Chapitre n°1   : Le soleil : une source d’énergie essentielle I) Le soleil   : source d’énergie à l’origine de la production de biomasse

Question n° 1 : comment apporter de la nourriture et des ressources énergétiques à l’homme ?

La matière organique (glucides, lipides et protéines) compose tous les êtres vivants est produite par ceux-ci. Les premiers à la créer sont les végétaux, ils se servent de la photosynthèse. Ce procédé transforme les éléments minéraux en matière organique grâce à leur chlorophylle (pigment vert). L’énergie lumineuse captée par la chlorophylle est transformée en énergie utilisable par les cellules végétales pour réaliser des réactions chimiques permettant la production de molécules organiques glucidiques (sucres) à partir d’eau (H2O) et de dioxyde de carbone (CO2). La production de matière organique par photosynthèse s’accompagne de la libération de dioxygène (O2).

Les autres êtres vivants se servent de la matière organique produite par les premiers pour produire la leur, ils sont nommés producteurs secondaires. Les végétaux chlorophylliens sont les premiers maillons de la quasi-totalité des chaînes alimentaires dans les écosystèmes : ils sont qualifiés de producteurs primaires.

La matière organique nous sert donc à nous nourrir (comme tous les êtres vivant, nous nous servons de celle produite par les animaux pour répondre à nos besoins). La biomasse (=la quantité totale de matière organique produite par les êtres vivants dans un écosystème (producteurs primaires et producteurs secondaires) également produite peut servir à nous chauffer, à produire de l’électricité...

Les végétaux et animaux non consommés par des producteurs secondaires meurent et sont en grande partie dégradés en matière minérale par des décomposeurs, notamment des bactéries et champignon du sol. Cette matière minérale est ensuite utilisée par les végétaux chlorophylliens pour produire leur matière par photosynthèse.

Transition  : la matière organique des végétaux morts non dégradées car enfouies se transforme en combustibles fossiles

II) Le soleil, source d’énergie passée à travers les combustibles fossiles

Question n°2   : Quels sont les limites et les impacts des productions de combustibles fossiles ?

1- Les énergies fossiles, c'est quoi   ? Une énergie fossile désigne l'énergie que l'on produit à

partir de roches issues de la fossilisation des êtres vivants : pétrole, gaz naturel et houille. Elles sont présentes en quantité limitée et non renouvelable, leur combustion entraîne la création de gaz à effet de serre (CO2). Elles sont différentes des énergies renouvelable car une fois extraite elles ne peuvent plus être récupérées. De plus, leur formation est un processus long et complexe qui remonte au temps géologiques ! Leurs modes de création dans la nature est d'ailleurs différent selon la ressource. Par exemple, le charbon a commencé à se créer au Carbonifère (il y a  300 à 500 millions d’années). Il faut pour qu'il se créé une forte quantité de matières organiques et une faible quantité de dioxygène. Ce phénomène s'appelle la carbonification.

La création de ces énergies étant un processus long et complexe, il est impossible d'en lancer la production. Néanmoins, nous avons tenté de représenter le phénomène de la création du pétrole. On a pu observer le début de la putréfaction des végétaux : il y avait des bulles de gaz et un début de formation de matière noirâtre. Lorsque nous avons ouvert la cheminée présente dans notre montage, l’allumette s’est consumée plus vite. Ce phénomène prouve donc la présence d'un gaz présentant certains points communs avec le pétrole.

2- L'extraction des énergies fossiles du sol Le charbon est l'énergie la plus présente dans le monde,

il est constitué de carbone et de plus ou moins d'eau, il en existe plusieurs formes tels que la tourbe, le lignite, la houille et l'anthracite (ordre décroissant de teneur en eau). Son extraction se fait en majorité industriellement, comme pour les autres types de matières fossiles solides (uranium, ...), souvent dans des sites miniers et à l'aide de machines.

La tourbe, une matière organique fossile molle se trouvant dans des régions humides comblant de grands trous (tourbières), est utilisée comme combustible après un séchage, elle est récupérée dans les tourbières qui se trouvent en surface.

L'anthracite est une forme presque pure de charbon (90% - 95%), la plus pure étant le graphite, elle s'extrait du sol par des machines dans des sites miniers et sert à chauffer.

Le pétrole est une matière organique fossile huileuse présente dans le sol, il est le résultat d'une décomposition de matière organique sous une pression du sol. L'extraction du pétrole se fait d'abord naturellement par l'eau présente dans les sous-sols qui va l'emmener dans des poches où il restera jusqu'à ce que l'homme le récupère en creusant à l'aide de machines.

3- Les conséquences de la combustion des énergies fossiles. Lors de la combustion des énergies fossiles il y a un dégagement de

CO2 pour la plupart comme pour le charbon. Cela entraîne l'épaississement la couche à effet de serre. Ceci est

causé par la combustion trop intensive et inefficace de charbon, de pétrole et de gaz. Les conséquences de la combustion du charbon dans l’atmosphère sont le réchauffement : au cours du siècle dernier, la température moyenne sur Terre a monté de 0,6°C. Selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), l’augmentation de température pourrait atteindre + 5,8°C d’ici 2100 à cause des activités humaines.

L’usage des combustibles fossiles est responsable de 82% des émissions actuelles de CO2 (charbon 35%, pétrole 31%, gaz 16%).

Il est également responsable de nombreux accidents et de pollutions de l’eau. En particulier, le charbon est de très loin la plus dangereuse des énergies utilisées par l’homme.

Les rejets de CO2 vers l’atmosphère liés à l’utilisation des combustibles fossiles par l’Homme perturbent le cycle du carbone : une partie de ces rejets est absorbée par la végétation et les océans (qui sont des puits de carbone), et l’autre s’accumule dans l’atmosphère . Ceci : - accroit l’effet de serre naturel et entraine un réchauffement climatique de la planète ; - acidifie les océans, suite à l’absorption du CO2, ce qui fragilise les écosystèmes marins et menace la biodiversité océanique.

III) Le soleil   : source d’énergie à l’origine du cycle de l’eau et des mouvements atmosphérique et hydrosphérique

Question 3: Les énergies fossiles disparaissent et nos besoins augmentent, comment économiser nos énergies sans compromettre nos besoins ?

Les énergies fossiles se faisant de plus en plus rares et devenant de plus en plus chers surtout avec les demandes qui augmentent, il faut économiser ses énergies afin de ne pas se retrouver en Peak Oil (plus aucune énergies fossiles) en les complétant par des énergies renouvelables comme l'énergie éolienne, solaire et hydraulique qui sont des ressources énergétiques durables (elles sont moins émettrices de CO 2 par rapport aux énergies fossiles).

Moins de 1% de l’énergie solaire est utilisé pour la photosynthèse. Le reste chauffe la surface du globe. Du fait de la sphéricité du globe, la quantité d’énergie solaire reçue par unité de surface varie selon la latitude. Elle diminue de l’équateur vers les pôles.

Les zones qui reçoivent plus d’énergie solaire sont plus chauffées : la chaleur ainsi dégagée par la surface du globe réchauffe l’air qui, devenu moins dense, s’élève. Au niveau d’autres zones, l’air froid descend des hautes altitudes vers le sol provoquant un anticyclone, zone à haute pression. Cette différence de pression génère des mouvements d’air horizontaux des zones de haute pression vers les zones de basse: les vents.

Des courants marins naissent aussi de l’inégale répartition de l’énergie solaire par la Terre. Poussées par les vents, de gigantesques masses d’eau sont mises en mouvement.

L’énergie solaire est aussi responsable du cycle de l’eau. L’eau s’évapore grâce à la chaleur et circule, sous forme de vapeur, grâce aux vents. Les précipitations, l’écoulement par gravité permettent le retour de l’eau dans les bassins océaniques. L’énergie solaire est donc responsable du cycle de l’eau, des vents et des courants marins.

L’Homme exploite :- l’énergie du vent, ou énergie éolienne, pour

faire tourner les pales des éoliennes. - l’énergie hydraulique liée au déplacement de

l’eau au niveau des barrages hydroélectriques - l’énergie solaire au niveau des panneaux

photovoltaïqueCes énergies sont ensuite converties en électricité et sont qualifiées d’énergies renouvelables car le soleil est une ressource inépuisable et considérable d’énergie et semble être la seule source d’énergie susceptible de répondre durablement à la demande toujours croissante de l’Homme.

Chapitre n°2   : Nourrir l’humanité en cultivant les sols I) L’agriculture   : une autre source d’énergie, d’origine chimique, essentielle pour la

société humaineQuestion n°4   : Comment concilier l'alimentation pour tous et le respect de la planète ?

1) Satisfaire les besoins alimentaires de l’humanité On estime que la population mondiale pourrait s’accroitre de 34 % d’ici 2050. Pour répondre à

l’augmentation de la demande alimentaire, les pratiques agricoles s’intensifient et de nouvelles terres sont mises en culture. L’agriculture permet à l’humanité de se nourrir mais elle perturbe les écosystèmes naturels : elle est pour cette raison la principale cause de diminution de la biodiversité (ex : l’utilisation de pesticides pour lutter contre les parasites des cultures modifient la biodiversité naturelle du milieu).

Bien que les cultures hors sol se développent, l’essentiel de la production agricole se fait et se fera longtemps au champ. Pour être cultivable, un champ doit présenter de nombreuses qualités :

Etre suffisamment profond, aéré et pas trop compact pour que les racines puissent s’y enfoncer ; Contenir des substances nutritives et de l’eau en quantité suffisante ; Ne pas contenir d’éléments chimiques nuisibles aux cultures (sel, aluminium…)

Aucune culture n’est possible sans eau. Dans les régions où les précipitations sont insuffisantes, on a recours à l’irrigation.

2) Sols et eau   : des ressources limitées et inégalement réparties Plus des deux tiers des sols de notre planète ne sont pas cultivables (zones montagneuses, zones

côtières trop salées, zones trop arides…).A l’échelle planétaire, les réserves en terres cultivables et en eau semblent suffisantes pour

compenser la croissance démographique. Ce qui n’est pas toujours le cas à l’échelle régionale. L’Asie du sud ou le Proche-Orient exploitent déjà la quasi-totalité des sols aptes à l’agriculture et plus de 40 % de leurs ressources en eau renouvelables. On estime qu’en 2030, un pays de développement sur cinq sera confronté à des pénuries d’eau.Le respect de la planète est aussi un défi auquel on peut faire face, si tout le monde se sent concerner par notre avenir. Des moyens peuvent être mis en place pour contribuer à la survie de la planète, comme des engrais naturels (purin d'ortie, cendres de bois, etc...) ou encore une modification conséquente de notre empreinte écologique (consommation d'eau, tri des déchets, recyclage, etc...). La Terre nous offre son « hospitalité » alors respectons la !

3) Agriculture et énergie A l’échelle mondiale, l’utilisation de produits agricoles à des fins énergétiques s’accentue : 50% du

bois consommé est utilisé comme combustible et la production de d’agrocarburants a triplé entre 2000 et 2008. Les quantités de végétaux, donc de sol et d’eau, pour produire des agrocarburants, sont très importantes. Ce qui crée un débat : pour certains, cette production permet de lutter contre l’épuisement des combustibles fossiles, pour d’autres, elle entre en concurrence avec la production d’aliments.

II) La gestion des sols

Question n°5   : Comment l'homme peut-il exploiter le sol en répondent à c’est besoin tout en le préservant durablement ?

1) Les constituants d’un sol Le sol est la partie superficielle de la croûte terrestre. Il présente une organisation verticale en

horizons plus ou moins parallèles à la surface. Il repose sur la roche qui constitue le sous-sol.Le sol est constitué de différents éléments :

d’éléments liquides : l’eau d’éléments solides : matière minérales (sable, argile…) et matière organique (restes d’êtres vivants).

La matière organique constitue l’humus. L’humus est issu de la dégradation de la matière organique des végétaux après leur mort.

d’éléments gazeux : dioxygène, CO2Epais de quelques centimètres à plusieurs mètres, un sol abrite de nombreux êtres vivants. Les végétaux s’enracinent dans le sol et y puisent l’eau et les sels minéraux indispensables à leur développement.

2) La formation d’un sol La formation d’un sol comprend deux étapes principales :

une décomposition de la roche, nommée roche mère, par désagrégation physique et chimique sous l’action de l’eau, de la température, des racines des végétaux qui s’y implantent, du gel-dégel… Ainsi, des argiles se forment suite à l’hydrolyse de certains minéraux de la roche.

un enrichissement en matière organique une fois que des végétaux ont réussi à s’implanter sur ce futur sol. Lorsqu’ils meurent, leur matière organique est pour une part

o décomposer en matière minérale par les décomposeurs du sol (bactéries, champignons) ;o pour l’autre part transformer en un constituant organique complexe, l’humus qui s’incorpore

peu à peu au sol sous l’action de la faune (vers de terre, larves d’insectes…).

Une partie de l’humus se mélange à l’argile (éléments minéraux) pour constituer le complexe argilo-humique qui confère au sol sa fertilité, sa capacité à retenir l’eau…Cette horizon (couche) humifère se trouve en surface du sol et favorise le développement du végétal.

La formation d’un sol nécessite des milliers d’années (1cm fabriqué en un siècle). C’est donc une ressource non renouvelable à l’échelle humaine.

3) La gestion des sols Les sols fertiles sont fragiles et inégalement répartis à la surface du globe. L’agriculture intensive dégrade les terres cultivables. Erosion, compaction, pollution… L’utilisation de sols pour des usages non agricoles (habitat, zones commerciales, industrielles, de loisirs, aéroports, routes…) diminue la surface de terres exploitables pour l’agriculture et donc l’alimentation des Hommes. Bien adapter l’occupation des sols (choix des cultures, choix au niveau de l’urbanisation…) est la meilleure façon de les protéger. L’enherbement des surfaces agricoles permet de diminuer l’érosion des sols en limitant que le ruissellement entraine la terre emportée. Une prise de conscience au niveau mondiale est nécessaire et une gestion durable des sols représente un enjeu majeur pour l’Humanité. Il faut pour cela changer notre mode de culture certes rester sur une agriculture productiviste mais plus économe en énergie en économisant l'eau ou en cultivant dans des endroit au climat adapté et en favorisant aussi la formation de l' humus.