Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante de celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère. Sa température moyenne et sa pression atmosphérique de surface permettent l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère. Aux facteurs physiques et géologiques (activité solaire, distance au Soleil, tectonique) s’est ajoutée l’émergence des êtres vivants et de leurs métabolismes.

Le système climatique et son évolution dans le temps résultent de plusieurs facteurs naturels et d’interactions entre océans, atmosphère, biosphère, lithosphère et cryosphère. Il est nécessaire de prendre en compte ces interactions à différentes échelles spatiales et temporelles (de l’année au million d’années, voire davantage). Le système climatique présente une variabilité spontanée et réagit aux perturbations de son bilan énergétique par des mécanismes appelés rétroactions. Les facteurs anthropiques ont des conséquences irréversibles à court terme. Les notions d’équilibre radiatif de la Terre et d’effet de serre atmosphérique, étudiées en classe de première, sont mobilisées.

L’analyse du système climatique, réalisée à l’aide de modèles numériques, repose sur des mesures et des calculs faisant appel à des lois physiques, chimiques, biologiques connues. Assorties d’hypothèses portant sur l’évolution de la production des gaz à effet de serre, les projections issues de ces modèles dessinent des fourchettes d’évolution et des scénarios du système climatique au XXIe siècle.

Depuis le XIXe siècle, les progrès de la recherche scientifique fondamentale et de l’invention technique ont conduit à développer des générateurs électriques performants. Historiquement, le développement des techniques d’obtention d’énergie électrique s’est appuyé sur des découvertes expérimentales et des avancées théoriques qui furent souvent le résultat de recherches dont ce développement n’était pas le but premier. Il est ainsi fréquent que les résultats de la recherche fondamentale aboutissent à des innovations technologiques non anticipées.

L’énergie électrique joue un rôle central aujourd’hui et présente plusieurs avantages : une distribution sûre, des réseaux de distribution étendus, des convertisseurs de bon rendement permettant d’obtenir l’énergie électrique ou de la transformer en d’autres formes d’énergie. L’existence de procédés d’obtention d’énergie électrique sans combustion justifie son importance actuelle et future.

La consommation mondiale d’énergie, en forte augmentation, fait majoritairement appel aux combustibles fossiles dont l’utilisation est la principale cause du changement climatique.
Les activités humaines modifient de manière rapide certains flux associés au cycle du carbone. Dans ce contexte, l’estimation d’une empreinte carbone est essentielle pour élaborer des scénarios et fixer des objectifs de réduction. Les différents scénarios de l’évolution globale du climat dépendent des stratégies que l’humanité mettra en œuvre.

Évaluer la biodiversité à différentes échelles spatiales et temporelles représente un enjeu majeur pour comprendre sa dynamique et les conséquences des actions humaines. Les populations évoluent au cours du temps. Des modèles mathématiques probabilistes et des outils statistiques permettent d’étudier les mécanismes évolutifs impliqués.

Les concepts de biologie évolutive ont une large portée explicative, présentée ici à travers plusieurs exemples. Ils
permettent de comprendre l’anatomie comme le résultat d’une longue histoire évolutive, faite d’adaptations, de
hasard, de contingences et de compromis. Les concepts de variation et de sélection naturelle éclairent des pratiques
humaines (médicales et agricoles) et certaines de leurs conséquences.

La paléoanthropologie construit un récit scientifique de nos origines à partir des archives fossiles. La phylogénie permet
d’étudier les relations de parenté entre les espèces actuelles et les fossiles d’hominidés.

Prédire l’évolution de l’effectif d’une population humaine et des ressources qui lui sont nécessaires est un enjeu
majeur du développement durable.
Pour prédire ces évolutions, les scientifiques utilisent des modèles mathématiques. La démarche de modélisation
comporte notamment le choix d’un modèle et le contrôle de sa validité. La présentation de l’exemple historique de
Malthus permet de mettre en œuvre cette démarche mathématique dans le cas discret.

L’être humain n’a cessé d’accroître sa capacité d’action sur le monde, utilisant son intelligence pour construire des outils et des machines. Dans le contexte du traitement automatique de l’information (informatique), il a élaboré un mode de pensée algorithmique susceptible d’être codé dans des langages permettant de commander des machines.
Plus largement, le terme « intelligence artificielle » (IA) se définit comme un champ interdisciplinaire théorique et pratique qui a pour objet la compréhension de mécanismes de la cognition et de la réflexion, et leur imitation par un dispositif matériel et logiciel, à des fins d’assistance ou de substitution à des activités humaines : reconnaître et localiser des objets dans une image, conduire une voiture, traduire un texte, dialoguer, etc. Un champ de l’intelligence artificielle ayant récemment permis des applications spectaculaires est celui de l’apprentissage automatique.