Peut-on retrouver des témoins des conditions nécessaires au développement de la vie sur la planète Mars ?

Sujet avec enseignement de mathématiques spécifique

Enseignement scientifique première

Durée 1h12 – 12 points – Thème « Une longue histoire de la matière »

Depuis février 2021, le robot Perseverance est chargé d’une mission d’envergure sur la planète Mars : collecter des dizaines d’échantillon de roches.

Perseverance a récemment découvert des preuves géologiques de l’existence d’une grande rivière à fort débit qui dévalait jadis le terrain martien.

Source : Site internet Sciencepost Juillet 2023

Dans cet exercice nous nous intéresserons dans un premier temps à la présence de l’eau sur Mars. Puis nous étudierons plus en détail la structure de la glace.

Quelle eau sur la planète Mars ?

Document 1 – Quelques caractéristiques des planètes Mars et Terre

Planète	Mars	Terre
Distance au Soleil (en km)	2,3 × 10⁸	1,5 × 10⁸
Masse de la planète (en kg)	6,4 × 10²³	6,0 × 10²⁴
Épaisseur de l’atmosphère (en km)	≈ 100	500
Principaux gaz de l’atmosphère (en % du volume)	CO₂ (95,3 %) ; N₂ (3,5 %) ; traces de H₂O et O₂	N₂ (78,1 %) ; O₂ (21,0 %) ; H₂O (1 %) ; traces de CO₂
Température minimale (°C)	-126	-88
Température maximale (°C)	27	58
Pression atmosphérique de surface (en Pa)	6 × 10²	1 × 10⁵

Source : D’après SVT 2^de, programme 2010, édition Nathan.

Document 2 – De l’eau sur Mars

Mars est entourée d’une atmosphère contenant, entre autres, de la vapeur d’eau.

La température sur Mars oscille entre 20 °C et -120 °C environ pour une valeur moyenne voisine de -50 °C.

Des observations ont montré la présence d’une calotte de glace au pôle Nord de Mars constituée pour 15 % d’eau.

Source : D’après SVT 2^de, programme 2010, édition Nathan.

Document 3 – Diagramme de phases de l’eau

1 atm = 1 x 10-5 Pa

Source : D’après lelivrescolaire.fr

Document 4 – La recette pour la vie

Pour qu’apparaisse la vie telle qu’on la connaît sur Terre il faut :

Des atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote, de phosphore et de soufre. On les trouve en abondance dans l’Univers rassemblés au sein de molécules comme l’eau (H₂O).
De l’eau sous forme liquide, indispensable pour former des plus grosses molécules.
De l’énergie qui peut provenir de différentes sources : énergie géothermique, énergie solaire…

Source : D’après SVJ n°335 août 2017

1 – a) Comparer les pressions atmosphériques des planètes Mars et Terre et donner un ordre de grandeur comparatif.

Pression atmosphérique de surface de Mars : P_Mars=6×10²Pa

Pression atmosphérique de surface de la Terre : P_Terre=1×10⁵Pa

Ainsi la pression atmosphérique de surface de la Terre est supérieure à la pression atmosphérique de surface de Mars.

Pour comparer deux valeurs, on peut faire leur rapport :

$\frac{P_{Terre}}{P_{Mars}}=\frac{1 \times {10}^5}{6 \times {10}^2}$

$\frac{P_{Terre}}{P_{Mars}}=167$

Ainsi P_Terre est 167 fois plus grande que P_Mars.

b) Sachant que 1 atm = 1 x 10^-5 Pa, convertir les pressions atmosphériques des planètes Mars et Terre en atm, en donnant le résultat sous forme décimale.

Attention : Erreur sur le sujet 1 atm =1 x 10⁵ Pa et non 1 x 10^-5 Pa

1 atm	1 x 10⁵ Pa
P_Mars	6×10²Pa

$P_{Mars}=\frac{6 \times {10}^2 \times 1}{1 \times {10}^5}$

$P_{Mars}=0,006\ atm$

1 atm	1 x 10⁵ Pa
P_Terre	1×10⁵Pa

$P_{Terre}=\frac{1 \times {10}^5 \times 1}{1 \times {10}^5}$

$P_{Terre}=1\ atm$

2 – À l’aide des documents 1 à 3, préciser si on peut trouver actuellement de l’eau liquide sur Mars. Vous compléterez le graphique du document réponse donné en annexe pour argumenter votre réponse.

Sur le document 3, reportons :

La valeur de la pression atmosphérique de surface de Mars en atm :
La valeur de la température sur Mars qui oscille entre 20 °C et -120 °C environ pour une valeur moyenne voisine de -50 °C (document 2)

Par lecture graphique que le document 3 Diagramme de phases de l’eau, l’eau sur Mars peut se trouver sous forme de glace ou de vapeur d’eau.

Ainsi, on ne peut pas trouver actuellement de l’eau liquide sur Mars.

3 – À partir des documents proposés, préciser si les conditions nécessaires au développement de la vie sur la planète Mars sont actuellement réunies. Justifier.

D’après le document 4 – La recette pour la vie, pour qu’apparaisse la vie telle qu’on la connaît sur Terre il faut :

Des atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote, de phosphore et de soufre. On les trouve en abondance dans l’Univers rassemblés au sein de molécules comme l’eau (H₂O) : condition remplie car Mars est constituée pour 15 % d’eau (Document 2)
De l’eau sous forme liquide, indispensable pour former des plus grosses molécules : condition non remplie car on ne peut pas trouver actuellement de l’eau liquide sur Mars (réponse à la question 2)
De l’énergie qui peut provenir de différentes sources : énergie géothermique, énergie solaire… : condition remplie car Mars est une planète qui reçoit de la lumière du Soleil.

Sur Mars, il manque une condition nécessaire au développement de la vie telle qu’on la connaît sur Terre.

Ainsi, les conditions nécessaires au développement de la vie sur la planète Mars ne sont actuellement pas réunies.

4 – Interpréter les observations effectuées par Persévérance datées de juillet 2023.

D’après l’énoncé, Persévérance a récemment découvert des preuves géologiques de l’existence d’une grande rivière à fort débit qui dévalait jadis le terrain martien.

Il y a donc eu sur Mars de l’eau liquide.

Ainsi, les conditions nécessaires au développement de la vie sur la planète Mars étaient réunies jadis.

5 – Déterminer le facteur limitant à l’existence de la vie sur mars aujourd’hui.

Le facteur limitant à l’existence de la vie sur mars aujourd’hui est la présence d’eau liquide qui ne peut pas exister à cause de la pression atmosphérique trop basse sur Mars.

Document réponse à rendre avec la copie

Exercice 3 – Question 2

Graphique pour argumenter la réponse.