Soleil et écosystème DIVERSITÉ DU VIVANT

23 ÉNERGIE ET PHOTOSYNTHÈSE Soleil et écosystème DIVERSITÉ DU VIVANT

ÉNERGIE ET PHOTOSYNTHÈSE PRINCIPAUX APPRENTISSAGES Plus spécifi quement 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.

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 = 1,7 x 10 17 J L énergie solaire absorbée chaque seconde par la Terre : E absorbée = 1,22 x 10 17 J L énergie solaire diffusée chaque seconde par la Terre dans l espace : E diffusée = 4,8 x 10 16 J 2. Que devient l énergie solaire qui est absorbée par la planète Terre? Formule quelques hypothèses. Selon proposition des élèves 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.

ACTIVITÉ 1 A quel élément réel correspond chaque élément du modèle? Modèle Lampe Récipient transparent en verre ou plexiglas Bac d eau Réalité Soleil atmosphère Terre 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? Selon proposition des élèves 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. Selon proposition des élèves S23-4 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

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? Se chauffer (animaux et végétaux) et faire de la photosynthèse (végétaux) 2. Complète le tableau suivant avec les éléments d un réseau alimentaire d un milieu que tu choisis : la forêt transfert de matière CO 2 H 2 O CO 2 H 2 O CO 2 H 2 O LUMIERE CO 2 H 2 O PRODUCTEURS Chêne Hêtre Noisetier Lierre Jacinthe des bois Sceau de Salomon CONSOMMATEURS PRIMAIRES Escargot herbivores Lièvre Chevreuil Chenille Grive Renard Geai Mésange Écureuil Pic folivores frugivores granivores CONSOMMATEURS SECONDAIRES Mésange Pic Grive Autour Renard Épervier Hermine MATIERE MINERALE DECOMPOSEURS Cloporte Lombric Champignons Bactéries CO 2 H 2 O 3. Propose un autre schéma qui rendrait mieux compte de la réalité en termes de nombre d individus à chaque niveau du réseau alimentaire. Selon proposition des élèves S23-5 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

ACTIVITE 2 Autour des pyramides écologiques Réponds sur une feuille annexe. 4. faucons, serpents,... 1 000 a) De quel type est cette pyramide écologique? C est une pyramide des nombres. b) Analyse sa forme et explique. grenouilles 20 000 fourmis, sauterelles,... 100 000 La base est beaucoup plus étroite que les étages supérieurs, car un arbre représente une biomasse disponible pour beaucoup de consommateurs primaires. c) Est-ce que la masse des producteurs sera aussi inférieure? Non, car un arbre a une masse plus élevée qu une population d insectes. 5. Construis une pyramide de biomasse qui représente le réseau alimentaire suivant. 25 kg de grenouille 5 000 kg d arbustes 3 kg de couleuvre 400 kg d insectes herbivores 3 kg couleuvre arbres 100 25 kg grenouille 400 kg insectes 5 000 kg arbustes 1cm = 400 kg 6. a) A quel niveau d une pyramide écologique y a t-il le plus d énergie? Au premier étage (en bas). b) Pourquoi y a-t-il moins d énergie aux niveaux supérieurs? Car il y a de l énergie dissipée entre chaque étage pour le fonctionnement des êtres vivants et à cause de la non-consommation de certains individus. c) Où se place l être humain dans une pyramide écologique? A l étage supérieur. d) Quelle est la source d énergie principale de tout écosystème? Le soleil. S23-6 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

ACTIVITÉ 3 Echanges d énergie 1. Rappelle le processus qui permet aux producteurs d obtenir leur matière organique. la photosynthèse 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 utilise l énergie solaire. La photosynthèse est effectuée par les plantes (= autotrophes). H 2 O CO 2 O 2 sucre (=glucose) La respiration libère de l énergie utilisée par les êtres vivants. Les animaux (= hétérotrophes) respirent. Les végétaux (= autotrophes) respirent. 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.

23 ACTIVITÉ 3 ÉNERGIE ET PHOTOSYNTHÈSE 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 (16 464 kj) dont 85% (14 000 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 85% (14 000 kj) non assimilé 7.75% (1 270 kj) Les masses sont exprimées en grammes de matière sèche par mètre carré et par an. 7.25% (1 194 kj) 95 g (2160 kj) vache : 290 g (5220 kj) lait : 85 g viande : 10 g 48.5 non assimilé (873 kj) arthropodes herbivores : 5.5 g (125 kj) b) Quelle est la quantité de matière (ou d énergie) «perdue» entre le champ et la vache? 85 % de 920 g = 782 g 782 95 = 687 g c) Calcule le rendement de production de la vache : 95 / 782 = 12 % 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? La vache l a utilisée pour croître, respirer et dégager de l énergie, 1 S23-9 Phrase attribuée au chimiste français Lavoisier (1743-1794), reprise du philosophe grec Anaxagore (500-428 av. J.C.). DIVERSITÉ DU VIVANT p.

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 % matière organique ingérée 62,7 % matière assimilée pertes par respiration croissance 15,4 % matière non- assimilée 37,3 % 4. Voici deux autres exemples de pyramides écologiques. une rivière la mer gardon 2. 10 5 J limnée 2,5. 10 6 J plancton végétal 1,5. 10 8 J énergie solaire 1,5. 10 9 J Requin 1 kg Thon 10 kg Anchois 100 kg Zooplancton 1 000 kg Phytoplancton 10 t Calcule les rendements en % entre chaque étage de ces deux pyramides écologiques : Dans la rivière : 10 % entre le plancton végétal et l énergie solaire 1.7 % entre la limnée et le plancton végétal 8 % entre le gardon et la limnée soit une moyenne de 6.6 % Dans la mer : 10 % entre chaque étage de la pyramide 5. Conclus. Entre chaque étape d un écosystème, le rendement énergétique moyen vaut environ 10% S23-10 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

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 La Terre capte 10% de l énergie solaire reçue, le reste est renvoyé dans l atmosphère. 100 % 100% de l énergie thermique produite par la Terre est dissipé dans l atmosphère. 90 % 100 % La température est basse (-18 C). 10 % Effet de serre naturel 30 % 20 % 80 % S23-11 DIVERSITÉ DU VIVANT 20 % 50 % 100 % Toute l énergie solaire n arrive pas sur Terre (seulement 70%), mais 50% sont captés par la Terre. 80% de l énergie thermique émise par la Terre est renvoyée à sa surface. La température est plus élevée (20 C). p.

ACTIVITÉ 4 Effet de serre augmenté 30 % 100 % 50% de l énergie solaire est toujours capté par la Terre. 5% 95 % 100 % 50 % 20 % Mais 95% de l énergie thermique émise par la Terre est renvoyée à sa surface. La température est encore plus élevée. SOURCE : EDUMEDIA 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? Tous c) D où proviennent-ils? GES (gaz à effet de serre) Sources naturelles Sources humaines La vapeur d eau (H 2 O) Le dioxyde de carbone (CO 2 ) Le méthane (CH 4 ) Le protoxyde d azote (N 2 O) Ozone de basse atmosphère (O 3 ) Les gaz fluorés (CFC, HFC, PFC) Evaporation de l eau surtout audessus des océans Respiration des êtres vivants Feux de forêt - Volcans Digestion des herbivores Décomposition des végétaux - Volcans Marécages Foudre N existent pas dans la nature Centrales électriques - Irrigation Utilisation massive d énergies fossiles pour les transports, les bâtiments et l agriculture - Déforestation Intensification des élevages (bovin) et des cultures (riz) - Décharge d ordures Utilisation d engrais azotés Industrie - Circulation automobile Gaz des bombes aérosols et des climatiseurs S23-12 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

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. chauffage photosynthèse extraction décomposition fossilisation S23-13 DIVERSITÉ DU VIVANT p.

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.

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.

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.