Sujet sans enseignement de mathématiques spécifique
Enseignement scientifique première
Durée 1h – 10 points – Thème « La Terre, un astre singulier »
La Terre est une des planètes de notre système solaire, mais il en existe de nombreuses autres dans l’Univers que les progrès techniques ont permis d’identifier. La présence d’eau sur ces planètes est source de nombreuses interrogations.
Partie 1 – La Terre : une planète habitable Document 1 – Recherche d’exoplanètes
En octobre 1995, une équipe d’astrophysiciens, dirigée par Michel Mayor et Didier Queloz à l’observatoire de Haute-Provence, détecte pour la première fois de façon formelle une exoplanète : 51 Pegasi b, un Jupiter chaud.
En février 2017, un système exoplanétaire, situé à 40 années-lumière du nôtre, est mis au jour par une équipe internationale : sept planètes, de taille semblable à la Terre, probablement rocheuses et potentiellement habitables. Selon les premières mesures, deux d’entre elles se situeraient dans la zone habitable de leur étoile.
Depuis 1995, plus de 3000 planètes extrasolaires ont été officiellement répertoriées, et au moins 2400 autres restent à confirmer. En voici deux exemples :
- HD 189733b est une exoplanète orbitant près de son étoile, à 63 années- lumière de la Terre, dans la constellation du Petit Renard ;
- Kepler 62f est une exoplanète orbitant autour de l’étoile Kepler-62 située à 1200 années-lumière de la Terre.
Nous ne sommes qu’au début de la quête de nouveaux mondes.
Source : d’après le journal CNRS, octobre 2015.
Document 2 – Caractéristiques de certaines planètes
| Nom des planètes | Terre | Vénus | HD 189733b | Kepler 62f |
| Distance à son étoile (en u.a.) | 1 | 0,72 | 3,0 × 10−2 | 7,2 × 10−1 |
| Masse de l’étoile (en masses solaires) | 1 | 1 | 8,1 × 10−1 | 6,9 × 10−1 |
| Rayon de la planète (par rapport à la Terre) | 1 | 0,72 | 13,8 | 1,41 |
| Température moyenne de surface (en °C) | 15 | 460 | 900 | inconnue |
| Composition de l’atmosphère | N2 : 78% O2 : 21% CO2 : 0,03 % | CO2 : 96% N2 : 3,5 % | H2O, CH4, CO2 | Atmosphère de composition inconnue |
| Etat de la surface | solide | solide | gazeuse | solide |
(u.a. = unités astronomiques) Source : d’après le manuel Hatier 2016, SVT 2de
Document 3 – Position de la zone d’habitabilité d’une planète en fonction de la masse de l’étoile
Source : d’après le manuel Hatier 2016, SVT 2de
1 – À partir du document 1, proposer une définition d’exoplanète.
À partir du document 1, une exoplanète peut être définie comme une planète située en dehors de notre système solaire, orbitant autour d’une étoile autre que le Soleil.
2 – Citer des facteurs qui pourraient permettre à une planète d’avoir une zone d’habitabilité.
Les facteurs qui pourraient permettre à une planète d’avoir une zone d’habitabilité sont :
- Distance à son étoile
- Masse de l’étoile
- Rayon de la planète
- La température moyenne de surface de la planète
- La composition de l’atmosphère de la planète
- La présence d’eau
3 – Parmi les deux exoplanètes du document 2, justifier laquelle se trouve dans la zone d’habitabilité de son étoile.
En reportant les valeurs du document 2 sur la courbe du document 3, on lit que l’exoplanète qui se trouve dans la zone d’habitabilité de son étoile est Kepler 62f.
Partie 2 – La Terre : une planète pas si bleue
Document 4 – Quelques valeurs sur l’eau liquide sur Terre
L’eau recouvre 72 % des 509 millions de km2 de la surface du globe. C’est pourquoi on surnomme la Terre, la planète bleue. On estime son volume d’eau à environ 1400 millions de milliards de m3. Ce volume d’eau reste stable à travers les âges.
L’eau de la planète bleue est à 97,2 % salée. Cette eau salée se retrouve dans les océans, les mers intérieures, mais aussi dans certaines nappes souterraines.
L’eau douce représente donc 2,8 % de l’eau totale du globe. Lorsqu’elle n’est pas sous forme de glaces polaires, l’eau douce disponible pour les êtres humains correspond à un volume de 9,8 x 1015 m3, ce qui représente un cube d’environ 214 km de côté.
Source : d’après le centre d’information de l’eau : https://www.cieau.com
Document 5 – Une eau de plus en plus rare en 2040
* Le stress hydrique de référence mesure le rapport entre les prélèvements totaux annuels en eau et le total des ressources renouvelables annuelles disponibles, en tenant compte de l’utilisation en amont de la consommation. Des valeurs plus élevées indiquent plus de concurrence entre les utilisateurs.
Sources : d’après World Resources Institute, www.wri.org et https://espace-mondial- atlas.sciencespo.fr/fr/rubrique-ressources/carte-5C33-stress-hydrique-projections-en-2040.html
4 – À partir du document 4, montrer que l’eau douce pouvant être utilisée par les êtres humains correspond à 0,7% du volume total d’eau. Commenter ce pourcentage.
D’après le document 4, On estime le volume d’eau total sur Terre à environ 1400 millions de milliards de m3.
L’eau douce disponible pour les êtres humains correspond à un volume de 9,8 x 1015 m3.
Calculons le pourcentage en eau douce pouvant être utilisée par les êtres humains :
![\[P=\frac{V_{eau\ douce}}{V_{eau\ total}}\]](https://physik.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-8cce564de58d4e1f89dd7263240b7dcb_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
![\[P=\frac{9,8 \times {10}^{15}}{1400 \times {10}^6 \times {10}^9}\]](https://physik.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-cd8a56182eac235767791c725d940601_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
P=0,007
P=0,7%
Ainsi, l’eau douce pouvant être utilisée par les êtres humains correspond à 0,7% du volume total d’eau.
Ce pourcentage est très faible. Bien que sur Terre il y ai beaucoup d’eau, seulement une tres faible partie est utilisable par les êtres humains.
5 – À l’aide des documents fournis et de vos connaissances, rédiger un court article qui pourrait paraître dans un journal scientifique afin de sensibiliser les citoyens sur les ressources hydriques planétaires.
Cet article devra comporter :
- la répartition actuelle de l’eau douce dans le monde ;
- les prévisions pour le futur vis-à-vis de cette eau douce ;
- au moins deux propositions de moyens de gestion et de protection de ces ressources en eau qui sont un enjeu pour l’humanité.
Nom de l’article : La Préservation des Ressources Hydriques : Un Enjeu Crucial pour l’Avenir de l’Humanité
L’eau douce est une ressource précieuse et vitale pour la survie de l’humanité, mais elle est inégalement répartie et de plus en plus menacée. De plus, l’eau douce utilisable par les êtres humains ne représente que 0,7 % du volume total d’eau sur Terre.
La répartition de l’eau douce est extrêmement inégale. Certaines régions, comme le Canada, la Russie et l’Amérique du Sud, disposent de vastes réserves d’eau douce, le stress hydrique y est faible (document 5). En revanche, d’autres régions, notamment en Afrique du Nord, au Moyen-Orient et en certaines parties de l’Asie, souffrent de pénuries le stress hydrique y est fort (document 5). Cette inégalité entraîne des défis humanitaires significatifs.
Les prévisions pour l’avenir sont préoccupantes. La demande en eau douce devrait augmenter en raison de la croissance démographique, de l’urbanisation rapide et des besoins accrus en agriculture et en industrie. Le changement climatique aggrave la situation en perturbant les cycles hydrologiques, entraînant des sécheresses plus fréquentes, ainsi qu’une augmentation des événements météorologiques extrêmes.
Face à ces défis, il est impératif d’adopter des stratégies de gestion et de protection des ressources en eau. Voici deux propositions concrètes :
Technologies d’irrigation efficaces : Encourager l’adoption de systèmes d’irrigation goutte-à-goutte et de capteurs d’humidité pour réduire le gaspillage d’eau dans l’agriculture.
Réutilisation des eaux usées : Investir dans des infrastructures permettant de traiter et de réutiliser les eaux usées.
La gestion durable des ressources en eau douce est un enjeu fondamental pour l’avenir de l’humanité. La sensibilisation du public et la mise en œuvre de stratégies sont indispensables pour garantir que cette ressource vitale reste disponible pour les générations futures. Ensemble, nous devons agir pour protéger notre patrimoine hydrique et assurer un avenir durable pour tous.