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CHAPITRE 6 : ÉNERGIE SOLAIRE ET PHOTOSYNTHÈSE
Comment l’énergie solaire est-elle utilisée par la biosphère ?
I- LE SOLEIL, SOURCE D’ENERGIE DES ETRES VIVANTS:
Bilan 1 : Grâce à des pigments comme la chlorophylle, les végétaux absorbent une partie de la lumière visible, le reste de la lumière les éclairant étant transmis ou réfléchi. Au final, une faible partie de la lumière solaire reçue au niveau des feuilles va permettre de réaliser la photosynthèse, c’est-à-dire la synthèse de matière organique à partir de dioxyde de carbone, d’eau et de sels minéraux.
À l’échelle de la planète, les végétaux verts utilisent de cette manière environ 0,1 % de la puissance solaire totale disponible, et convertissent ainsi une partie de l’énergie solaire en énergie chimique utilisable par les êtres vivants.
À l’échelle de la planète, la photosynthèse permet la production primaire de matière organique, qui sert ensuite d’énergie chimique à toute la biosphère. Au sein des écosystèmes, cette matière organique est utilisée pour réaliser le métabolisme : d’une part, elle est à l’origine de la production d’énergie utilisable par respiration ou fermentation et, d’autre part, elle permet de synthétiser de nouvelles molécules organiques complexes nécessaires aux êtres vivants.
Comment peut-elle être stockée dans des combustibles fossiles ?
II- LE SOLEIL, SOURCE D’ÉNERGIE PRINCIPALE DES ACTIVITÉS HUMAINES:
Bilan 2 : Dans certains environnements particuliers, une faible partie de la matière organique issue de la photosynthèse n’est pas décomposée et s’accumule dans les sédiments. À l’échelle des temps géologiques (en millions d’années), cette matière organique va se transformer en donnant des combustibles fossiles différents selon les conditions de formation et l’origine de la matière organique : le charbon d’une part, le pétrole et le gaz d’autre part.
Le temps important et les conditions particulières de leur formation font des combustibles fossiles des ressources énergétiques non renouvelables à l’échelle du temps humain.
L’importante biomasse produite grâce à la photosynthèse est à l’origine de différentes sources d‘énergies renouvelables, c’est-à-dire inépuisables à l’échelle du temps humain. Par exemple, l’exploitation du bois pour le chauffage ou la production de biométhane par dégradation des déchets organiques, sont de réelles alternatives à l’utilisation des combustibles fossiles.
Chapitre 5 : Le bilan radiatif terrestre
Quel est le devenir du rayonnement solaire traversant l’atmosphère ?
I- RÉFLEXION ET ABSORPTION DE L’ÉNERGIE SOLAIRE :
Bilan 1 : Seule une partie de la puissance solaire atteint la surface de la Terre. Une fraction du rayonnement solaire est directement réfléchie (par les gaz atmosphériques, les nuages, la surface du sol) : c’est l’albedo. Les océans, les continents, et dans une moindre mesure, l’atmosphère et les nuages absorbent la puissance restante et se réchauffe.
Quel est le devenir du rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre ?
II- LES TRANSFERTS D’ÉNERGIE TERRE / ATMOSPHERE :
Bilan 2 : Le sol réchauffé émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine de l’infrarouge (entre 5 et 20 µm). Une partie de cette puissance est absorbée par certains gaz de l’atmosphère (vapeur d’eau, CO2…) qui réémettent un rayonnement infrarouge vers le sol, contribuant à le réchauffer davantage : c’est l’effet de serre. Le reste de l’énergie est renvoyé vers l’espace. La puissance reçue au sol est donc égale à la somme de la puissance reçue du soleil et de celle reçue de l’atmosphère par l’effet de serre.
Sur quoi repose l’équilibre thermique de la Terre ?
III- LE BILAN ENERGETIQUE TERRESTRE, UN ÉQUILIBRE FRAGILE
Bilan 3 : Un système est à l’équilibre lorsque sa température moyenne ne varie pas dans le temps. On parle d’équilibre dynamique si le système échange de l’énergie avec l’extérieur et si l’énergie entrante est égale à l’énergie sortante.
Le bilan radiatif terrestre obtenu en faisant la différence entre l’énergie reçue et l’énergie réémise par la planète est nul sur une courte période de temps. La Terre est donc régie par un équilibre dynamique, ce qui signifie que sa température moyenne est constante : elle est de +15°C.
Un changement de l’albédo, de l’intensité de l’effet de serre ou du rayonnement solaire modifie le bilan radiatif terrestre et peut donc modifier la température moyenne de la planète.
Actuellement on observe un renforcement de l’effet de serre lié aux émissions de CO2 anthropiques, une diminution de l’albédo suite à la fonte de la banquise ce qui entraine ne augmentation des températures moyennes sur Terre.
Chapitre 4 : La répartition de l’énergie solaire sur Terre
THEME 2 : LE SOLEIL, NOTRE SOURCE D’ENERGIE
Chapitre 4 : La répartition de l’énergie solaire sur Terre
Quelle est la proportion de puissance solaire atteignant la Terre ?
I- PUISSANCE SOLAIRE RECUE PAR LA TERRE :
Bilan 1 : Plus de 99,9 % de la puissance reçue par la surface terrestre provient du Soleil. Pourtant, la Terre ne reçoit qu’une infime partie (environ un demi-milliardième) de la puissance émise par le Soleil. Cette proportion de la puissance totale est déterminée par le rayon de la Terre et sa distance au Soleil.
La Terre, de rayon RT, est située à une distance D du Soleil. À cette distance, la puissance solaire totale se répartit sur toute une sphère de rayon D, dont la surface vaut 4π⋅D2. De toute la puissance répartie sur cette sphère, la Terre en intercepte une proportion, sur une surface égale à π⋅RT2. La Terre intercepte donc une proportion ε de la puissance émise par le Soleil égale à :
La puissance totale interceptée par la Terre est naturellement répartie sur l’ensemble de sa surface par la rotation journalière du globe terrestre. Elle est de 341 W/ m².
Comment l’énergie solaire est-elle répartie au cours de la journée ?
II- LES VARIATIONS JOURNALIERES DE TEMPERATURE :
Bilan 2 : La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l’aire de la surface et dépend de l’angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil.
Lorsque l’angle entre la normale à la surface plane et la direction du Soleil augmente, l’aire de la surface éclairée par un rayonnement augmente et donc la puissance radiative reçue du Soleil par unité de surface diminue.
La rotation de la Terre sur elle même en 24h se fait selon un axe reliant le pôle sud et le pôle nord. Cette rotation modifie l’angle d’incidence des rayons solaires entre la normale à la surface et la direction du Soleil. Ainsi la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre varie en fonction de l’heure de la journée : on parle de variation diurne.
Comment l’énergie solaire est-elle répartie au cours d’une année ?
III- LES VARIATIONS ANNUELLES DE TEMPERATURE :
Bilan 3 : Au cours de l’année, la rotation de la Terre autour du Soleil modifie sa position par rapport à celui-ci selon une trajectoire elliptique.
Par ailleurs, l’axe de rotation de la Terre n’est pas perpendiculaire au plan de l’écliptique mais forme un angle d’environ 23.4°. Il en résulte que, pour une même région, l’angle d’incidence du rayonnement solaire sur cette surface varie en fonction de la position de la Terre au cours de sa révolution autour du Soleil.
Dans ces positions extrêmes, la Terre « présente » alternativement son hémisphère Nord, puis son hémisphère Sud au Soleil. La durée d’éclairement et donc d’échauffement varie ainsi pour une même région au cours du trajet de la Terre autour du Soleil.
Lors des solstices, un même hémisphère est tantôt incliné vers le Soleil, c’est l’été, tantôt incliné dans la direction opposée, c’est l’hiver.
L’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au plan de révolution autour du Soleil, constante au cours du temps, conduit à une variation de la quantité d’énergie reçue en fonction du temps, se traduisant par le phénomène des saisons.
Comment l’énergie solaire est-elle répartie selon la latitude ?
IV- INFLUENCE DE LA LATITUDE SUR LA REPARTITION DE L’ENERGIE SOLAIRE :
https://svtanim.pagesperso-orange.fr/angle_energie_2.htm
Bilan 4 : Les moyennes annuelles de température au sol sont d’autant plus fortes que l’on se rapproche de l’équateur, et d’autant plus basses que l’on va vers les pôles. Ceci explique en grande partie les climats, zonés de façon latitudinale.
En effet, en raison de la rotondité de la Terre, le rayonnement solaire frappe sa surface de façon oblique d’autant plus que la latitude est élevée, alors que le rayonnement atteignant l’équateur est perpendiculaire à la surface du sol.
Conclusion générale : La puissance radiative reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l’aire de la surface et dépend de l’angle entre la normale à la surface et de la direction du Soleil.
De ce fait, la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre dépend :
- De l’heure (variation diurne)
- Du moment de l’année (variation saisonnière)
- De la latitude (variation climatique)
Résumé du chapitre en vidéo:
CHAPITRE 3 : LA CELLULE, UNE STRUCTURE COMPLEXE
Fiche de Rappels
Rappels : Les êtres vivants sont constitués d’un ensemble de molécules très varié : eau, ions, molécules organiques. Chez tous les êtres vivants, cette matière s’organise en structure stable et dynamique à la fois ; les cellules. Elles sont capables de se reproduire et d’effectuer des échanges.
Comment est né le concept de cellule comme unité structurale du monde vivant ?
1- LA CONSTRUCTION DE LA THEORIE CELLULAIRE:
Annexe 1 avant la théorie cellulaire
Annexe 2 construction de la théorie cellulaire
Bilan 1 : L’invention du microscope a permis d’observer que la matière vivante, malgré une grande diversité, présente une organisation en unités appelées cellules. La théorie cellulaire, née d’intuitions mises en relation avec des observations permises par des progrès techniques, indique que les cellules constituent toujours l’unité de structure, de fonction et de reproduction du vivant. Il a fallu plusieurs siècles, les réflexions et travaux de nombreux savants et chercheurs pour que cette théorie soit élaborée et s’impose.
Cette théorie postule que :
-tous les êtres vivants sont constitués d’une (ou plusieurs) cellule(s) ;
-la cellule est la plus petite unité structurale du vivant ;
-toute cellule provient d’une autre cellule.
Quelles sont les techniques d’observation des cellules ?
2-L’EXPLORATION DES CELLULES GRACE AUX MICROSCOPES :
correction
Les différentes échelles du vivant: https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/scale/
Bilan 2 : La structure de la cellule a été décrite grâce aux progrès de la microscopie. L’invention du microscope électronique dans les années 1930 a permis d’explorer l’intérieur des cellules et de faire le lien entre les molécules et les structures cellulaires comme les chloroplastes ou la membrane plasmique.
Quelles sont la nature et l’importance des échanges réalisés par la cellule avec son environnement ?
3- UN MILIEU CELLULAIRE DÉLIMITÉ MAIS OUVERT
Correction de l’activité 4
Bilan 3 : La membrane plasmique sépare le cytoplasme du milieu extracellulaire. Elle est constituée de lipides, majoritairement des phospholipides, et de protéines.
Les phospholipides sont des molécules possédant une partie hydrophile et une partie lipophile. En milieu aqueux, elles s’assemblent spontanément en une bicouche stable, en regroupant leurs parties lipophiles au cœur de la bicouche.
Le cytoplasme n’est pas un milieu clos ; des échanges de matière et d’énergie ont lieu avec le milieu extracellulaire à travers la membrane plasmique. Ces échanges sont sélectifs, ce qui permet d’établir un milieu cytoplasmique différent du milieu extracellulaire, et d’assurer à la cellule un approvisionnement en matière et en énergie, selon ses besoins.
Des QCM pour s’entrainer:
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Ens-Sc&id=932
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Ens-Sc&id=1037
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Ens-Sc&id=1009
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Ens-Sc&id=1014
https://www.qcm-svt.fr/QCM/public-affichage.php?niveau=1ere-Ens-Sc&id=1012
Une vidéo pour tout résumer….
Thème 1 Chapitre 2: Des édifices ordonnés; les cristaux
DM Les différentes facettes des cristaux
Comment s’organise la matière dans une roche ?
I-STRUCTURE CRISTALLINE OU AMORPHE D’UNE ROCHE :
Act 1 TP Structure d’une roche – TP
BILAN 1 : Caractérisés par une formule chimique et une maille cristalline, les minéraux s’organisent dans l’espace sous forme de cristaux. Ces cristaux sont la plus petite structure organisée qui compose généralement les roches.
Une roche est donc composée de l’association d’un ou plusieurs cristaux.
Dans le cas des roches magmatiques, la vitesse de refroidissement influence la formation des cristaux : le refroidissement rapide d’une lave conduit à une cristallisation partielle. Il se forme alors un verre, solide amorphe ne présentant pas d’organisation cristalline.
Quelles structures cristallines peut-on identifier chez les êtres vivants et quels sont leurs rôles ?
II- STRUCTURES CRISTALLINES CHES LES ORGANISMES :
Act 2 Cristaux chez les organismes
BILAN 2 : On retrouve des cristaux chez les êtres vivants. Ces cristaux de natures différentes sont associés à des fonctions différentes d’un organisme à un autre et d’un organe à une autre. Par exemple, on trouve de l’hydroxyapatite dans les os des Vertébrés et de l’aragonite dans les coquilles des Mollusques. Dans les deux cas, ces cristaux permettent de solidifier le squelette de ces organismes. Alors qu’on trouve de l’oxalate dans les feuilles de certains végétaux participant à protéger les plantes des agressions par les herbivores.
1ere ES THEME 1 Chapitre 1 : UN NIVEAU D’ORGANISATION ; LES ELEMENTS CHIMIQUES
Comment les éléments chimiques sont ils répartis dans l’Univers ?
I- L’ABONDANCE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES :
Activité 1 Les éléments chimiques
lien vers le logiciel en ligne: https://libmol.org/
Bilan 1 : Les tout premiers éléments chimiques sont nés lors de la formation de l’Univers. Des réactions nucléaires au sein des étoiles sont à l’origine de la centaine d’éléments chimiques actuellement connus.
Les éléments chimiques ne sont pas répartis de manière homogène dans l’Univers.
La matière connue de l’Univers est formée principalement d’hydrogène et d’hélium Ces éléments sont apparus dès les premières minutes de la formation de l’Univers.
La Terre est surtout constituée d’oxygène, Il entre dans la composition de l’eau, de l’air et c’est aussi l’élément le plus abondant des roches terrestres, mais aussi d’hydrogène, de fer, de silicium, de magnésium.
Les êtres vivants sont constitués de molécules minérales (comme l’eau, qui représente 70 à 75 % de leur masse) et de molécules organiques composées de carbone, hydrogène, oxygène et azote.
Comment la radioactivité a-t-elle été découverte et quels sont ses applications dans le domaine des sciences ?
II- LA RADIOACTIVITE AU SERVICE DE LA SCIENCE :
Rappel : composition d’un atome de carbone
DM La découverte de la radioactivité QCM
Activité 2 principe de la datation au 14C
Bilan 2 : La radioactivité est découverte en 1896 par Henri Becquerel. Deux ans plus tard, Marie Curie montre que d’autres éléments, comme le radium, émettent un rayonnement. Elle nomme radioactivité cette émission spontanée de radiations par une substance inerte, sans apport d’énergie extérieure.
Les noyaux qui ont le même nombre protons mais qui ne diffèrent que par leur nombre de neutrons sont appelés isotopes. Certains isotopes sont instables et se désintègrent spontanément et de façon aléatoire en formant d’autres éléments chimiques. C’est le phénomène de la radioactivité.
Du fait de la désintégration régulière des noyaux, la quantité d’éléments radioactifs présents dans un échantillon diminue avec le temps.
Chaque élément radioactif est caractérisé par sa demi-vie ou période radioactive t1/2, qui est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux initialement présents se soit désintégrée. La demi-vie est très variable selon les éléments : de quelques millisecondes à des milliards d’années.
Act 3 Application de la datation au carbone 14
Bilan 3 : La quantité de carbone 14 (14C) présente dans l’atmosphère, bien que très faible, est constante : en effet, il y a autant de 14C synthétisé dans la haute atmosphère à partir d’azote 14 (14N) que de 14C qui se désintègre en 14N.
Le 14C créé dans la haute atmosphère est incorporé par les êtres vivants sous la forme de 14CO2 atmosphérique ou de 14CO2 dissous dans l’eau par l’intermédiaire de la photosynthèse ou de l’alimentation. Les êtres vivants rejettent aussi du 14CO2 par respiration. Les apports et les pertes de 14C s’équilibrent ainsi chez les êtres vivants : la quantité de 14C contenu dans leur matière organique est constante et identique à celle de l’atmosphère durant toute leur vie.
À la mort de l’organisme, les échanges cessent. La quantité de 14C qu’il contient décroît avec le temps. Il suffit donc de doser la quantité de 14C restant dans un organisme pour estimer le temps écoulé depuis sa mort.
