Chapitre 3 – Le bilan radiatif terrestre
Bilan n°1 :
Le Soleil émet une énergie rayonnante qui se répartit uniformément autour de lui. Une planète n’intercepte qu’une petite partie de ce rayonnement solaire.
Le rayonnement solaire intercepté par une planète dépend :
– De la distance Soleil-planète : plus la planète est loin du Soleil, plus l’énergie solaire par unité de surface au niveau de la planète est faible.
– Du rayon de la planète : plus le rayon est grand, plus la planète aura une surface grande et plus elle interceptera de rayonnement solaire.
Exemple : La Terre se trouve à environ 150 millions de km du Soleil et a un diamètre de 6371 km. Le disque des rayonnements solaires perçus par la Terre reçoit un flux d’énergie solaire de 1 368 W/m2.
Attention, une sphère de même rayon qu’un disque possède une surface 4 fois supérieure, il faut donc diviser 1 368 W/m2 par 4 pour connaître la quantité de rayonnement solaire disponible pour la Terre soit 342 W/m2.
Bilan n°2 :
Lorsque la lumière solaire pénètre dans l’atmosphère, elle est renvoyée dans différentes directions et une partie de cette énergie repart donc vers l’espace (c’est la réflexion).
Les rayonnements solaires atteignent une surface (océan, nuage, végétation….) et subissent également une réflexion. La proportion de l’énergie lumineuse réfléchie par rapport à l’énergie lumineuse incidente est l’albédo. Celui-ci n’a pas d’unité et varie de 0 à 1 et est d’autant plus élevé que la surface est réfléchissante.
Ex : les surfaces sombres comme les océans réfléchissent peu les rayons du soleil et ont donc un albédo faible, au contraire les surfaces claires comme les neiges et glaces ont un albédo élevé, car réfléchissent beaucoup les rayons du soleil.
En tenant compte de la proportion de chaque type de surface et de leurs albédos, on peut calculer l’albédo moyen de la Terre, celui-ci est d’environ 0,3 (cela signifie que 30% de la puissance solaire que la Terre reçoit est réfléchi vers l’espace). Cela explique donc que seulement environ 239 W/m2 des 342 W/m2 provenant des rayonnements solaires soient absorbés par la Terre. Dans les 239 W/m2, 70 W/m2 sont absorbés par les nuages et 169 W/m2 arrivent à la surface de la Terre.
Bilan n°3 :
L’absorption de l’énergie solaire par la surface provoque une augmentation de sa température. L’échauffement de la surface terrestre se traduit par une émission d’un rayonnement thermique infrarouge (IR) avec un maximum d’émission pour des longueurs d’onde proches de 10 μm. La Terre émet un rayonnement thermique IR de 390 W/m2
Une grande partie de ce rayonnement est absorbée au niveau de l’atmosphère par les gaz à effet de serre (GES), mais une fraction est réémise dans toutes les directions ce qui va conduire à une augmentation de la température de l’atmosphère et de la surface terrestre. Ce phénomène naturel s’appelle « l’effet de serre ».
Ainsi le sol reçoit à la fois un rayonnement dans le visible venant du soleil, mais aussi un rayonnement IR venant de l’effet de serre. Le même processus se répète avec des intensités moindres et contribue à réchauffer la surface de la Terre et son atmosphère. Sur les 390, 320 W/m2 sont renvoyé vers la surface et 240 W/m2 sont renvoyé vers l’espace.
Les principaux GES sont la vapeur d’eau, le CO2 et le méthane. Sans effet de serre l’eau liquide n’existerait pas sur Terre (il n’y aurait que des glaces) et est donc essentielle à la vie. Malheureusement la concentration des GES ne cesse d’augmenter avec la combustion des énergies fossiles (pétrole, gaz), la déforestation, et l’industrialisation, cela conduit à réchauffer la Terre (Réchauffement climatique)
Activité 4 – Le bilan radiatif – Un équilibre dynamique
Chapitre 4 – La photosynthèse
Bilan n°1 :
À l’échelle de la planète, 0,1 % de l’énergie solaire est absorbé par les végétaux chlorophylliens. Ce sont des producteurs primaires : ils utilisent cette énergie pour fabriquer leurs matières organiques en réalisant la photosynthèse. Ce métabolisme libère aussi du dioxygène que tous les êtres vivants respirent ensuite.
La productivité primaire (photosynthèse) d’un écosystème dépend de la quantité d’énergie solaire qu’il reçoit et d’autres facteurs (quantité de minéraux disponibles par exemple).
Écosystème : Un écosystème est un ensemble formé par une communauté d’êtres vivants (la biocénose) en interaction avec son milieu de vie (le biotope).
Bilan n°2 :
À l’échelle d’une feuille, 0,1% de l’énergie lumineuse accessible par les végétaux est utilisé pour la photosynthèse.
Dans les organes chlorophylliens et plus précisément dans les feuilles, des pigments (chlorophylles, carotènes, xanthophylles…) absorbent certaines radiations de la lumière visible (dans le violet, bleu, orange et rouge) : c’est leurs spectres d’absorptions.
Les pigments sont donc à l’origine d’une conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique qui permet la synthèse de molécules organiques à partir de minéraux, d’eau et de CO2 lors de la photosynthèse.
Les produits de la photosynthèse sont l’O2 (respirable ensuite par tous les autres êtres vivants) et de la matière organique (du glucose stocké sous forme d’amidon dans les chloroplastes).
Bilan n°4 :
Au sein des écosystèmes les organismes chlorophylliens réalisant la photosynthèse sont qualifiés d’êtres vivants producteurs primaires autotrophes pour le carbone, car ils seront les premiers à produire la matière organique qui sera ensuite assimilée par tous les autres êtres vivants hétérotrophes pour le carbone (= producteurs secondaires).
Au sein des écosystèmes, cette matière organique sera utilisée pour réaliser le métabolisme (respiration cellulaire ou fermentation), d’une part, pour produire de l’énergie et, d’autre part, elle permet de synthétiser de nouvelles molécules organiques nécessaires aux êtres vivants pour leurs croissances.
L’absorption de l’énergie solaire par les végétaux chlorophylliens est donc à la base de la plupart des écosystèmes : les organismes non chlorophylliens consomment d’autres organismes (chlorophylliens ou non) et utilisent leur matière organique pour en extraire de l’énergie et produire leur propre biomasse.
Lors du transfert de matière d’un niveau à l’autre du réseau alimentaire, une grande partie de l’énergie contenue dans les molécules organiques est dissipée sous forme de chaleur.
Définition :
- Autotrophe : Être vivant qui produit leurs propres matières organiques carbonées à partir de matière minérale (eau, CO2 et minéraux par exemple) et d’énergie lumineuse.
- Hétérotrophe : Être vivant qui produit leurs propres matières organiques carbonées grâce à la matière organique extérieure issue par exemple de leurs alimentations
- Réseau trophique : Ensemble de chaînes alimentaires reliées entre elles au sein d’un écosystème et par lesquelles l’énergie et la biomasse circulent.
SVT 