Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Science, climat et société »
Sujet n°ENSSCI3184 et n°ENSSCI3185
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Mars est une planète rocheuse plus petite que la Terre gravitant autour du Soleil à une distance moyenne d’environ 228 millions de kilomètres.
La terraformation de Mars, processus consistant à transformer l’atmosphère et la température de la planète pour la rendre habitable par l’Homme, est une idée qui passionne la communauté scientifique depuis plusieurs décennies.
Document 1 – Tableau comparatif de la Terre et de Mars
| Planète | Terre | Mars |
| Composition atmosphérique (% en volume) | O2 (21 %) Ar (0,93 %) N2 (78 %) CO2 (0,042 %) | O2 (0,12 %) Ar (2,08 %) N2 (2,8 %) CO2 (95 %) |
| Pression atmosphérique moyenne (bar) | 1,0 | 6,4.10-3 |
| Intensité de pesanteur à la surface (N·kg-1) | 9,8 | 3,7 |
| Période de rotation autour de son axe (h) | 23,9 | 24,6 |
| Température de surface moyenne (°C) | 15 | – 63 |
1- Nommer les deux gaz les plus abondants dans l’atmosphère martienne.
Les deux gaz les plus abondants dans l’atmosphère martienne sont le dioxyde de carbone CO2 (95 %) et le diazote N2 (2,8 %)
2- Déterminer, à l’aide du diagramme de phase donné dans le document 2 page suivante, l’état physique de l’eau présente à la surface de Mars.
Pour une pression atmosphérique moyenne de 6,4.10-3 bar et une température de surface moyenne de – 63 °C, l’état physique de l’eau présente à la surface de Mars est sous forme de glace (état solide).
3- Donner quatre facteurs qui rendent la planète Mars inhospitalière pour l’Homme.
Quatre facteurs qui rendent la planète Mars inhospitalière pour l’Homme :
Pression atmosphérique moyenne très basse 6,4.10-3 bar (impossibilité d’avoir de l’eau liquide à cette pression, elle est soit sous forme de glace soit vapeur)
Taux en dioxygène O2 très bas (0,12 %) comparer à celui de la Terre (20%)
Taux en dioxyde de carbone CO2 très élevé (95%)
Température de surface moyenne très basse – 63 °C
Document 2 – Diagramme d’état de l’eau
Source : d’après un manuel scolaire
4- À l’aide du document 3 page suivante et de vos connaissances, expliquer comment l’évolution de la composition de l’atmosphère terrestre a permis l’apparition de la vie sur Terre.
Au départ, l’atmosphère terrestre, formée il y a 4,6 milliards d’années, était composée de vapeur d’eau, de dioxyde de carbone et de diazote, sans dioxygène, ce qui ne permettait pas la vie.
Vers 3,5 milliards d’années, les premières bactéries photosynthétiques apparaissent et réalisent la photosynthèse, produisant du dioxygène.
Dans un premier temps, ce dioxygène ne se trouve pas dans l’atmosphère, il est absorbé par les océans et les roches.
Ensuite le dioxygène s’accumule dans l’atmosphère.
Le dioxygène a aussi permis la formation de la couche d’ozone vers -900 millions d’années, protégeant la Terre des UV.
Cela a rendu possible la diversification de la vie et la colonisation des continents.
Ainsi, l’évolution de l’atmosphère a créé des conditions favorables à l’apparition et au développement de la vie.
5- Sachant que l’évolution de la température de surface de la Terre primitive a permis la liquéfaction de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère de la Terre primitive, indiquer en justifiant si la terraformation est un processus similaire à celui qui a permis la vie sur Terre.
Sur Mars, la pression atmosphérique moyenne est très basse 6,4.10-3. À cette pression, il y a une impossibilité d’avoir de l’eau liquide : elle est soit sous forme de glace, soit sous forme de vapeur.
La terraformation de Mars est un processus consistant à transformer l’atmosphère et la température de la planète afin de la rendre habitable par l’Homme.
Si la terraformation consiste notamment en une augmentation de la pression moyenne, il y aura alors possibilité d’obtenir de l’eau liquide sur Mars.
Ainsi, la terraformation est un processus similaire à celui qui a permis la vie sur Terre concernant l’eau liquide.
Document 3 – Évolution de la composition de l’atmosphère terrestre depuis 4,6 milliards d’années
Source : d’après https://svt.ac-versailles.fr
Le document 4 page suivante présente une méthode innovante pour terraformer la planète Mars.
6- Expliquer le mécanisme de l’effet de serre.
L’effet de serre est un phénomène naturel par lequel certains gaz de l’atmosphère (comme le CO₂ ou la vapeur d’eau) retiennent une partie de la chaleur émise par la surface de la planète.
Le rayonnement solaire traverse l’atmosphère, chauffe le sol, puis ce dernier réémet un rayonnement infrarouge.
Les gaz à effet de serre absorbent et renvoient ce rayonnement, ce qui maintient une température stable. Ce mécanisme permet à la Terre de rester suffisamment chaude pour permettre la présence d’eau liquide.
7- Expliquer comment l’utilisation de cette méthode permettrait d’amplifier l’effet de serre sur Mars.
L’utilisation de nano-bâtonnets d’aluminium dans l’atmosphère martienne permettrait de piéger davantage le rayonnement infrarouge émis par la surface de Mars, comme le font les gaz à effet de serre sur Terre.
Ces particules resteraient longtemps en suspension et réfléchiraient le rayonnement de manière à retenir la chaleur, augmentant ainsi la température de la planète. Ce réchauffement ferait fondre les glaces martiennes, libérant du dioxyde de carbone (CO₂), un gaz à effet de serre naturel, qui renforcerait encore l’effet de serre.
Ainsi, cette méthode permettrait d’amplifier l’effet de serre sur Mars.
8- Montrer que cette méthode permettrait de favoriser les conditions de vie sur Mars.
Cette méthode permettrait de favoriser les conditions de vie sur Mars en :
- Augmentant la température moyenne de la planète grâce à un effet de serre artificiel.
- Entraînant un réchauffement progressif de la surface.
- Faisant fondre les glaces et la présence d’eau liquide
Document 4 – Terraformer Mars en créant un réchauffement climatique
Dans un article publié par Science Advances, une équipe de chercheurs des universités de Chicago, Floride et Northwestern présente une étude de faisabilité d’un procédé de terraformation de Mars inédit. Il consiste à créer un effet de serre artificiel en dispersant des nanoparticules dans l’atmosphère martienne.
Il est question de nano-bâtonnets d’environ 9 micromètres de longueur fabriqués in situ à partir de matériaux abondants sur Mars comme l’aluminium et le fer. […]
Selon les scientifiques, les nanoparticules seraient plus de 5 000 fois plus efficaces que les gaz à effet de serre pour réchauffer Mars, car elles nécessiteraient une masse d’ingrédients beaucoup plus faible.
Une fois dispersées dans l’atmosphère martienne, les nanoparticules se déposeraient au moins 10 fois plus lentement que la poussière martienne naturelle. Elles resteraient en suspension durant de longues périodes, maximisant leur effet de réchauffement sans nécessiter d’être renouvelées très fréquemment.
D’après les simulations climatiques produites par l’équipe de chercheurs, une densité de nano-bâtonnets d’aluminium de 160 mg/m² pourrait entraîner un réchauffement significatif, permettant potentiellement la présence d’eau liquide.
L’eau liquide libèrerait davantage de dioxyde de carbone ce qui augmenterait la pression atmosphérique en l’espace de quelques mois, supposent les scientifiques. Cela créerait alors une boucle de rétroaction positive qui amplifierait l’effet de serre et le réchauffement.
Source : d’après science-et-vie.com, publié le 9 aout 2024