TP 3. La répartition de l énergie solaire à la surface du globe terrestre dépend de la latitude. 2 nde L Y C É E

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Angélique Lavigne
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1 TP 3 L Y C É E La répartition de l énergie solaire à la surface du globe terrestre dépend de la latitude. 2 nde

2 SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 125 Écosystème: ensemble formé des êtres vivants et de leur milieu de vie. La productivité primaire brute (PPB) est la production totale de matières organiques, élaborées par photosynthèse, par unité de temps et de surface. Ce paramètre s exprime donc en kg.m -2.an -1 La productivité primaire nette (PPN) est la PPB moins la matière organique utilisée pour la respiration. En effet les plantes aussi respirent!

3 Les étapes de la démarche expérimentale On constate une répartition inégale de la productivité primaire nette à la surface du globe terrestre. Celle-ci est maximale (>1,5 Gt/an) au niveau de l équateur (aussi bien dans les océans que sur les continents) et minimale vers les pôles (0 Gt/an). Comment expliquer cette inégale répartition de la productivité primaire nette? On sait que cette PPN est due à la photosynthèse, métabolisme permettant la synthèse de matière organique dans certaines conditions: lumière, CO 2 et H 2 O (+ sels minéraux). On peut donc supposer qu au moins un de ces 3 paramètres est maximal à l équateur et minimal au pôle. Il faut tester cette hypothèse en modélisant l énergie solaire reçue à la surface du globe terrestre par exemple.

4 SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 126 On constate une inégale répartition des températures au sol. Or on sait que cette température est proportionnelle à l énergie solaire reçue par la surface. Comment expliquer cette inégale répartition de l énergie solaire?

Lampe modélisant le Soleil Pôle Sud Globe terrestre dont l axe pôle Nord -pôle Sud est orienté

5 Modélisation de la répartition inégale de l énergie solaire à la surface du globe terrestre Pôle Nord Panneau percé de trous de même diamètre 4 faisceaux lumineux de même diamètre et de puissance 100 Watts. Lampe modélisant le Soleil Pôle Sud Globe terrestre dont l axe pôle Nord -pôle Sud est orienté perpendiculairement au plan de l écliptique (ici perpendiculairement à la paillasse) : direction du rayon lumineux

6 Analyse des résultats de la modélisation de la répartition de l énergie solaire On constate que pour un même diamètre de rayon lumineux la surface éclairée varie avec la latitude. Cette surface augmente avec le rapprochement aux pôles. Or la puissance du rayon lumineux étant la même (ici ampoule de 100W), plus la surface éclairée est grande, moins la puissance reçue par mm² sera importante. On comprend donc que l énergie solaire reçue par la surface du globe terrestre est d'autant plus grande que la surface considérée est proche de l équateur: cette inégale répartition de l énergie solaire est due à la sphéricité de la Terre. En effet, si la Terre était carrée alors l énergie solaire reçue serait équivalente en tous points de la surface éclairée.

7 Conclusion (cf étapes de la démarche expérimentale) L inégale répartition de l énergie solaire à la surface du globe terrestre induit une réalisation inégale de la photosynthèse : cette conversion de l énergie lumineuse en synthèse organique est forte à l équateur et faible aux pôles (Cf doc 4b p. 125). La photosynthèse utilise moins de 1% de la totalité de l énergie lumineuse reçue par le globe terrestre.

8 Énergie solaire et courants atmosphériques SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 127 L énergie solaire chauffe l air, qui moins dense, a tendance à remonter. Ainsi à l équateur on assiste à un mouvement ascendant de l air et aux pôles à un mouvement descendant. Ces mouvements verticaux sont couplés à des mouvements horizontaux dus au déplacement d un fluide des hautes vers les basses pressions. Ainsi, l inégale répartition de l énergie solaire est à la base des mouvements atmosphériques.

9 La naissance des vents: liée à l inégale répartition de l énergie solaire SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 127

10 Utilisation de l énergie solaire: des ressources énergétiques variées SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 130

11 SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 130

12 Energies éoliennes et hydroélectriques en France SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 131

Parc éolien en France (2006) http://technologies-propres.

13 Parc éolien en France (2006)

14 Géothermie en France Carte des isogéothermes (source: BRGM)

15 La géothermie, une ressource énergétique à fort potentiel en France La France recèle dans son sous-sol un véritable trésor géothermique dont une infime partie est aujourd'hui exploitée. On dénombre seulement 65 installations dédiées au chauffage urbain réalisées pour l'essentiel dans les années Elles assurent la couverture des besoins d'environ équivalent-logements. Pour connaître notre potentiel de ressources géothermiques basse énergie, un inventaire des ressources profondes a débuté en 1976, après le premier choc pétrolier. Réalisé par le BRGM en association avec les grands groupes pétroliers, il a montré que notre territoire recèle de grandes quantités d'eau chaude au droit des zones les plus peuplées. A la fin des années 80, des inventaires régionaux des ressources superficielles ont été réalisés en partenariat avec l ADEME, le BRGM et EDF. Aujourd hui, une nouvelle démarche visant à actualiser les données et à moderniser leur accès (CD-Rom, sites Internet) a été engagée sur une dizaine de régions. Par ailleurs, le BRGM et l ADEME ont mis au point sur la Limagne une nouvelle méthodologie d inventaire à la lumière des concepts modernes : il s agit du projet baptisé Copgen, littéralement compilation du potentiel géothermique national.

16 Cartes du gisement solaire en France

17 Ministère de l'ecologie, de l'energie, du Développement durable et de la mer

18 Centrale solaire à Martillac (près de Bordeaux)

19 Utilisation des énergies renouvelables dans le monde et en France SVT 2 nde Nathan ed 2010 p. 131

Les départements les plus boisés en France Les forêts françaises couvrent aujourd'hui environ 15,5 millions d'hectares, soit plus du quart de notre territoire.

22 Les départements les plus boisés en France Les forêts françaises couvrent aujourd'hui environ 15,5 millions d'hectares, soit plus du quart de notre territoire. De nos jours, la forêt s'accroît d'environ ha par an. La forêt française est la première forêt feuillue d'europe.

Puissance installée en chauffage par bois http://www.

24 Puissance installée en chauffage par bois

25 Gisements d exploitation nucléaire en France

26 Traces écrites II. L énergie solaire reçue par la Terre Cf TP3 A. Une énergie inégalement répartie On constate que pour un même diamètre de rayon lumineux la surface éclairée varie avec la latitude. Cette surface augmente avec le rapprochement aux pôles. Or la puissance du rayon lumineux étant la même (ici ampoule de 100W), plus la surface éclairée est grande, moins la puissance reçue par mm² sera importante. On comprend donc que l énergie solaire reçue par la surface du globe terrestre est d'autant plus forte que la surface considérée est proche de l équateur: cette inégale répartition de l énergie solaire est due à la sphéricité de la Terre. En effet, si la Terre était carrée alors l énergie solaire reçue serait équivalente en tous points de la surface éclairée. B. Les conséquences sur la photosynthèse à l échelle planétaire L inégale répartition de l énergie solaire à la surface du globe terrestre induit une réalisation inégale de la photosynthèse : cette conversion de l énergie lumineuse en matière organique est forte à l équateur et faible aux pôles (Cf doc 4b p. 125). La photosynthèse utilise moins de 1% de la totalité de l énergie lumineuse reçue par le globe terrestre. (cf doc 2 p.130)

27 Traces écrites (suite) D. Les différentes formes d énergie solaire L énergie d origine solaire permet d exploiter : l énergie éolienne, hydraulique (barrages hydroélectriques), l énergie de la houle (énergie marémotrice), de la combustion de la biomasse (ensemble des matières organiques d'origine végétale ou animale pouvant devenir source d'énergie par combustion) et évidemment l énergie solaire (panneaux photovoltaïques). En France, la part des énergies renouvelables dans la production d électricité en 2008 est de 13,6%. Des objectifs fixés par le Grenelle de l Environnement visent à atteindre 20% d énergies renouvelables en France. C. Les conséquences sur les mouvements atmosphériques et les courants marins L énergie solaire chauffe l air, qui moins dense, a tendance à remonter. Ainsi à l équateur on assiste à un mouvement ascendant de l air et aux pôles à un mouvement descendant. Ces mouvements verticaux sont couplés à des mouvements horizontaux dus au déplacement d un fluide des hautes vers les basses pressions. Ainsi, l inégale répartition de l énergie solaire est à la base des mouvements atmosphériques. De même, l énergie solaire agit sur l hydrosphère et provoque les courants marins (essentiellement ceux de surface). Ainsi utiliser l énergie des vents, des courants marins (énergie de la houle), des barrages hydroélectriques, revient à utiliser indirectement de l énergie solaire. Ces ressources énergétiques sont rapidement renouvelables.

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