Première : Article 5 - Programmes spécialités SVT

Bonjour,

Aujourd'hui nous allons parler de la Spécialité SVT en Première.

En 2021, la spécialité SVT est la quatrième spécialité la plus choisie par les élèves de Première (39,5%).

Cette spécialité scientifique a 3 objectifs : 

1. Acquérir une culture scientifique solidement basée sur les concepts fondamentaux de la Biologie et de la Géologie,
2. Appréhender notre monde et son évolution dans une perspective scientifique pour participer à l'éducation civique et former son esprit critique,
3. Préparer à une formation scientifique dans l'enseignement supérieur.

En Première, il y a 4h par semaine par spécialité, donc 4h dédiées à la spécialité SVT si vous la choisissez.

En cours, le professeur alterne entre théorie et activités expérimentales.

Les expérimentations en SVT sont essentielles à l'apprentissage de la démarche scientifique. Grâce à elles, les élèves apprennent à établir un protocole, à formuler une hypothèse et à tester sa validité en réalisant une expérience.

Chapitre 1 : Transmission, variation et expression du patrimoine génétique

1/ Les divisions cellulaires des eucaryotes 

Notions fondamentales : diploïde, haploïde, méiose, phases du cycle cellulaire eucaryote : G1, S (synthèse d'ADN), G2, mitose (division cellulaire), fuseau mitotique ou méiotique.

Capacités

- Réaliser et observer des préparations au microscope de cellules eucaryotes en cours de division, colorées de manière à faire apparaître les chromosomes.

- À partir d’images, réaliser des caryotypes à l’aide d’un logiciel et les analyser.

- Recenser, extraire et exploiter des informations permettant de caractériser les phases d'un cycle cellulaire eucaryote. 

2/ La réplication de l'ADN

Notions fondamentales : réplication semi conservative, ADN polymérase, clone.

Objectifs : savoir comment relier l'échelle cellulaire (mitose, chromosomes) à l'échelle moléculaire (ADN).

Capacités

- Présenter une démarche historique sur l’identification ou la composition chimique des chromosomes.

- Calculer la longueur totale d’une molécule d’ADN dans un chromosome et de l’ensemble de l’ADN d’une cellule humaine ; comparer avec le diamètre d’une cellule. Calculer la longueur d’ADN de l’ensemble des cellules humaines.

- Exploiter les informations d’une expérience historique ayant permis de montrer que la réplication est un mécanisme semi-conservatif.

- Utiliser des logiciels ou analyser des documents permettant de comprendre le mécanisme de réplication semi-conservative.

- Observer des images montrant des molécules d'ADN en cours de réplication.

- Calculer la vitesse et la durée de réplication chez une bactérie (E. coli) et chez un eucaryote.

- Concevoir et/ou réaliser une réaction de PCR (amplification en chaîne par polymérase) en déterminant la durée de chaque étape du cycle de PCR. Calculer le nombre de copies obtenues après chaque cycle. 

3/ Mutations de l'ADN et variabilité génétique

Notions fondamentales : allèles, mutations, nature et fréquence des mutations, mutations spontanées et induites, systèmes de réparation, ADN polymérase.

Objectifs : les élèves acquièrent des connaissances fondamentales sur la formation des mutations. La notion d’allèles s’applique à tout segment d’ADN codant ou non. 

Capacités

- Concevoir et réaliser un protocole pour étudier l'action d'un agent mutagène (par exemple les UV) sur la survie des cellules et sur l'apparition de mutants. Quantifier.

- Recenser et exploiter des informations permettant de montrer l'influence d'agents mutagènes physiques (rayonnements) ou chimiques (molécules).

- Recenser et exploiter des informations permettant de caractériser des mutations.

- Recenser et exploiter des informations sur la diversité allélique au sein des populations (par exemple humaine).

- Recenser et exploiter des informations de recherche sur les génomes des trios (père, mère, enfant) afin de se faire une idée sur la fréquence et la nature des mutations spontanées chez l’être humain.

- Exploiter des bases de données pour mettre en relation des mutations et leurs effets. 

4/ L'histoire humaine lue dans son génome

Objectifs : les élèves apprennent que les génomes portent en eux-mêmes les traces de l’histoire de leurs ancêtres. Ces traces s’altèrent avec le temps mais permettent néanmoins de remonter à un grand nombre de générations.

Capacités

- Rechercher et exploiter des documents montrant comment a été déterminée la première séquence du génome humain.

- Explorer quelques stratégies et outils informatiques de comparaisons de séquences entre génomes individuels.

- Calculer le nombre de générations humaines successives en mille, dix mille et cent mille ans et en déduire le nombre théorique d’ancêtres de chacun d’entre nous à ces dates. Conclure.

- Rechercher et exploiter des documents sur les génomes de néandertaliens et/ou de denisoviens.

- Rechercher et exploiter des documents montrant l’existence d’allèles néandertaliens dans les génomes humains actuels. 

5/ L'expression du patrimoine génétique

Notions fondamentales : transcription, traduction, pré-ARNm, ARNm, codon, riboses, génotype, phénotype.

Objectifs : les élèves relient un gène à ses produits (ARN et protéines) et comprennent ainsi que l’existence d'une étape intermédiaire (ARN) permet de nombreuses régulations. Ils appréhendent la différence essentielle entre information et code.

Capacités

- Calculer le nombre de combinaisons possibles de séquences de n nucléotides de longueur quand n grandit. Comparer à un code binaire utilisé en informatique.

- Calculer le nombre de combinaisons possibles de séquences de n acides aminés quand n grandit. Comparer au calcul réalisé pour l’ADN.

- Mener une démarche historique ou une étude documentaire sur le séquençage des macromolécules (protéines, ARN et ADN).

- Mener une démarche historique ou une étude documentaire permettant de comprendre comment les ARN messagers ont été découverts.

- Rechercher et exploiter des documents montrant la synthèse et la présence d'ARN dans différents types cellulaires ou dans différentes conditions expérimentales.

- Étudier les expériences historiques permettant de comprendre comment le code génétique a été élucidé.

- Concevoir un algorithme de traduction d’une séquence d’ARN et éventuellement le programmer dans un langage informatique (par exemple Python).

- Rechercher et exploiter des documents montrant la synthèse de protéines hétérologues après transgénèse (illustrant l’universalité du code génétique).

- Caractériser à l’aide d’un exemple les différentes échelles d’un phénotype (moléculaire, cellulaire, de l’organisme). 

6/ Les enzymes, des biomolécules aux propriétés catalytiques

Notions fondamentales : catalyse, substrat, produit, spécificité.

Objectifs : il s’agit de montrer que les enzymes, issus de l’expression génétique d’une cellule, sont essentiels à la vie cellulaire et sont aussi des marqueurs de sa spécialisation.

Capacités

- Étudier les relations enzyme-substrat au niveau du site actif par un logiciel de modélisation moléculaire. - Concevoir et réaliser des expériences utilisant des enzymes et permettant d’identifier leurs spécificités. - Étudier des profils d’expression de cellules différenciées montrant leur équipement enzymatique.

- Étudier l’interaction enzyme-substrat en comparant les vitesses initiales des réactions et faisant varier soit la concentration en substrat ; soit en enzyme. Utiliser des tangentes à t0 pour calculer la vitesse initiale. 

Chapitre 2 : La dynamique interne de la Terre

1/ La structure du globe terrestre

Objectifs : par la découverte des deux croûtes, les élèves acquièrent les données fondamentales sur les principales roches rencontrées (basalte, gabbro, granites). 

Capacités

- Mettre en relation des cartes et/ou des logiciels de visualisation des reliefs avec la courbe de distribution bimodale.

- Utiliser des cartes géologiques (carte géologique mondiale) comme des données d’observation directe (faille VEMA, forages) pour identifier les compositions des croûtes océaniques et continentales.

- Utiliser la carte de France au millionième pour identifier la répartition des principaux types de roches sur le territoire.

- Effectuer des mesures de densité sur des roches continentales et océaniques.

- Mener une observation comparative des roches des croûtes océanique et continentale (composition, structure, etc.). 

Notions fondamentales : contraintes, transmission des ondes sismiques, failles, réflexion, réfraction, zones d’ombre.

Objectifs : l’étude sismologique permet ici d’affiner la compréhension de la structure du globe terrestre et de la lithosphère au-delà de la vision du risque sismique appréhendé par les élèves au collège. Grâce au croisement de différentes méthodes, les élèves accèdent à la connaissance de la structure thermique du globe de manière à pouvoir mobiliser ensuite les données thermiques dans l’explication de mécanismes géologiques étudiés. 

Capacités

- Consulter et exploiter une base de données sismologiques.

- Traiter des données sismologiques.

- Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide de dispositifs d’expérimentation assisté par ordinateur, ou des microcontrôleurs pour étudier la propagation d’ondes à travers des matériaux de nature pétrographique différente ou de comportement mécanique différent.

- Étudier par expérimentation assistée par ordinateur et/ou par modélisation analogique les paramètres à l’origine des modifications de la vitesse des ondes (nature du matériau, de sa rigidité/plasticité, effet de la température).

- Étudier la propagation profonde des ondes (zone d’ombre, mise en évidence des discontinuités) en utilisant les lois de Snell-Descartes et/ou mettant en œuvre un modèle analogique pour montrer les zones d’ombre.

- Utiliser des profils de vitesse et de densité du modèle PREM.

- Analyser des courbes d’augmentation de la température en fonction de la profondeur (mines, forages) ; croiser des données thermiques, des données de composition chimique, avec les données sismiques pour comprendre le modèle de la structure thermique de la Terre.

- Calculer la température au centre de la Terre en utilisant le gradient géothermique de surface et apprécier sa validité au regard de l’état physique des matériaux.

- Réaliser des modèles analogiques pour appréhender la conduction et la convection.

- Montrer l’existence d’hétérogénéités thermiques dans le manteau par des données de tomographies sismiques, tout en attirant l’attention sur l’amplitude des variations par rapport au modèle PREM. 

2/ La dynamique de la lithosphère

Notions fondamentales : morphologie d’une dorsale et d’une zone de subduction, failles normales et inverses, remontée asthénosphérique, magmatisme et roches associées, hydrothermalisme, augmentation de densité, panneau plongeant, fusion partielle, déformation, plis, chevauchement.

Objectifs : dans un premier temps, les élèves remobilisent leurs acquis du collège pour préciser et quantifier les mouvements des plaques lithosphériques en croisant différentes méthodes. Ainsi, ils appréhendent mieux les ordres de grandeurs (vitesse) de la dynamique lithosphérique. Ensuite, s’appuyant sur différents faits géologiques, ils découvrent les principaux phénomènes de la dynamique terrestre. Pour l'étude de marqueurs de la collision, des exemples pourront être pris dans toute chaîne active ou récente (Alpes, Pyrénées et Himalaya). Dans cette partie, les élèves trouvent aussi une explication à la formation des types de roches qu’ils ont identifiés dans la première partie. 

Capacités

- Identifier en utilisant des données sismiques les plaques lithosphériques.

- Analyser des bases de données de vitesse de déplacement (mesure laser, mesures GPS).

- Analyser et mettre en relation le flux géothermique surfacique et le contexte géodynamique à partir de cartes des flux géothermiques surfaciques.

- Étudier des données magnétiques ou sédimentaires permettant d’établir la divergence de part et d’autre de la dorsale.

- Étude de données sur les dorsales (bathymétrie, forages, etc.). 

- Études de l’affleurement à la roche des basaltes/gabbros/péridotites et leurs équivalents hydratés (serpentinite, gabbros à hornblende, etc.).

- Calcul de la densité moyenne de l’ensemble croûte – manteau lithosphérique en fonction de son épaisseur, puis de son âge en utilisant une loi empirique reliant épaisseur et âge. 

- Analyser les résultats de différentes méthodes pour identifier le plan de Wadati-Benioff.

- Relier la minéralogie des roches (présence de minéraux hydroxylés) mises en place (andésite, rhyolite, granites) et l'état d'hydratation du magma.

- Utiliser le diagramme de phases des péridotites pour montrer les effets de l’hydratation.

- Comparer la minéralogie d'échantillons illustrant la déshydratation de la lithosphère (schiste bleu ; éclogite).

- Discuter les relations entre vitesse d’accrétion et pourcentage de subduction aux frontières de plaques. - En considérant la densité moyenne de la lithosphère et celle de l’asthénosphère, déterminer l’épaisseur et l’âge de la lithosphère qui induiraient un déséquilibre gravitaire. Confronter les valeurs aux situations réellement observées.

- Recenser, extraire et organiser des données de terrain entre autres lors d'une sortie.

- Observer les profils ECORS (Étude de la Croûte Continentale et Océanique par Réflexion Sismique).

- Repérer à différentes échelles, des indices simples de modifications tectoniques, du raccourcissement et de l'empilement (par exemple avec des données sur la chaîne himalayenne). 

Chapitre 1 : Ecosystèmes et services environnementaux

1/ Les écosystèmes : des interactions dynamiques entre les êtres vivants et entre eux et leur milieu 

Objectifs : les élèves comprennent la complexité d’un système écologique, en caractérisent l’organisation (frontière, élément, flux, interactions). Ils apprennent qu’il n’y a pas d’équilibre stable des écosystèmes mais des équilibres dynamiques susceptibles d’être bousculés (perturbation, résilience, perturbation irréversible). 

Capacités

- Extraire et organiser des informations, issues de l’observation directe sur le terrain, pour savoir décrire les éléments et les interactions au sein d’un système. Comprendre l’importance de la reproductibilité des protocoles d’échantillonnage pour suivre la dynamique spatio-temporelle d’un système.

- Utiliser des outils simples d’échantillonnage pour mettre en évidence la répartition de certaines espèces en fonction des conditions du milieu.

- Décrire à l’aide d’observations et de préparations microscopiques et d’expériences les modalités de certaines interactions (exemple : symbiose mycorhizienne, parasitisme avec une galle sur une feuille, etc.).

- Savoir représenter un réseau d’interactions biotiques afin de mettre en évidence sa structure (liens) et sa richesse.

- Mesurer la biomasse et la production d’un écosystème à différents niveaux du réseau trophique.

- Construire un cycle biogéochimique simplifié avec ces réservoirs et ces flux (on recommande le carbone) dans lequel l’écosystème intervient. Calculer un bilan de matière, considérant l’écosystème comme ouvert. 

2/ L’humanité et les écosystèmes : les services écosystémiques et leur gestion

Notions fondamentales : écosystème, interactions, biodiversité, relations interspécifiques, équilibre dynamique, services écosystémiques. 

Objectifs : transformer l’approche anthropocentrée en une approche écocentrée où l’Homme est un élément des écosystèmes. Comprendre que la démarche scientifique permet d’apporter des solutions à des problèmes écologiques complexes.

Capacités

- Inscrire l’espèce humaine dans la représentation construite du réseau d’interactions.

- Prendre conscience de notre interdépendance avec le monde vivant qui nous entoure. Comprendre que la plupart des forêts actuelles (et autres écosystèmes) reflètent aussi un projet d’aménagement.

- Recueillir et analyser des données avant, pendant et après la perturbation d’un écosystème (incendie, destruction, etc.).

- Recenser, extraire et organiser des informations, notamment historiques et de terrain, pour identifier les impacts des activités humaines sur les écosystèmes.

- Mettre en œuvre une démarche de projet (recherche documentaire, récolte et traitement de données, etc.) pour faire appréhender les services écosystémiques (ses acteurs et ses mécanismes) et proposer des solutions de gestion durable des écosystèmes.

- Connaître les débats existant autour de la monétarisation des services écosystémiques.

- Comprendre l’importance de la démarche scientifique dans une gestion éclairée et modulable des écosystèmes afin de profiter durablement des services écosystémiques.

- Prendre conscience de la responsabilité humaine et du débat sociétal face à l’environnement et au monde vivant. 

Chapitre 1 : Variation génétique et santé

1/ Mutations et santé

Notion fondamentale : risque génétique, thérapie génique

Objectifs : les élèves comprennent les causes, le mode de transmission, les effets phénotypiques et les traitements possibles d’une maladie génétique monogénique.

Capacités :

- Recenser, extraire et organiser des informations pour :  

• établir l’origine génétique d’une maladie ou d’un syndrome à partir d’arbres généalogiques ;  

• prédire les risques génétiques des nouvelles générations en calculant leur probabilité (conseil génétique).

- Recenser, extraire et organiser des informations relatives à une maladie génétique monogénique suffisamment fréquente pour que l’on puisse disposer d’un catalogue d’allèles permettant de relier un génotype au phénotype. La mucoviscidose est suggérée en raison de la diversité des allèles mutés dans la population, mais le professeur pourra préférer d’autres exemples (drépanocytose, béta-thalassémie, myopathie de Duchenne, etc.).

- Recenser, extraire et organiser des informations relatives aux traitements médicaux envisageables en fonction de la variété des manifestations pathologiques observées (tissus affectés, âge moyen d’apparition des symptômes, sévérité du syndrome, etc.). 

2/ Patrimoine génétique et santé

Objectifs : les élèves doivent savoir que la détermination des causes d’une maladie repose sur un mode de raisonnement et des outils statistiques. Une pathologie précise (maladie cardiovasculaire ou diabète de type II, par exemple) est utilisée pour illustrer le thème. Les élèves développent leur esprit critique face aux discours simplificateurs (facteurs dit déterminants, génétiques ou non, etc.).

Capacités

- Recenser, extraire et organiser des informations pour identifier :  

• l’origine multigénique de certaines pathologies ;  

• l’influence de facteurs environnementaux.

- Identifier, dans le cas d’une maladie à causalité multifactorielle, les principes, les intérêts et les limites de l’épidémiologie (descriptive ou analytique) et de ses méthodes (étude de cohortes et témoins).

- Mener une analyse statistique simple sur des données de santé ; cartographier une pathologie en la visualisant sur un système d’information géoscientifique, par exemple.

- Appréhender de manière critique les conditions de validité d’affirmations lues ou entendues concernant la responsabilité d’un gène ou d’un facteur de l’environnement dans le développement d’une maladie.

- Savoir expliciter ses comportements face à un risque de santé pour exercer sa responsabilité individuelle ou collective. 

3/ Altérations du génome et cancérisation

Notions fondamentales : mutations, cancérisation, facteurs de risques.

Objectifs : les élèves acquièrent les connaissances fondamentales sur le développement des cancers, sur leurs origines et leurs formes multiples. Ils comprennent que l’identification de l’origine de certains cancers permet la mise en œuvre de mesures de santé publique.

Capacités

- Recenser, extraire et organiser des informations pour identifier les facteurs de cancérisation (agents mutagènes, infections virales, susceptibilité génétique).

- Estimer l’augmentation du taux de mutation induit par un agent mutagène.

- Recenser les causes multiples pouvant concourir au développement de certains cancers (pulmonaire, hépatique, peau) et les mesures de prévention possibles (limitation de l’exposition aux UV et à diverses pollutions chimiques, politique antitabac, etc.).

- Identifier l’importance, en matière de santé publique, de certains virus liés à la cancérisation (hépatite B, papillomavirus) et connaître les méthodes de prévention possibles (vaccination). 

4/ Variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques

Objectifs : un cas pratique de sélection naturelle dans des populations bactériennes est ici illustré et ses incidences en termes de santé publique, dégagées. 

Capacités

- Étudier un protocole expérimental permettant de montrer la sensibilité ou la résistance de micro-organismes à différents antibiotiques.

- Concevoir et mettre en place un protocole expérimental pour étudier l'apparition de mutants résistants à un antibiotique à partir d'une culture de bactéries sensibles, dans les conditions de sécurité attendues.

- Recenser, extraire et organiser des informations pour :

• identifier la sensibilité ou la résistance de micro-organismes à différents antibiotiques ;

• calculer le taux d'apparition de résistances dans une population ;

• analyser des bases de données sur la résistance aux antibiotiques en France et en Europe (type, incidence dans les populations, relations avec les pratiques de santé et d'élevage, etc.).

- Identifier, sur un exemple, l’intérêt de l’application du raisonnement évolutionniste en matière médicale (prendre en compte l'avantage compétitif des résistants). 

Chapitre 2 : Le fonctionnement du système immunitaire humain

1/ L'immunité innée

Notions fondamentales : organes lymphoïdes, macrophages, phagocytose, médiateurs chimiques de l'inflammation, interleukines, récepteurs de surface, réaction inflammatoire, médicaments anti-inflammatoires.

Objectifs : à partir d’un exemple, les élèves distinguent le déclenchement d'une réaction immunitaire et l'importance de la réaction inflammatoire.

Capacités

- Recenser, extraire et exploiter des informations, sur les cellules et les molécules impliquées dans la réaction inflammatoire aiguë.

- Observer et comparer une coupe histologique ou des documents en microscopie avant et lors d'une réaction inflammatoire aiguë.

- Observer la phagocytose par des cellules immunitaires (macrophages).

- Recenser, extraire et exploiter des informations, y compris expérimentales, sur les effets de médicaments antalgiques et anti-inflammatoires. 

2/ L'immunité adaptative

Notions fondamentales : cellules présentatrices de l'antigène, lymphocytes B, plasmocytes, immunoglobulines (anticorps), lymphocytes T CD4, lymphocytes T auxiliaire, lymphocytes T CD8, lymphocytes T cytotoxiques ; sélection, amplification (expansion) et différenciation clonale.

Objectifs : le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) sera évoqué sans description détaillée. Par l’étude d’un cas d'une infection virale (par exemple la grippe), les élèves comprennent comment se mettent en place les défenses adaptatives et comment, en collaboration avec les défenses innées, elles parviennent à l'élimination du virus. Par cette étude, on signale le mode d'action du VIH.

Capacités

- Recenser, extraire et exploiter des informations, y compris expérimentales, sur les cellules et les molécules intervenant dans l'immunité adaptative.

- Estimer le nombre et la diversité des cellules et des molécules nécessaires à l’immunité adaptative. Insister sur la notion de combinatoire.

- Concevoir et réaliser une expérience permettant de caractériser la spécificité des molécules intervenant dans l'immunité adaptative.

- Concevoir et réaliser des expériences permettant de mettre en évidence les immunoglobulines lors de la réaction immunitaire. 

3/ L'utilisation de l'immunité adaptative en santé humaine

Objectifs : les élèves découvrent comment l’humanité utilise ses connaissances de l’immunité dans le domaine de la santé. La différence entre la vaccination, préventive, et l’immunothérapie (dont les vaccins thérapeutiques) est soulignée. Les élèves acquièrent les connaissances fondamentales sur la base biologique de la stratégie vaccinale préventive qui permet la protection de l'individu vacciné et de la population. On indique que l'adjuvant du vaccin prépare l'organisme au déclenchement de la réaction adaptative liée au vaccin, un peu comme la réaction inflammatoire prépare la réaction adaptative naturelle.

Capacités

- Recenser, extraire et exploiter des informations historiques sur le principe de la vaccination et ses succès contre de grandes pandémies (variole, poliomyélite, etc.).

- Recenser, extraire et exploiter des informations sur la composition d’un vaccin et sur son mode d'emploi (rappel de vaccination).

- Modéliser et calculer le taux de couverture vaccinale efficace pour un vaccin (par exemple : rougeole).

- Montrer que certains vaccins permettent de lutter indirectement contre des cancers (hépatite B, HPV).

- Prendre conscience que la vaccination est une démarche dans laquelle le bénéfice collectif est très largement supérieur au risque vaccinal individuel.

- Recenser, extraire et exploiter des informations sur la manière dont sont obtenus des anticorps monoclonaux.

- Recenser, extraire et exploiter des informations sur l’utilisation d’anticorps monoclonaux dans le traitement des cancers (par exemple : sein et colon), y compris dans ses composantes économiques.

Merci de m'avoir lue ! Pensez à laisser un commentaire si vous avez des suggestions d'article !

L'article de la semaine prochaine portera sur le programme de Première Spécialité Physique-Chimie.