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Chimie 4ᵉ

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Univers : galaxies, système solaire et éléments chimiques

Les échelles de l’atome à l’Univers en puissances de 10 et la matière lacunaire ; la formation du système solaire, la matière des planètes et l’unité astronomique ; les galaxies, le Big Bang et l’expansion ; les éléments chimiques sur Terre, dans le vivant et dans l’Univers ; leur fabrication dans les étoiles

À propos de cette page
Trois QCM de 12 questions : facile pour les repères (système planétaire, planètes, galaxies, âge de l’Univers, éléments, fusion), moyen pour les calculs (ordres de grandeur, conversions en ua, âges des étoiles, masses d’éléments), difficile pour les raisonnements (planètes géantes, petits corps, Voie lactée, fusion et origine du fer). Chaque réponse est expliquée.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions

  1. Comment appelle-t-on une étoile et l’ensemble des astres qui tournent autour d’elle ?

    • A. un système planétaire
    • B. un amas de galaxies
    • C. une galaxie spirale
    • D. un nuage de gaz et de poussières
    Réponse

    A. un système planétaire — Le nôtre est le système solaire : le Soleil et les astres qui tournent autour de lui.

  2. Que veut dire « la matière est lacunaire » ?

    • A. elle est toujours à l’état gazeux
    • B. elle ne contient aucun atome
    • C. elle est faite surtout de vide
    • D. elle est compacte, sans aucun vide
    Réponse

    C. elle est faite surtout de vide — Le noyau est minuscule devant l’atome, et les étoiles d’une galaxie sont très éloignées les unes des autres : surtout du vide.

  3. De quels éléments les planètes telluriques sont-elles surtout faites ?

    • A. hydrogène et hélium, avec un peu de carbone
    • B. eau, ammoniac et méthane gelés
    • C. or, platine et uranium
    • D. oxygène, silicium, magnésium et fer
    Réponse

    D. oxygène, silicium, magnésium et fer — Formées de roches et de métaux : surtout oxygène, silicium, magnésium et fer.

  4. Quelle part de la masse du système solaire le Soleil rassemble-t-il ?

    • A. environ 49,85 %
    • B. environ 99,85 %
    • C. environ 0,15 %
    • D. environ 74,85 %
    Réponse

    B. environ 99,85 % — Le Soleil rassemble environ 99,85 % de la masse : les planètes ne comptent presque pas.

  5. Quelles planètes du système solaire sont des géantes de glaces ?

    • A. Uranus et Neptune
    • B. Jupiter et Saturne
    • C. Mercure et Mars
    • D. Vénus et la Terre
    Réponse

    A. Uranus et Neptune — Uranus et Neptune, riches en eau, en ammoniac et en méthane ; Jupiter et Saturne sont des géantes gazeuses.

  6. Qu’est-ce que l’unité astronomique (ua) ?

    • A. la distance de la Terre à la Lune
    • B. la distance parcourue par la lumière en un an
    • C. la distance moyenne Terre–Soleil
    • D. le diamètre du Soleil
    Réponse

    C. la distance moyenne Terre–Soleil — 1 ua ≈ 150 millions de km, distance moyenne entre la Terre et le Soleil.

  7. Combien de galaxies l’Univers observable contient-il environ ?

    • A. une seule : la Voie lactée
    • B. 100 à 200 milliards
    • C. environ 10 000
    • D. 200 à 400 milliards
    Réponse

    B. 100 à 200 milliards — 100 à 200 milliards de galaxies ; 200 à 400 milliards, c’est le nombre d’étoiles de la Voie lactée.

  8. Quel est l’âge de l’Univers ?

    • A. environ 4,6 milliards d’années
    • B. environ 2,5 milliards d’années
    • C. environ 138 millions d’années
    • D. environ 13,8 milliards d’années
    Réponse

    D. environ 13,8 milliards d’années — Le Big Bang date d’environ 13,8 milliards d’années ; 4,6 milliards d’années, c’est l’âge du système solaire.

  9. Où trouve-t-on surtout le nickel sur Terre ?

    • A. dans l’air, mêlé à l’azote gazeux
    • B. dans les os et les dents
    • C. dans l’eau des océans
    • D. dans le noyau, avec le fer
    Réponse

    D. dans le noyau, avec le fer — Le nickel accompagne le fer dans le noyau terrestre.

  10. Combien d’éléments chimiques différents connaît-on aujourd’hui ?

    • A. 118, dont 94 présents dans la nature
    • B. 4 : l’eau, l’air, la terre et le feu
    • C. plus d’un million, comme les molécules
    • D. environ 30, tous présents sur Terre
    Réponse

    A. 118, dont 94 présents dans la nature — 118 éléments, dont 94 existent dans la nature ; l’eau, l’air, la terre et le feu ne sont pas des éléments chimiques.

  11. Que libère la fusion nucléaire au cœur du Soleil ?

    • A. du dioxygène et de la vapeur d’eau
    • B. de la fumée et des cendres
    • C. l’énergie que le Soleil rayonne
    • D. du gaz carbonique et de la suie
    Réponse

    C. l’énergie que le Soleil rayonne — La fusion de noyaux d’hydrogène en noyaux d’hélium libère l’énergie que le Soleil rayonne ; ce n’est pas une combustion.

  12. Quels éléments existaient juste après le Big Bang ?

    • A. le carbone, l’oxygène et des traces de fer
    • B. l’hydrogène, l’hélium et des traces de lithium
    • C. le fer, l’or et des traces d’uranium
    • D. les 118 éléments chimiques connus aujourd’hui
    Réponse

    B. l’hydrogène, l’hélium et des traces de lithium — Les autres éléments ont été fabriqués plus tard, dans les étoiles.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. Un grain de sel fin mesure 0,2 mm. Quel est son ordre de grandeur ?

    • A. 10⁻³ m
    • B. 10⁴ m
    • C. 10⁻² m
    • D. 10⁻⁴ m
    Réponse

    D. 10⁻⁴ m — 0,2 mm = 0,000 2 m = 2 × 10⁻⁴ m ; 2 est proche de 1 : 10⁻⁴ m.

  2. Combien de fois la distance Terre–Soleil (10¹¹ m) est-elle plus grande que le diamètre de la Terre (10⁷ m) ?

    • A. 10¹⁸ fois
    • B. 10⁴ fois
    • C. 10⁻⁴ fois
    • D. 10¹¹ fois
    Réponse

    B. 10⁴ fois — 10¹¹ ÷ 10⁷ = 10¹¹⁻⁷ = 10⁴ : dix mille fois.

  3. Une montagne (10³ m) est combien de fois plus grande qu’un grain de poussière (10⁻⁵ m) ?

    • A. 10⁸ fois
    • B. 10⁻² fois
    • C. 10² fois
    • D. 10⁻⁸ fois
    Réponse

    A. 10⁸ fois — 10³ ÷ 10⁻⁵ = 10³⁺⁵ = 10⁸ : soustraire un exposant négatif revient à ajouter.

  4. Une comète passe à 2 ua du Soleil. À quelle distance en km ?

    • A. 7,5 × 10⁷ km
    • B. 3 × 10¹⁶ km
    • C. 3 × 10⁸ km
    • D. 1,5 × 10⁸ km
    Réponse

    C. 3 × 10⁸ km — 2 × 1,5 × 10⁸ = 3 × 10⁸ km.

  5. Un astéroïde est à 4,5 × 10⁸ km du Soleil. À combien d’ua ?

    • A. 30 ua
    • B. 3 ua
    • C. 0,3 ua
    • D. 6,75 ua
    Réponse

    B. 3 ua — 4,5 × 10⁸ ÷ (1,5 × 10⁸) = 4,5 ÷ 1,5 = 3 ua.

  6. Pourquoi n’exprime-t-on pas la distance des étoiles en unités astronomiques ?

    • A. l’ua ne sert qu’à mesurer la distance Terre–Soleil
    • B. les étoiles sont plus proches de nous que Neptune
    • C. l’ua change de valeur en dehors du système solaire
    • D. les nombres seraient énormes : plus de 260 000 ua
    Réponse

    D. les nombres seraient énormes : plus de 260 000 ua — L’étoile la plus proche est déjà à plus de 260 000 ua : pour les étoiles, on utilise l’année-lumière (≈ 63 000 ua).

  7. Une étoile a 11 milliards d’années. Combien de temps après le Big Bang est-elle née ?

    • A. 2,8 milliards d’années
    • B. 11 milliards d’années
    • C. 24,8 milliards d’années
    • D. 6,4 milliards d’années
    Réponse

    A. 2,8 milliards d’années — 13,8 − 11 = 2,8 milliards d’années après le Big Bang.

  8. Une étoile A a 12,6 milliards d’années ; une étoile B est née 3 milliards d’années après le Big Bang. Laquelle est la plus vieille ?

    • A. B, plus vieille de 1,8 milliard d’années que A
    • B. elles ont exactement le même âge
    • C. A, qui a 1,8 milliard d’années de plus que B
    • D. on ne peut pas le savoir sans leurs tailles
    Réponse

    C. A, qui a 1,8 milliard d’années de plus que B — B a 13,8 − 3 = 10,8 milliards d’années ; A en a 12,6 : A est plus vieille de 12,6 − 10,8 = 1,8 milliard d’années.

  9. Quelle masse d’azote contient le corps d’un adulte de 90 kg (azote ≈ 3 %) ?

    • A. 27 kg
    • B. 0,27 kg
    • C. 2,7 kg
    • D. 3 kg
    Réponse

    C. 2,7 kg — 90 × 3 ÷ 100 = 2,7 kg.

  10. Pourquoi l’oxygène et l’hydrogène sont-ils si abondants dans le corps humain ?

    • A. le dioxygène respiré s’accumule dans les cellules
    • B. le corps contient beaucoup d’eau, de formule H₂O
    • C. le corps fabrique ces éléments par fusion nucléaire
    • D. l’hydrogène de l’Univers se dépose sur la peau
    Réponse

    B. le corps contient beaucoup d’eau, de formule H₂O — Le corps est surtout fait d’eau H₂O ; ses autres molécules, construites sur le carbone, contiennent aussi O et H.

  11. Pourquoi la Terre entière est-elle plus riche en fer que sa croûte ?

    • A. des météorites de fer tombent jusqu’au centre de la Terre
    • B. le fer de la croûte s’est évaporé dans l’espace
    • C. le Soleil a déposé du fer au centre de la Terre
    • D. le fer est descendu au centre : il forme le noyau
    Réponse

    D. le fer est descendu au centre : il forme le noyau — Très dense, le fer est descendu vers le centre lors de la formation de la Terre.

  12. Où les atomes de néon d’une enseigne lumineuse ont-ils été fabriqués ?

    • A. au cœur d’étoiles massives, par fusion
    • B. lors du Big Bang, dans les premières minutes
    • C. dans le tube de l’enseigne, par l’électricité
    • D. dans l’atmosphère, sous l’effet du Soleil
    Réponse

    A. au cœur d’étoiles massives, par fusion — Le néon, plus lourd que l’oxygène, est fabriqué par fusion au cœur des étoiles massives, bien avant la naissance du Soleil.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. Un élève écrit : « 9 × 10⁵ m a pour ordre de grandeur 10⁵ m. » Quelle est son erreur ?

    • A. il fallait écrire 10⁴ m : on retire 1 à l’exposant
    • B. il fallait écrire 9 m, sans puissance de 10
    • C. 9 est proche de 10 : c’est 10⁶ m
    • D. il n’y a aucune erreur dans sa réponse
    Réponse

    C. 9 est proche de 10 : c’est 10⁶ m — 9 × 10⁵ m est plus proche de 10 × 10⁵ = 10⁶ m que de 10⁵ m.

  2. Si le Soleil (1,4 million de km) était une bille de 1 cm, l’étoile la plus proche (4 × 10¹³ km) serait à environ…

    • A. 290 km
    • B. 290 m
    • C. 2,9 km
    • D. 29 000 km
    Réponse

    A. 290 km — 4 × 10¹³ ÷ (1,4 × 10⁶) ≈ 2,9 × 10⁷ : la distance vaut 2,9 × 10⁷ fois la bille, soit 2,9 × 10⁷ cm = 290 km. Une galaxie est surtout du vide.

  3. Pourquoi les géantes de glaces contiennent-elles beaucoup d’eau, d’ammoniac et de méthane ?

    • A. des comètes tombées sur elles les ont remplies d’eau
    • B. elles se sont formées loin, où ces composés étaient gelés
    • C. le Soleil les a fabriqués et projetés jusqu’à elles
    • D. ces gaz lourds ont glissé loin du Soleil, vers le bord
    Réponse

    B. elles se sont formées loin, où ces composés étaient gelés — Au-delà de la ligne des glaces, l’eau, l’ammoniac et le méthane étaient solides et se sont ajoutés aux roches.

  4. Pourquoi les astéroïdes et les comètes intéressent-ils tant les scientifiques ?

    • A. ils viennent tous d’une autre galaxie, très lointaine
    • B. ce sont des morceaux du Soleil refroidis
    • C. ils ont été fabriqués lors du Big Bang
    • D. ils gardent la matière du jeune système solaire
    Réponse

    D. ils gardent la matière du jeune système solaire — Les petits corps gardent la matière du début du système solaire, il y a 4,6 milliards d’années.

  5. Par une nuit noire, la Voie lactée apparaît comme une bande blanchâtre dans le ciel. Pourquoi ?

    • A. c’est un nuage de vapeur d’eau très haut dans l’air
    • B. c’est la galaxie d’Andromède, vue de face
    • C. c’est la lumière du Soleil renvoyée par la Lune
    • D. on voit de l’intérieur le disque de notre galaxie
    Réponse

    D. on voit de l’intérieur le disque de notre galaxie — Le Soleil est dans le disque de la Voie lactée : nous voyons ce disque, chargé de milliards d’étoiles, de l’intérieur.

  6. Pourquoi l’Univers est-il encore fait presque entièrement d’hydrogène et d’hélium ?

    • A. les étoiles fabriquent de l’hydrogène à partir du fer
    • B. les étoiles n’en ont transformé qu’une petite partie
    • C. le Big Bang produit encore de l’hydrogène chaque jour
    • D. les éléments plus lourds se sont tous évaporés
    Réponse

    B. les étoiles n’en ont transformé qu’une petite partie — Ces deux éléments viennent du Big Bang ; depuis, les étoiles n’en ont changé qu’une petite partie en éléments plus lourds.

  7. Quel milieu est le plus riche en carbone, en masse ?

    • A. la croûte terrestre
    • B. l’Univers
    • C. le corps humain
    • D. la Terre entière
    Réponse

    C. le corps humain — Environ 18 % dans le corps humain, contre environ 0,5 % dans l’Univers et 0,02 % dans la croûte : le vivant est construit sur le carbone.

  8. Quelle masse d’éléments autres que H et He contiennent 2 kg de matière ayant la composition moyenne de l’Univers ?

    • A. 40 g
    • B. 20 g
    • C. 400 g
    • D. 4 g
    Réponse

    A. 40 g — Tous les autres éléments font environ 2 % : 2 000 × 2 ÷ 100 = 40 g.

  9. D’où vient le fer de notre sang ?

    • A. il a été fabriqué par le Soleil il y a peu
    • B. d’étoiles disparues avant la naissance du Soleil
    • C. il s’est formé dans les premières minutes du Big Bang
    • D. notre corps le fabrique à partir des aliments
    Réponse

    B. d’étoiles disparues avant la naissance du Soleil — Le fer a été fabriqué au cœur d’étoiles disparues avant le Soleil ; nous le tirons des aliments, mais le corps ne le fabrique pas.

  10. Dans une étoile massive, les fusions successives s’arrêtent au fer. Pourquoi ?

    • A. le fer est l’élément le plus lourd qui existe
    • B. le fer ne fond pas, même très chaud
    • C. le fer est attiré par les aimants
    • D. au-delà, la fusion ne libère plus d’énergie
    Réponse

    D. au-delà, la fusion ne libère plus d’énergie — Au-delà du fer, la fusion consomme de l’énergie : le cœur s’effondre, l’étoile explose.

  11. Les étoiles d’une galaxie lointaine contiennent de l’hydrogène, de l’hélium, du carbone, du fer… Que montre cette observation ?

    • A. la matière est de même nature dans tout l’Univers
    • B. chaque galaxie possède ses propres éléments chimiques
    • C. ces atomes sont venus de la Voie lactée par la lumière
    • D. le fer n’existe que dans les galaxies lointaines
    Réponse

    A. la matière est de même nature dans tout l’Univers — Partout les mêmes éléments, qui obéissent aux mêmes lois : la matière est de même nature dans tout l’Univers.

  12. La fusion nucléaire au cœur du Soleil est-elle une transformation chimique ?

    • A. oui, comme une combustion
    • B. oui, car de l’hélium se forme
    • C. non : ce sont les noyaux qui changent
    • D. non, car elle ne libère pas d’énergie
    Réponse

    C. non : ce sont les noyaux qui changent — Dans une transformation chimique, les atomes se conservent ; dans la fusion, des noyaux d’hydrogène deviennent des noyaux d’hélium.

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