Le Soleil, source de vie sur Terre ?

Enseignement scientifique première

Durée 1h – 10 points – Thème « Le Soleil, notre source d’énergie »

Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les directions ; une partie de ce rayonnement est reçue par la Terre et constitue une source d’énergie essentielle à la vie. De même, l’atmosphère terrestre contribue à créer des conditions propices à la vie sur Terre.

Partie 1. Le rayonnement solaire

Document 1 : spectre du rayonnement émis par le Soleil en fonction de la longueur d’onde


D’après https://www.ilephysique.net/img/forum_img/0258/forum_258713_1.jpg

La relation entre la température en degrés Celsius θ (°C) et la température absolue T en kelvins (K) est : T(K) = 273 + θ(°C).

Le Soleil peut être modélisé par un corps noir, qui émet un rayonnement thermique correspondant à une température d’environ 5800 K.

La loi de Wien est la relation entre la température de surface T d’un corps et la longueur d’onde λmax au maximum d’émission :

λmax ×T=2,90×103 m.K     avec T en kelvins et λmax en mètres.

1- Déterminer approximativement, à partir du document 1, la valeur de la longueur d’onde  correspondant  au  maximum  d’intensité  du  rayonnement  solaire  hors atmosphère ?

La valeur de la longueur d’onde correspondant au maximum d’intensité du rayonnement solaire hors atmosphère est λmax=500 nm

2- Justifier par un calcul que dans l’hypothèse où le soleil est modélisé par un corps noir, sa température de surface est voisine de 5800 K.

    \[\lambda_{max} \times T=2,90\times 10^{-3}\]

    \[T=\frac{2,90\times 10^{-3}}{\lambda_{max}}\]

    \[T=\frac{2,90\times 10^{-3}}{500\times 10^{-9}}\]

T=5800 K

Document 2 : schéma du bilan énergétique terrestre

Le schéma précédent présente les flux énergétiques émis, diffusés et réfléchis par les différentes parties de l’atmosphère. L’albédo terrestre moyen est de 30 %.

Les flèches pleines correspondent à des transferts radiatifs. Les flèches hachurées correspondent à des transferts mixtes- radiatifs et non radiatifs.

Sont précisés : les puissances par unité de surface associées à chaque transfert et le pourcentage qu’elles représentent relativement à la puissance solaire incidente (342 W∙m-2).

 Document créé par l’auteur

3- Définir l’albédo terrestre à l’aide de vos connaissances.

L’albédo est le rapport de la puissance de rayonnement réfléchi par la puissance de rayonnement reçu.

4- À partir des valeurs indiquées dans le document 2, montrer que le bilan énergétique à la surface de la Terre est équilibré, autrement dit que la puissance que la Terre reçoit est égale à celle qu’elle fournit à l’extérieur. Montrer que cela est également le cas pour le système global Terre-atmosphère.

Bilan énergétique à la surface de la Terre :

Puissances recues=168+324=492 W/m2

Puissances perdues=492 W/m2

Le bilan énergétique à la surface de la Terre est équilibré.

Bilan énergétique système global Terre-atmosphère:

Puissances recues=324 W/m2

Puissances perdues=77+30+195+40=342 W/m2

Le bilan énergétique système global Terre-atmosphère est équilibré.

Partie 2. La conversion de l’énergie solaire

Document 3 : spectre des chlorophylles

Les organismes chlorophylliens renferment de nombreux pigments photosynthétiques comme les chlorophylles a et b, et les caroténoïdes. En faisant traverser par de la lumière blanche (spectre 1), des solutions contenant chacune un seul de de ces pigments, on obtient les spectres suivants : chlorophylle a (spectre 2), chlorophylle b (spectre 3) et caroténoïdes (spectre 4).


D’après http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/exp233.html

1- Pour chacune des propositions suivantes (5.1 à 5.3), indiquer la bonne réponse.

5-1- Ces différents spectres nous permettent alors :

a- de déterminer la température de la plante.

b- d’en déduire la composition chimique des pigments.

c- d’en  déduire  les  longueurs  d’ondes  absorbées  par  chaque  pigment photosynthétique.

d- d’en déduire la quantité de chaque pigment.

c-d’en  déduire  les  longueurs  d’ondes  absorbées  par  chaque  pigment photosynthétique.

5-2- Dans la cellule, l’énergie solaire captée par les pigments photosynthétiques :

a- permet la synthèse de la matière minérale.

b- permet la synthèse de la matière organique.

c- permet la consommation de matière organique.

d- permet la consommation de dioxygène.

b-permet la synthèse de la matière organique.

5-3- L’être humain est dépendant de l’énergie solaire utilisée par les plantes pour son fonctionnement car, en présence de lumière et lors de la photosynthèse,  les plantes produisent :

a- matière organique et O2 .

b- matière organique et CO2 .

c- matière minérale et O2 .

d- matière minérale et CO2.

a-matière organique et O2 .