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PARTIE 2 : LA PLANETE TERRE ET SON ENVIRONNEMENT

L'environnement de la planète Terre correspond à tous les éléments du Système Solaire dont

elle fait partie.

L'environnement de la Terre a pu être découvert par des observations à l'œil nu ou avec des

instruments optiques, ou plus récemment grâce à des sondes, des satellites artificiels.

Chapitre 1 : LES OBJETS DU SYSTÈME SOLAIRE ET LEURS

CARACTÉRISTIQUES

La Terre est une planète du système solaire.

Qu’appelle-t-on système solaire ?

Quels sont les différents “objets” qui le constituent ?

Quelles sont leurs principales caractéristiques, comparées à la Terre ?

I] Les différents corps célestes du système solaire

Activité 1 : Rechercher les objets constituant le Système Solaire

Source documentaire : Site Futura-Sciences

http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/univers-1/d/systeme-solaire_3728/

1) En utilisant les différentes informations obtenues à partir du site Futura-Sciences,

compléter le document ci-dessous en donnant une définition générale des cinq

constituants (corps célestes) principaux du système solaire.

LE SYSTEME SOLAIRE

Comète

Soleil

Satellite

Astéroïdes

Terre

2

LE SOLEIL

Étoile

- Siège de réactions thermonucléaires

- Production de lumière

- Production d’énergie (chaleur)

LES PLANETES

Corps de forme sphérique en orbite autour d'une étoile. Ce corps

n'est pas lumineux par lui-même mais il réfléchit la lumière de

l'étoile.

Le système solaire est composé de 8 planètes

Les planètes gravitent autour du soleil sur des orbites elliptiques,

disposées plus ou moins dans un plan. Les planètes ont le même

sens de rotation autour du soleil : le sens inverse des aiguilles d’une

montre.

Les comètes

petits corps glacé contenant

beaucoup d’eau

Les astéroïdes

petits corps rocheux, très

pauvres en gaz. Présence

d’une ceinture d’astéroïdes

entre Mars et Jupiter

Les satellites

taille entre 200 et 2600 km

corps céleste en orbite autour

d’une planète

2) Bilan de l’activité 1 : Résumer en quatre phrases maximum l’organisation du système

solaire.

Bilan :

Le système solaire est constitué d’une étoile le Soleil, de 8 planètes avec leurs satellites,

d'astéroïdes, de comètes et de poussières de gaz.

Le soleil est l’une des 100 milliard d’étoiles qui constitue notre galaxie, la Voie Lactée.

L’âge du système solaire est d’environ 4,6 milliards d'années, il s'est sans doute formé par

condensation d'une nébuleuse.

Activité 2 : Découverte des caractéristiques des planètes du système solaire

1) A l’aide du logiciel Planet 3D, compléter pour les planètes le tableau suivant :

Mercure Vénus Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

Distance moyenne au

soleil en millions de

km

57,9 108,2 149,6 227,9 778,6 1433,5 2872,5 4495,1

Distance moyenne au

soleil en UA* 0,337 0,723 1 1,523 5,202 9,538 19,181 30,057

Diamètre en km 4 879 12 104 12 756 6 794 142 984 120 536 51 118 49 528

Masse volumique

(kg/dm3)

5,42 5,24 5,51 3,93 1,32 0,68 1,27 1,63

Principaux

composants

chimiques

Silicates

Fer

Nickel

Silicates

Fer

Nickel

Silicates

Fer

Nickel

Silicates

Fer

Soufre

Hydrogèn

e

Hélium

Hydrogèn

e

Hélium

Hydrogèn

e

Hélium

Hydrogèn

e

Hélium

3

Epaisseur de

l’atmosphère (km) Absente 350 500 120 1000 ? 1000 ? 6500 ? 4500 ?

Satellites 1

Lune 2

28

Europe,

Io

30

Titan 21 8

Age de la surface de

la planète

Vieille

4 à 3 Ga

Jeune

- de 1 Ga

Très

jeune

≈ de 0,7

Ga

+ de 2 Ga / / / /

UA* = unité astronomique 1UA ≈ 150 000 000 de km ≈ 1,5.108 km (distance Terre-Soleil)

Doc. 1 : Graphique montrant le diamètre des planètes et leur position par rapport au soleil

2) Exploiter les données recueillies pour classer les objets du système solaire.

3) A l’aide du graphique obtenu, indiquer s’il est possible de distinguer différents

groupes de planètes.

Il est possible de distinguer 2 groupes de planètes : des planètes géantes (masse volumique

faible, diamètre important), des planètes plus petites (masse volumique comprise entre 3,9 et

5,5, diamètre plus petit)

4) Mettre en relation les données obtenues avec le doc. 1 : graphique montrant la position

des planètes par rapport au soleil.

Les planètes géantes sont externes situées au-delà de la ceinture d’astéroïdes, les plus petites

planètes sont proches du soleil : planètes internes.

5) Bilan de l’activité : A l’aide du tableau complété et du graphique réalisé, indiquer s’il

est possible de distinguer différents groupes de planètes et quelles sont les

caractéristiques des planètes sur lesquelles reposent cette classification.

Similitudes entre certaines planètes quant-à leur dimension et leur densité ou leurs principaux

composants chimiques.

Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune présentent des similitudes :

4

- planètes géantes

- masse volumique faible de 0,68 à 1,63

- présence d’anneaux et de nombreux satellites

- les + proches du soleil

- essentiellement d’hydrogène et d’hélium

Mercure, Vénus, la Terre et Mars présentent des similitudes :

- masses volumiques comprises entre 3,93 et 5,51

- peu ou pas de satellites et pas d’anneaux

- composées essentiellement de silicates et de fer

- les plus éloignées du soleil

Activité 3 : Ce que nous apporte l’étude des impacts météoritiques

Document 1 : La formation des planètes du système solaire.

Elle s’est réalisée il y a 4,6 milliards d’années (Ga).

A partir d’un nuage de gaz et de poussières (la nébuleuse solaire) la plupart des ces

poussières se sont agrégées pour former un protosoleil. Les autres grains de poussières se

sont aussi attirés et formés des corpuscules de plus en plus gros : les planétésimaux. Les

corpuscules s’attirent à leur tour et se soudent pour former les planètes.

La première partie de l’histoire de notre système solaire est marquée par un immense

bombardement météoritique autour de 4 Ga.

1) A l’aide du document 1, indiquer quelle est l’origine des cratères visibles sur les

planètes et la Lune.

Le bombardement météoritique qui a eu lieu lors de la formation des planètes.

2) A l’aide des planches du dossier F3D1, F3D2, F4D3, F5D1, F6D1 et de vos

connaissances remplir le tableau suivant :

Planètes

ou

satellite

Nombre de cratères

météoritiques

Traces d’activité

interne (volcan,

faille…)

Traces d’activité

externe (eau,

vent…)

Date

d’arrêt de

l’activité

interne

Présence

d’une

atmosphère

Age de la

surface de la

planète ou

du satellite

Mercure Nombreux cratères il y a 3,4 Ga Absente Vieille

+ de 3,5 Ga

Vénus

Faible nombre de

cratères

météoritiques

Présence de

volcans, de failles

toujours

présente

actuellement

Présente Jeune

- de 1 Ga

Terre 170 cratères Présence de

volcans, de failles

Fleuves, océans,

vent

toujours

présente

actuellement

Présente Très jeune

- de 0,7 Ga

Lune Nombreux cratères

Présence de

plissements

Laves basaltiques

sombres les mers

il y a 3,2 Ga Absente Vieille

+ de 3,5 Ga

Mars

Très nombreux

cratères dans

l’hémisphère Sud.

Hémisphère Nord

peu cratérisé.

failles et de graben Réseau fluviatile,

effet du vent il y a 0,5 Ga Peu épaisse + de 1 Ga

3) Proposer une hypothèse expliquant pourquoi, il y a moins de cratères sur Terre que sur

Mars ou la Lune.

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Je suppose qu’il y a moins de cratères sur Terre car la surface de la planète est plus jeune et

que l’activité interne et l’activité externe effacent les traces des cratères.

4) En quoi la présence d’eau et d’atmosphère sur Terre est défavorable à la conservation

des cratères météoritiques ?

Car ils provoquent un phénomène d’érosion des paysages.

5) La présence d’eau et d’atmosphère est-il le seul paramètre défavorable à la

conservation des cratères météoritiques ? Justifier.

(Aide : Mettre en relation les traces d’activité interne avec l’âge de la surface de la

planète)

L’activité interne de la Terre en permettant le renouvellement de la croûte terrestre entraîne la

disparition des impacts de météorites.

6) Bilan de l’activité : Expliquer que le nombre de cratères d'impact météoritique soit

différent d'une planète à l'autre alors que toutes les planètes ont subi le même

bombardement à l’origine de la formation du système solaire.

La surface des planètes est plus ou moins cratérisée suivant qu’il y ait présence d’eau ou

d’une atmosphère ainsi que la présence d’une activité interne. En effet l’activité interne

provoque le renouvellement de la croûte terrestre, tandis que l’activité externe par l’érosion

qu’elle provoque entraîne la disparition des impacts météoritiques.

Bilan :

Les planètes sont des corps célestes non lumineux par eux-mêmes.

Les planètes gravitent autour du soleil sur des orbites elliptiques.

Le système solaire est composé de 8 planètes que l'on divise en 2 catégories :

- Les planètes telluriques ou rocheuses

- Les planètes gazeuses ou géantes

Planètes telluriques Planètes gazeuses

Mercure, Venus, la Terre et Mars (la lune). Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune

- Planètes internes les plus proches du Soleil

- taille modeste

- densité comprises entre 3,9 et 5,5

- composées de roches (silicates, fer)

- peu ou pas de satellites

- Planètes externes les plus éloignées du Soleil

- taille élevée

- densité faible moins de 1,7

- composées de gaz : hélium et hydrogène

- présence d’anneaux et de nombreux satellites

Les bombardements météoritiques, très importants entre 4,5 et 4 Ga au début du système solaire,

ont laissé des traces sous forme de cratères météoritiques.

Le nombre de cratères visibles à la surface d’une planète permet :

- de dater la surface de la planète qui est d’autant + vieille q le nb de cratères

météoritiques est +++.

- d’évaluer l’+++ des remaniements de la surface liés à l’activité interne et externe

des planètes.

En effet, toutes les planètes du système solaire se sont formées en même temps, elles ont donc

le même âge, mais l’âge de la surface des planètes telluriques n’est pas le même en effet une

activité géologique récente (activité interne : volcan) et les phénomènes atmosphériques

(pluie, vents) participent à l’effacement des anciens cratères de météorites.

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II] Le soleil : une source d’énergie et de chaleur

1) A l’échelle du système solaire

Activité 5 : L’énergie reçue par les planètes

Partie 1 : Relation entre température de surface et distance planète-soleil

Doc. 1 : Rayonnement solaire reçu à la surface des planètes

du système solaire en fonction de la distance au soleil

Question 1 :

Interpréter le graphique.

Lorsque la distance au soleil augmente

l’énergie lumineuse reçue diminue.

La courbe n’est pas une droite,

quelle conclusion peut-on en tirer

sur la relation entre l’intensité

lumineuse et la distance de la

planète au soleil

La quantité d’énergie lumineuse reçue

par les planètes n’est pas inversement

proportionnelle à la distance au soleil.

Conclure en indiquant de quoi

dépend l’énergie solaire reçue par

les planètes.

L’énergie solaire reçue par les planètes

dépend de leur distance au soleil, plus

une planète est éloignée du soleil moins

elle reçoit d’énergie lumineuse.

Doc. 2 : Température de surface de quelques planètes

proches du Soleil

Question 2 :

Comparer les températures de surface

entre Mercure et Vénus par rapport à leur

distance au Soleil.

Vénus est plus éloignée du Soleil que

Mercure mais sa température de surface est

plus élevée, alors que Vénus reçoit moins

d’énergie solaire que Mercure.

Comparer les températures de surface

entre la Lune et la Terre par rapport à leur

distance au Soleil.

La Terre et la Lune sont à la même distance

du Soleil, mais la Terre a une température de

surface plus élevée que la Lune, alors que la

Terre et la Lune reçoivent autant d’énergie

solaire l’une que l’autre.

Conclure : la température de surface d’une

planète dépend-elle uniquement de sa

distance au Soleil ?

Non.

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Question 3 :

Comment expliquer que les surfaces de Vénus et de la Terre soient plus chaudes ? Pour

répondre à cette question, analyser le document 3 et formuler une hypothèse (ou plusieurs)

expliquant cette anomalie.

Le doc. 3 met en évidence la présence d’une atmosphère pour Vénus et la Terre, alors qu’il

n’y a pas d’atmosphère ni sur Mercure, ni sur la Lune.

La composition de l’atmosphère de Vénus et différente de celle de la Terre.

Vénus et la Terre, seules planètes à s’éloigner de la courbe théorique d’évolution de la

température de la surface avec la distance au soleil, sont les seules à posséder une atmosphère.

On peut donc formuler l’hypothèse que l’atmosphère est responsable de l’anomalie thermique

observée.

Doc. 3 : Température de surface des planètes telluriques et composition de leur atmosphère.

Planètes Température moyenne

de surface (en °C)

Pression atmosphérique*

(en Pa)

Composition chimique de

l’atmosphère (en %)

Mercure 300 0 /

Vénus 400 90. 105

Près du sol :

CO2 : 96,5 %

N2 : 3,5 %

H2O : 0,01 %

Terre 14 105

N2 : 78 %

O2 : 20,94 %

CO2 : 0,038 %

H2O : 1 %

Lune -18 0 /

La pression atmosphérique* est le poids de l’atmosphère supportée par 1 m2 de surface.

Bilan de la partie 1 : A quoi sont dues les différences de températures observées à la

surface des planètes ?

La température de surface des planètes est en relation avec leur distance au soleil et à la

présence éventuelle d’une atmosphère.

Trois paramètres semblent déterminer la température observée à la surface des planètes :

- la distance de la planète au soleil,

- l’épaisseur de l’atmosphère,

- la composition de l’atmosphère (richesse en CO2 et vapeur d’eau).

Partie 2 : Exploiter un modèle pour montrer la conséquence de la présence d’une

atmosphère sur la température de surface d’une planète.

Protocole :

- Disposer une feuille noire ou une feuille blanche sur la paillasse (simulant la surface

planétaire).

- Recouvrir la feuille d’un saladier en verre (simulant l’atmosphère).

- Disposer le thermomètre sur le papier noir.

- Allumer la lampe au dessus du saladier

- Relever la température toutes les 3 minutes pendant 30 minutes.

- Réaliser la même expérience sans le saladier.

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1) Faire un schéma des dispositifs expérimentaux.

Sol (feuille noire) Sol enneigé (feuille blanche)

2) Donner les résultats dans un tableau de mesures ou sous forme de graphique.

3) Indiquer la différence de température entre le début et la fin de l’expérience.

Température Sol blanc (glacé ou enneigé) Sol noir

Serre Pas de serre Serre Pas de serre

En début d’expérience 17°C 17°C 21°C 21°C

En fin d’expérience 21,6°C 20°C 26,2°C 24,5°C

Différence de température 4,6°C 3°C 5,2°C 3,5°C

4) Exploiter les résultats pour expliquer à partir du phénomène modélisé l’influence de

l’atmosphère sur la température de surface planétaire.

Le modèle utilisé montre que l’élévation de température est plus importante dans la zone sous

le saladier. La surface de papier éclairée par la lampe s’échauffe et à cause de cela émet un

rayonnement infrarouge. La paroi du saladier arrête ce rayonnement et empêche sa dispersion

à l’extérieur du saladier, ce qui a pour conséquence d’augmenter la température à l’intérieur

du saladier.

On constate que la température est plus élevée au niveau de la feuille de papier noir. Ceci peut

s’expliquer par le fait qu’une surface blanche réfléchit plus de lumière qu’une surface noire.

Les surfaces éclairées réémettent un rayonnement infrarouge d’autant plus important que la

température de la surface éclairée est élevée.

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5) On dit que l’atmosphère engendre un « effet de serre », justifier cette expression.

L’atmosphère terrestre se comporte comme les parois vitrées d’une serre. La surface terrestre

reçoit de l’énergie du Soleil qui la chauffe. La surface terrestre chauffée réémet un

rayonnement infrarouge qui est absorbé par les molécules atmosphériques puis réémis vers le

sol. Ce qui entraîne une augmentation de la température de la surface de la planète.

6) Expliquer en quelques phrases l’effet de serre, à partir du phénomène modélisé au cours

de la manipulation et de l’animation proposée par le professeur.

La présence d’un saladier ou d’une atmosphère entraîne un échauffement de l’air pour 2

raisons :

- Absence de la dissipation de la chaleur

- Absorption des rayons IR qui sont réémis vers le sol.

7) Compléter le schéma-bilan (dessin non à l’échelle) :

Bilan :

La température de surface des planètes est en relation avec leur distance au Soleil et à la

présence éventuelle d’une atmosphère. Plus une planète est éloignée du Soleil et moins elle

reçoit de rayonnement solaire, donc plus sa température de surface est basse. L’existence

d’une atmosphère est responsable de l’effet de serre, lui-même à l’origine de l’augmentation

de température de surface de Vénus et la Terre.

Les molécules de gaz atmosphériques agissent sur les radiations solaires et celles émises par

le sol :

- La couche d’ozone filtre les rayons UV

- Le CO2 et la vapeur d’eau absorbent les rayons infrarouges (IR) émis par le

sol, ce qui entraîne une augmentation de leur température et donc une nouvelle

émission d’IR vers le sol (effet de serre).

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Schéma représentant l’effet de serre :

2) A l’échelle de la planète Terre

Activité 5 : Répartition sur Terre de l’énergie solaire reçue

Introduction :

Grâce à l’effet de serre, la température de la Terre est de 14°C. Pourtant, la température à des

variations journalières, annuelles et selon la latitude. Quelles sont les causes de ces

variations ?

Partie 1 : Energie solaire et climats

1) Livre doc. 8 p.45 : Décrire le planisphère donnant la répartition des énergies reçues

par la Terre.

L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre varie suivant la latitude et la période de

l’année.

L’énergie solaire reçue à l’équateur est toujours très élevée et varie peu durant l’année.

L’énergie solaire reçue est plus élevée à l’équateur qu’aux pôles : variation latitudinale de

l’énergie solaire reçue.

2) Proposer une ou des hypothèses expliquant les constats réalisés.

Les variations d’énergie reçues pourraient s’expliquer par :

- la distance au soleil : l’équateur est plus proche du soleil que les pôles

- la forme de l’orbite terrestre

- la forme de la Terre qui est ronde

Partie 2 : Exploitation d’un modèle pour expliquer la variation d’énergie solaire reçue en

fonction de la latitude

1) Positionner le globe par rapport à une lampe (qui doit rester toujours à la même distance du

globe).

2) Eclairer à l’Equateur (latitude 0°), la France (latitude 46°) et le Nord de la Grande

Bretagne (latitude 60°) à l’aide du tube.

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3) Tracer le contour des surfaces éclairées sur du papier millimétré.

Schéma de la modélisation réalisée :

4) Estimer la surface éclairée (compter les carreaux du papier millimétré) et compléter le

tableau.

5) Trouver la relation entre la surface éclairée et la latitude. Expliquer les différences

observées.

Plus la latitude augmente, plus la surface éclairée augmente. Donc un même rayonnement

doit se répartir sur des zones ayant une surface plus ou moins grande. Quand la surface est

minimale (à l’Equateur) l’énergie lumineuse par unité de surface reçue par le globe est

maximale. Ainsi l’énergie lumineuse par unité de surface reçue diminue lorsque la latitude

augmente.

6) Sur le schéma dessiner les rayons du soleil de 3 mm d’épaisseur (ils sont parallèles

entre eux) qui arrivent aux différentes latitudes. Mesurer l’angle d’incidence des

rayons solaires.

Mesure de l’angle d’incidence

7) Trouver la relation entre la taille de la surface éclairée et l’angle d’incidence des

rayons solaires.

Latitude Angle d’incidence Surface en cm2 et forme de la tache lumineuse

0° (Equateur) 90° 20 cm2

45° (France) 70° 42 cm2

60° 45° 74 cm2

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Plus la latitude augmente, plus l’angle d’incidence entre les rayons lumineux et la surface

du globe terrestre diminue et plus la surface éclairée augmente. Ainsi l’énergie lumineuse

par unité de surface reçue diminue lorsque l’angle d’incidence diminue et donc que la

latitude augmente.

8) Bilan : Mettre en relation l’ensemble des résultats pour expliquer la variation

d’énergie solaire reçue en fonction de la latitude.

L’énergie solaire reçue par la Terre est inégalement répartie selon la latitude (climats) et au

cours de l’année pour un lieu donné (saisons).

L’énergie lumineuse reçue par le globe diminue lorsque la latitude augmente. C’est parce que

la Terre soit ronde (= sphéricité du globe) que l’énergie est inégalement répartie à la surface

du globe. La sphéricité du globe explique la répartition des climats sur Terre.

Partie 3 : Exploitation d’un modèle pour expliquer la variation d’énergie solaire reçue en

fonction de la période de l’année pour une même latitude (45°)

L’axe de rotation de la

Terre fait un angle de 23°

avec la perpendiculaire au

plan de l’orbite terrestre.

1) Reproduire à l’aide du modèle ci-dessus, la position de la Terre par rapport au Soleil le 21

juin.

2) Eclairer la zone où se situe la France, tracer sur du papier millimétré le contour de la zone

éclairée. Estimer la surface éclairée en cm2.

3) Faire le même travail en considérant le 21 décembre, le 21 mars et le 21 septembre (garder

toujours la même distance entre le globe et la lampe) et estimer la surface éclairée en cm2.

La surface éclairée et l’angle d’incidence des rayons lumineux avec la surface du globe

varient suivant la position du globe autour de la lampe.

4) Compléter le schéma ci-dessous : en hachurant la face de la Terre où il fait nuit.

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5) Bilan : Mettre en relation les résultats obtenus avec les caractéristiques de rotation de la

planète Terre pour expliquer l’alternance des saisons en France.

Plus l’angle d’incidence des rayons lumineux avec la surface de la Terre est élevé, plus la

surface éclairée diminue et donc plus l’énergie reçue du soleil par unité de surface est

importante. C’est ce qu’on observe en France au solstice d’été le 21 juin. Alors qu’au solstice

d’hiver le 21 décembre, la surface éclairée est beaucoup plus grande, l’énergie reçue du soleil

par unité de surface est plus faible.

C’est la rotation de la Terre en une année autour du soleil et l’inclinaison de son axe de

rotation qui expliquent les variations d’énergie solaire reçue et donc l’alternance des saisons.

Bilan :

L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre varie suivant la latitude (climat) et la période

de l’année (saison). La sphéricité de la Terre explique l’existence des climats ; sa rotation

autour du soleil et son obliquité, celle des saisons.