Soleil et écosystème DIVERSITÉ DU VIVANT

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1 23 ÉNERGIE ET PHOTOSYNTHÈSE Soleil et écosystème DIVERSITÉ DU VIVANT

2 ÉNERGIE ET PHOTOSYNTHÈSE PRINCIPAUX APPRENTISSAGES Plus spécifiquement dans cette séquence, tu apprendras à : découvrir l importance de la photosynthèse pour tous les êtres vivants, animaux et végétaux ; découvrir l importance de la photosynthèse à l échelle planétaire ; découvrir l importance de l effet de serre ; modéliser pour expliquer le cycle de la matière et de l énergie dans les écosystèmes ; modéliser pour expliquer le cycle du carbone ; analyser et réaliser différents types de pyramides écologiques ; tu t exerceras aussi à : s informer à partir de documents de nature variée ; faire le lien entre la photosynthèse et des questions citoyennes ; débattre et argumenter tes choix. FICHES DE pour : ACTIVITÉ 1 L énergie solaire et la planète ACTIVITÉ 2 Energie et matière vivante ACTIVITÉ 3 Echanges d énergie ACTIVITÉ 4 L effet de serre ACTIVITÉ 5 Echanges de carbone ACTIVITÉ 6 Débat FICHES DE SYNTHÈSE S23-2 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

3 ACTIVITÉ 1 L énergie solaire et la planète La planète Terre est située à 150 millions de kilomètres du Soleil. Elle reçoit chaque seconde une énergie solaire constante de 170 millions de gigajoules (giga = milliard). La Terre diffuse 48 millions de gigajoules et en absorbe 122 millions. Cette énergie apporte chaleur et lumière à la planète (pour comparaison, l énergie contenue dans un réservoir d essence d environ 50 l. est de 1,8 gigajoules). 1. Exprime en notation scientifique : L énergie solaire reçue chaque seconde par la Terre : E reçue = L énergie solaire absorbée chaque seconde par la Terre : E absorbée = L énergie solaire diffusée chaque seconde par la Terre dans l espace : E diffusée = 2. Que devient l énergie solaire qui est absorbée par la planète Terre? Formule quelques hypothèses : 3. L ensemble Soleil - atmosphère - Terre est modélisé par le montage suivant : lampe récipient transparent en verre ou plexiglas mesure de la température eau S23-3 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

4 ACTIVITÉ 1 A quel élément réel correspond chaque élément du modèle? Modèle Lampe Réalité Récipient transparent en verre ou plexiglas Bac d eau 4. Tu sais qu on parle de réchauffement climatique. Ton défi est donc de réussir à modéliser ce réchauffement pour en comprendre les causes. Comment modifier la température de l eau à l intérieur du récipient? Propose une expérience : 5. Une fois ton expérimentation réalisée, explique à quels phénomènes naturels tu peux rattacher ce que tu as fait pour réchauffer l eau à l intérieur du récipient. S23-4 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

5 ACTIVITÉ ACTIVITE 2 Energie et matière vivante 1. Comme l eau de l expérience précédente, tous les êtres vivants captent l énergie solaire. Dans quels buts? 2. Complète le tableau suivant avec les éléments d un réseau alimentaire d un milieu que tu choisis. 3. Propose un autre schéma qui rendrait mieux compte de la réalité en termes de nombre d individus à chaque niveau du réseau alimentaire. S23-5 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

6 ACTIVITE 2 Autour des pyramides écologiques Réponds sur une feuille annexe. 4. faucons, serpents, grenouilles fourmis, sauterelles, arbres 100 a) De quel type est cette pyramide écologique? b) Analyse sa forme et explique. c) Est-ce que la masse des producteurs sera aussi inférieure? 5. Construis une pyramide de biomasse qui représente le réseau alimentaire suivant. 25 kg de grenouille kg d arbustes 3 kg de couleuvre 400 kg d insectes herbivores 6. a) A quel niveau d une pyramide écologique y a t-il le plus d énergie? b) Pourquoi y a-t-il moins d énergie aux niveaux supérieurs? c) Où se place l être humain dans une pyramide écologique? d) Quelle est la source d énergie principale de tout écosystème? S23-6 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

7 ACTIVITÉ 3 Echanges d énergie 1. Rappelle le processus qui permet aux producteurs d obtenir leur matière organique. 2. A l aide des informations dans les vignettes, imagine un modèle qui montre le flux de matière et d énergie dans un écosystème. Ma proposition : FLUX DE MATIÈRE ET D ÉNERGIE DANS UN ÉCOSYSTÈME La photosynthèse est effectuée par les plantes (= autotrophes). O 2 CO 2 sucre (=glucose) Les végétaux (= autotrophes) respirent. Les animaux (= hétérotrophes) respirent. La respiration libère de l énergie utilisée par les êtres vivants. La photosynthèse utilise l énergie solaire. H 2 O S23-7 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

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9 23 ÉNERGIE ET PHOTOSYNTHÈSE ACTIVITÉ 3 Comment l énergie d un écosystème est-elle utilisée? 3. Lis le texte suivant qui présente un écosystème particulier : la prairie. «Un champ fournit 920 g d herbe par m2 et par an ( kj) dont 85% ( kj) est consommé par une vache et 7,75 % (1 270 kj) par des arthropodes herbivores. Le reste n est pas utilisé. En mangeant cette quantité d herbe, la vache produit 95 g de matière (2 160 kj), dont 10 g de viande et 85 g de lait. Elle excrète 290 g de matière non-assimilée (5 220 kj). De même, les invertébrés herbivores produisent 5,5 g de matière (125 kj) et excrètent 48,5 g de matière non-assimilée (873 kj).» (adapté d après Ricou G.E., 1978) a) Complète le schéma ci-dessous en indiquant des valeurs de masse (et d énergie) pour chaque maillon du réseau alimentaire. PRODUCTION PRIMAIRE 920 g PRODUCTION SECONDAIRE 100,5 g non assimilé Les masses sont exprimées en grammes de matière sèche par mètre carré et par an. vache : lait : viande : non assimilé arthropodes herbivores : b) Quelle est la quantité de matière (ou d énergie) «perdue» entre le champ et la vache? c) Calcule le rendement de production de la vache : d) Comme «rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme»1, qu est devenue d après toi cette énergie «perdue» entre le champ et la vache? 1 S23-9 Phrase attribuée au chimiste français Lavoisier ( ), reprise du philosophe grec Anaxagore ( av. J.C.). DIVERSITÉ DU VIVANT p.

10 ACTIVITÉ 3 e) Attribue ces différentes utilisations de l énergie amenée par la matière organique ingérée par la vache aux proportions ci-dessous. 47,3 % 62,7 % matière organique ingérée 15,4 % 37,3 % 4. Voici deux autres exemples de pyramides écologiques. une rivière la mer gardon J limnée 2, J plancton végétal 1, J énergie solaire 1, J Requin 1 kg Thon 10 kg Anchois 100 kg Zooplancton kg Phytoplancton 10 t Calcule les rendements en % entre chaque étage de ces deux pyramides écologiques : 5. Conclus. Entre chaque étape d un écosystème, le rendement énergétique moyen vaut environ S23-10 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

11 23 ACTIVITÉ 4 ÉNERGIE ET PHOTOSYNTHÈSE L effet de serre «L effet de serre est un phénomène naturel causé par certaines molécules présentes dans l atmosphère terrestre (vapeur d eau, dioxyde de carbone, ozone, méthane...). La surface terrestre est exclusivement chauffée par l énergie solaire (les sources géothermiques sont dix mille fois plus faibles). La moitié de cette énergie solaire est absorbée par la Terre, le reste est absorbé par l atmosphère et pour une faible partie réfléchie dans l espace. La Terre, ainsi chauffée, émet elle aussi un rayonnement mais dans l infrarouge (invisible à l œil nu). Les molécules de gaz à effet de serre présentes dans l atmosphère absorbent principalement ces longueurs d ondes infra-rouges et réémettent vers la Terre 80% de cette énergie. C est ce mécanisme qu on appelle l effet de serre. Il est à l origine du maintien de l eau à l état liquide sur notre planète et a donc favorisé le développement de la vie sur Terre; sans lui, la température au sol avoisinerait -18 C. Mais l activité humaine est en voie de perturber cet équilibre en augmentant les concentrations de plusieurs gaz à effet de serre, notamment celles du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4).» Adapté d après : edumedia-sciences.com 1. Observe les schémas suivants et décris les trois situations. Pas d effet de serre 100 % 90 % 100 % 10 % Effet de serre naturel 30 % 20 % 80 % S23-11 DIVERSITÉ DU VIVANT 100 % 20 % 50 % p.

12 ACTIVITÉ 4 Effet de serre augmenté 30 % 100 % 5% 95 % 100 % 50 % 20 % 2. a) D après le texte ci-dessus et tes recherches documentaires, entoure quels gaz ci-dessous sont à l origine de l effet de serre. N 2 O O 2 CFC He CO 2 H 2 O Kr Ar Ne CH 4 Xe H 2 N 2 O 3 b) Lesquels sont en augmentation à cause des activités humaines? c) D où proviennent-ils? GES (gaz à effet de serre) Sources naturelles Sources humaines S23-12 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

13 ACTIVITÉ 5 Echanges de carbone Le carbone (C) est un atome essentiel à la vie : les molécules du vivant (organiques) sont définies comme étant composées de carbone. Il intervient dans les phénomènes de photosynthèse, de respiration ainsi que dans les activités artificielles menées par les êtres humains. Essayons de résumer tous ces flux de carbone à l échelle d un écosystème : documente-toi pour compléter ce schéma par des flèches illustrant le cycle du carbone ; utilise des flèches noires pour les flux naturels ; utilise des flèches rouges pour les flux générés par les activités humaines. S23-13 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

14 ACTIVITÉ 5 Rédige un texte pour résumer l importance énergétique de la photosynthèse à tous les niveaux d organisation de la vie, des individus à la biosphère. S23-14 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

15 ACTIVITÉ 6 Débat Les êtres humains utilisent depuis longtemps divers produits de la photosynthèse pour leur alimentation, leurs ressources énergétiques, La quantité, la disponibilité, l accessibilité à ces ressources posent des problèmes de société dont tu peux discuter lors d un débat. Avant le débat Qu est-ce qu un débat? Sur un thème à fondement scientifique, le débat permet d échanger des opinions. Son but est de trouver une solution à une question de manière à satisfaire les différentes valeurs des participants. La question de débat Elle est d actualité, controversée (il y a différentes réponses) et fermée (on peut y répondre par oui ou non). tu vas te documenter sur le thème relatif au débat choisi, en étant attentif aux sources des informations utilisées ; tu vas imaginer des arguments pour les deux positions à l aide de tes réflexions et à l aide de documents. Pendant le débat tu vas suivre un déroulement donné par ton enseignant ; tu vas t exprimer en public ; tu vas construire et défendre une opinion ; tu vas écouter, tolérer et intégrer les opinions contraires ; tu vas affirmer ton esprit critique. S23-15 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

16 ACTIVITÉ 6 Le soleil à l origine du pétrole? Tu vas découvrir le lien entre le soleil, la photosynthèse et le pétrole. Que dire de la recherche de nouveaux gisements, du pic pétrolier, de l augmentation du CO 2 atmosphérique, de la consommation de pétrole Les agrocarburants? Une partie de la biomasse terrestre est utilisée pour l alimentation humaine, une autre pour la production d énergie : ce sont les agrocarburants. Discute de leurs avantages et de leurs désavantages. Quelle agriculture demain? Quels sont les impacts d une alimentation humaine basée sur les végétaux ou basée sur la viande? Discutes-en après avoir découvert quelques chiffres sur le sujet. S23-16 DIVERSITÉ DU VIVANT p.