur Terre

 

Exercice guidé façon Brevet

Convertir des kilomètres en années-lumière

📘  DÉFINITION Contexte : la galaxie d'Andromède, notre plus proche grande galaxie voisine, se situe à environ 2,5 × 10¹⁹ km de la Terre. On souhaite exprimer cette distance en années-lumière.

Données :

• Vitesse de la lumière dans le vide : c = 300 000 km/s = 3 × 10⁵ km/s.

• Une année compte environ 365,25 jours, soit environ 3,156 × 10⁷ secondes.

Étape 1 — Calculer la distance parcourue par la lumière en une seconde. ✔ La lumière parcourt 3 × 10⁵ km en une seconde (c'est la définition de la vitesse de la lumière c).

 

Étape 2 — Calculer la distance parcourue par la lumière en une année (1 année-lumière), à l'aide de la relation distance = vitesse × durée. ✔ 1 al = c × durée d'une année = 3 × 10⁵ × 3,156 × 10⁷ ≈ 9,468 × 10¹² km, soit ≈ 9 461 milliards de km (valeur usuelle arrondie).

 

Étape 3 — Convertir la distance de 2,5 × 10¹⁹ km en années-lumière, en divisant par la distance d'une année-lumière. ✔ 2,5 × 10¹⁹ ÷ (9,461 × 10¹²) ≈ 2,64 × 10⁶ al, soit environ 2,6 millions d'années-lumière.

 

Étape 4 — Conclure : que signifie ce résultat pour un observateur sur Terre ? ✔ La lumière que nous recevons aujourd'hui de la galaxie d'Andromède a été émise il y a environ 2,6 millions d'années : nous observons cette galaxie telle qu'elle était à cette époque, pas telle qu'elle est « maintenant ».

💡 À retenir pour le Brevet : pour convertir une distance en années-lumière, on divise toujours cette distance (en km) par la distance parcourue par la lumière en une année (≈ 9 461 milliards de km, ou 9,461 × 10¹² km).