de l’énergie du soleil aux énergies...
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Source NASA
Cours seconde - Thème 2 - cours 1
Enjeux planétaires contemporains
De l’énergie du soleil aux énergies fossiles.
Dans le thème précédent, nous avons vu que :
La Terre est une planète du système solaire dont l’étoile centrale est le Soleil.
La distance entre la Terre et le Soleil permet l’existence de l’eau liquide, élément indispensable à
l’apparition et le maintien de la vie.
Comment l’énergie du soleil permet-elle la production de matière organique ?
I- La Terre reçoit l’énergie du Soleil :
1°) Le rayonnement solaire :
Le rayonnement solaire est de type électromagnétique. Une partie de ce rayonnement correspond à la lumière visible.
2°) Conséquence de l’arrivée du rayonnement solaire sur Terre : Le rayonnement solaire qui arrive sur Terre est :
En partie dévié par le champ magnétique
terrestre ;
En partie réfléchi par le sol et l’atmosphère ;
En partie absorbée par le sol et l’atmosphère
puis réémis sous forme de rayonnement
thermique (infrarouge) donc qui produit une
augmentation de température.
C’est l’effet de serre.
La forme arrondie de la Terre, son inclinaison
(axe de rotation incliné de 23,5°), sa rotation sur
elle-même et autour du soleil (en une année
solaire) provoquent une inégale répartition de
l’énergie reçue au sol (donc une inégale
répartition des températures)
Les conséquences de cette répartition sont :
La formation de zones climatiques et des
climats ;
L’origine des mouvements atmosphériques
(cellules de convexion, vents, anticyclones,
dépressions …) ;
La formation de courants marins de surface
et en profondeur.
Résultat de l’inégale répartition de l’énergie sur Terre = la température de l’océan (d’après le logiciel Terre - Toulouse)
II- De l’énergie solaire à la biomasse = la photosynthèse :
1°) Rappel des chapitres précédents : Les plantes peuvent capturer l’énergie électromagnétique émise par le Soleil par un procédé
chimique appelé photosynthèse.
Cette réaction biochimique transforme ainsi de la matière minérale (dioxyde de carbone +
eau + sels minéraux en Matière organique (CHON) avec rejet de dioxygène.
Les organismes capables de produire eux-mêmes les molécules organiques nécessaires à
leur production d’énergie, à partir de matières minérales prélevées dans le milieu, sont
appelés organismes autotrophes.
2°) Origine des constituants de la biomasse végétale : Une expérience de marquage radioactif des matières CO2 et H2O montre que l’oxygène dégagé
vient de l’eau et que l’oxygène de la matière organique vient du CO2 .
CO2 + H2O + Sels minéraux (contenant de l’azote) ----> Matière organique (CHON) + O2 + H2O
3°) Localisation cellulaire de la photosynthèse :
La molécule organique la plus importante est
l’amidon (mis en évidence par l’eau iodée)
Des expériences utilisant l’eau iodée
montrent que la photosynthèse se réalise
dans les parties vertes des plantes et plus
particulièrement dans les chloroplastes (qui
contiennent la chlorophylle) à condition
d’être éclairées.
On peut donc écrire le bilan de la photosynthèse ainsi :
CO2 + H
2O + ions minéraux Molécules organiques + O
2
La matière organique ainsi fabriquée est soit transformée en énergie soit utilisée pour construire ou
renouveler l’organisme végétal donc pour produire de la biomasse.
Les cellules végétales autotrophes utilisent donc aussi le métabolisme de la respiration.
III- Les transferts de matière dans la biosphère :
1°) Place des végétaux dans les réseaux trophiques :
Les végétaux photosynthétiques (donc
autotrophes) représentent le premier maillon des
chaînes alimentaires. On parle de producteurs
primaires.
Comme les chaînes sont interconnectées entre elles
en réseaux trophiques, les producteurs primaires
représentent le premier niveau trophique.
Tous les autres êtres qui dépendent de cette
matière végétale sont appelés consommateurs.
Comme ils doivent utiliser la matière organique d’un
autre pour produire leur énergie et propre matière,
on parle de producteur secondaires
hétérotrophes.
2°) Perte de matière et d’énergie dans les réseaux trophiques : La matière organique « circule » dans la biosphère en étant transféré d’un être à un autre le long
des chaînes alimentaires.
Mais chaque à niveau de consommation, on observe une perte
importante de la matière transférée au niveau suivant : une
partie de la matière organique est dégradée par
fermentation ou respiration (pour produire de l’énergie).
Du CO2 et de l’eau sont alors libérés dans le milieu.
Des êtres appelés décomposeurs (bactéries, champignons,
faune du sol…) se nourrissent des déchets et des matières mortes.
Ainsi, la quasi-totalité de la matière organique redevient de la matière minérale.
D’après
Hatier
Chlorophylle
PHOTOSYNTHESE
ENERGIE
LUMINEUSE
(amidon)
Le rendement des phytophages (consommateurs de végétaux) est compris entre 20 et 60 %, c'est à dire que seulement 20 à 60 % (moins la matière utilisée pour la production d’énergie) de la biomasse consommée est disponible pour le niveau supérieur. Les consommateurs secondaires ou zoophages consomment les phytophages. Leur rendement est nettement supérieur de l’ordre de 50 à 90% (moins toujours les pertes dues à la production d’énergie) La plupart des réseaux trophiques ne possèdent pas plus de quatre ou cinq niveaux trophiques.
3°) Transformation de la matière organique en roches carbonées : Les matières organiques non dégradées peuvent se transformer par fossilisation en roches
carbonées (charbon, pétrole, gaz).
Cette formation se fait dans des conditions particulières :
- Un écosystème à forte productivité ;
- Un enfouissement très rapide dans des bassins de
sédimentation, évitant ainsi l’action des décomposeurs.
- Des conditions de pression et de température favorables.
Il se forme alors un kérogène initial, première étape vers la
transformation des substances organiques en roches
carbonées.
Si la matière organique est d’origine végétale continentale, on
obtient du charbon (voir ci-contre).
Si la matière organique est d’origine planctonique, on
obtient des produits pétroliers. Dans ce cas, les produits vont migrer (ils sont plus légers que les roches qui les contiennent) depuis la roche mère jusque dans des roches réservoirs au gré des accidents tectoniques (plissement, failles)
Le temps nécessaire pour réaliser ces processus est
de l’ordre du million d’années.
PHOTOSYNTHESE = incorporation du carbone minéral de l’atmosphère à la biosphère (= matière
organique végétale)
Matière organique végétale
consommée
par un animal
Matière organique végétale non consommée et décomposée par fermentation et respiration par
les êtres vivants du sol
Matière organique végétale utilisée pour la respiration du végétal
Matière organique végétale
digérée
Matière organique végétale utilisée pour la respiration de l’animal
Matière organique végétale non digérée et décomposée
par fermentation et respiration
par les êtres vivants du sol
Matière organique
animale
Schéma bilan
D’après Hatier 2010
4°) Combustibles fossiles et cycle du carbone : Le carbone est un atome que l’on rencontre dans les quatre enveloppes de la Terre.
Il existe des flux de carbone entre ces enveloppes qui se réalisent par les différentes formes
chimiques contenant cet atome.
Mais globalement les différents stocks de carbone sont en équilibre.
Une augmentation importante du carbone atmosphérique (le CO2) provoquerait une augmentation
de l’effet de serre donc de la température moyenne sur Terre.
L’utilisation de combustible fossile restitue rapidement à l’atmosphère du dioxyde de carbone
prélevé lentement et piégé depuis longtemps.
Brûler un combustible fossile, c’est en réalité utiliser l’énergie solaire du passé.
Ions carbonates
Décomposeurs
Producteurs
DEGAZAGE volcanique RESPIRATION / FERMENTATION PHOTOSYNTHESE DISSOLUTION / VAPORISATION FOSSILISATION
Consommateurs
DEGAZAGE volcanique RESPIRATION / FERMENTATION PHOTOSYNTHESE DISSOLUTION / VAPORISATION FOSSILISATION
PRECIPITATION
La déforestation est aussi une cause de perturbation du cycle du carbone.
D’autre part, la transformation des roches carbonatées (calcaire) en produits industriels
(plâtre, ciment …) libère également des quantités importantes de CO2.
L’augmentation rapide,
d’origine humaine de la
concentration du dioxyde
de carbone dans
l’atmosphère interfère
avec le cycle naturel du
carbone.
Cette augmentation est en
partie responsable de
l’augmentation des
températures et donc des
changements climatiques.
Quelques pistes pour enrayer l’augmentation du CO2 atmosphérique :
- Remplacer pétrole et charbon par des sources énergétiques moins polluantes = production
électrique par l’éolien, l’hydroélectricité, le solaire, le nucléaire (???) … Nous devrons nous
interroger sur le bien fondé des productions énergétiques par la biomasse végétale =
biocarburants (voir partie IV)
- Stopper la déforestation et favoriser la replantation de forêts.
- Limiter les dépenses énergétiques en adoptant des comportements éco-responsables :
Changer ses habitudes alimentaires (manger local par exemple)
Changer ses habitudes de consommation énergétiques ;
Limiter les transports énergivores de marchandises et de personnes ;
Favoriser le recyclage, …