CHAPITRE
Plan
1L’énergie solaire à l’échelle de la planète
A) Le Soleil : une émission d’énergie sur la Terre
- boule de gaz (hydrogène + hélium) qui émet une énorme quantité d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique, dont la lumière visible
- une partie du flux solaire (en W/m2) est reçue au sol, une autre est absorbée par l’atmosphère ou renvoyée dans l’espace
- température moyenne de la terre = +15 °C
- l’énergie solaire reçue est réémise par la surface puis absorbée par l’atmosphère (vapeur d’eau + dioxyde de carbone) et réchauffe l’ensemble de la surface terrestre = effet de serre
B) L’inégale répartition de l’énergie solaire reçue par la Terre
- l’énergie solaire reçue par la terre varie selon la latitude en raison de la sphéricité de la planète
- un faisceau lumineux de 1 m2 éclaire une plus petite surface à l’équateur qu’aux pôles donc l’énergie reçue par 1 m2 est plus élevée à l’équateur
- zones les plus chaudes = équateur ; zones les plus froides = pôles
- réflexion de la lumière plus importante sur les continents que les océans : énergie reçue plus élevée sur les océans
C) Conséquences sur les mouvements atmosphériques et océaniques
- le réchauffement des basses couches de l’atmosphère par l’énergie solaire entraîne la mise en mouvement des masses d’air horizontalement et verticalement
- l’air chaud monte et l’air froid redescend
- les masses d’air vont des zones de haute pression vers les zones de basse pression : création de cellules de convection
- les mouvements horizontaux constituent les vents (de surface ou d’altitude)
- le mouvement des masses d’air varie avec la rotation de la terre. Ex. : vents dominants de sud-ouest en Europe occidentale
- les variations de température de surface des océans, les marées et la force motrice des vents provoquent le mouvement des masses d’eau = les courants. Ex. : Gulf Stream
- cycle de l’eau à l’échelle de la planète : évaporation au niveau de l’équateur, circulation de la vapeur d’eau vers les zones plus froides, précipitations puis retour dans les masses océaniques
Transition : une petite partie de l’énergie solaire (moins de 1 %) reçue par la surface de la Terre est utilisée par les êtres vivants à la base des écosystèmes : les végétaux chlorophylliens.
2L’utilisation de l’énergie solaire par les végétaux
A) La photosynthèse : fabrication de matière organique
- les végétaux chlorophylliens ont besoin pour leur croissance d’éléments indispensables : eau, sels minéraux, dioxyde de carbone et lumière
- les pigments chlorophylliens captent l’énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique utilisable par les cellules
- l’énergie chimique permet la synthèse de matière organique
- les molécules organiques, les sucres, sont synthétisés à partir du dioxyde de carbone (source de carbone et d’oxygène) atmosphérique. Ex. : le glucose C6H12O6
- la photosynthèse nécessite un apport d’eau (H2O) : l’origine varie selon le mode de vie
- équation bilan (permise par l’énergie lumineuse) : 6H2O + 6CO2 = C6H12O6 + 6O2
- les ions minéraux prélevés dans le sol apportent les autres éléments nécessaires à la synthèse des molécules comme les lipides, protides, acides nucléiques. Ex. : azote, phosphore, soufre, etc.
B) Photosynthèse et biomasse
- les végétaux sont à l’origine de la productivité primaire
- les producteurs secondaires utilisent directement ou indirectement la matière organique des producteurs primaires
- l’ensemble de la production primaire et secondaire dans un écosystème constitue la biomasse
- il existe un transfert d’énergie et de matière au sein des réseaux trophiques (chaînes alimentaires)
- une partie de l’énergie est stockée sous forme de biomasse et une autre est perdue sous forme de chaleur
Transition : lorsque des êtres vivants meurent, 99,9 % de leur matière est décomposée, mais dans certaines conditions, la dégradation n’est pas possible : cette biomasse est lentement fossilisée et donne naissance aux combustibles fossiles.
3Énergie fossile : l’énergie solaire du passé
A) Les conditions de formation d’un combustible fossile
- processus très lent sur plusieurs millions d’années et dans des lieux de forte productivité primaire
- transformation d’une biomasse enfouie dans les sédiments au niveau de bassins sédimentaires
- l’absence de dioxygène (conditions anoxiques) due à l’enfouissement empêche l’action des décomposeurs et la dégradation de la matière se fait difficilement
- le phénomène de subsidence entraîne l’augmentation progressive de la température et de la pression
- la dégradation thermique (pyrolyse) de la matière organique conduit à la création de roches carbonées : augmentation du carbone et de l’hydrogène et perte des atomes d’oxygène et d’azote
- piégeage des hydrocarbures (pétrole et gaz) : stockage dans une roche réservoir poreuse surmontée par une roche imperméable qui empêche la migration et l’évaporation
B) Étapes de la formation du pétrole et des gaz
- accumulation de débris animaux et végétaux d'origine planctonique sur le fond des mers fermées, des lagunes, des estuaires, etc.
- enfouissement entre 2 000 et 3 800 mètres, température de 100 °C : transformation de la matière organique en molécules d'hydrocarbures liquides ; c’est la fenêtre à huile
- enfoncement plus profond, entre 3 800 et 5 000 mètres : passage aux hydrocarbures gazeux (ex. : le méthane CH4) ; c’est la fenêtre à gaz
- migration de la roche mère vers une roche réservoir
- environ 1 % des hydrocarbures sont piégés dans des réservoirs imperméables
C) Étapes de la formation du charbon
- accumulation des débris de végétaux terrestres dans des marécages, lacs, lagunes, etc.
- enfouissement et sédimentation après élévation du niveau de la mer
- transformation de la matière organique en acides humiques puis en charbon de différents stades :
- la tourbe (50 à 70 % de carbone) avec restes de fibres végétales, en quelques milliers d’années (1 000 à 7 000 ans)
- le lignite (70 % de carbone) avec fragments de bois encore reconnaissables, 60 millions d’années
- la houille (75 à 93 % de carbone), charbon noir et compact, 150 millions d’années
- l’anthracite (plus de 93 % de carbone), 300 millions d’années
Bilan : la lumière solaire permet, à l’échelle d’un végétal, la synthèse de matières organiques grâce à la photosynthèse. Ce mécanisme se traduit par une augmentation la biomasse, réserve d’énergie solaire stockée sous forme organique. À l’échelle de la planète, une faible proportion de la matière organique échappe à l’action des décomposeurs et se transforme en combustible fossile, énergie solaire stockée.
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