ORAL N°2 - A9 : Energie Fossile / Energie renouvelable

Travail à préparer pour l'ORAL N°2

Objectif 1 : Les énergies fossiles

Tous les docs de la partie 1 + Un doc d'internet + un schéma -bilan original

Travail  :
- Le groupe présentera les modalités de formation des énergies fossiles (gaz, pétrole, charbon)
- Il illustrera son oral d'1 ou 2 diapos originales ( tableau comparatif, schéma comparatif ). Vous pouvez utiliser une partie d'un document existant mais recadré ou rogné.

voir lien : Comment réaliser un diaporama scientifique?

- Temps de l'oral : 5 minutes max.
- Revoir la grille du premier oral pour les critères d'évaluation, ci dessous.

Indicateurs de réussite :
- Avoir expliqué les conditions géologiques de la formation des hydrocarbures ; les notions d'énergie fossiles * et non renouvelable**
- Avoir comparé les conditions géologiques de la formation des hydrocarbures.
- Avoir présenté 5 diapos maximum, bien organisées, avec des documents originaux, légendés et titrés, enregistrées de façon explicite et mise au format .PDF.

Partie 2 : Energies fossiles et énergies renouvelables

Objectif 2.1 : Le bois

Doc commun de la partie 2 + Docs 2 et 3 de la partie 2 + Un doc d'internet + un schéma-bilan original

Objectif 2.2 : Le bio méthane

Doc commun de la partie 2 + Docs 4 de la partie 2 + Un doc d'internet + un schéma-bilan original

Problématique : Quels sont les avantages et les inconvénients de différentes sources d'énergies issues de l'énergie solaire?

Document 1 commun (Pour tous les groupes) : document de référence pour la comparaison à apprendre et comprendre.

Travail  :
- Chacun des groupes présentera une source d'énergie différente (groupe 1 : bois ou groupe 2 : biogaz) en la comparant avec les hydrocarbures (docs communs).
- Il illustrera son oral d'1 ou 2 diapos originales ( tableau comparatif, schéma comparatif, calculs de rapport : par exemple "... 3 fois plus...", ). Vous pouvez utiliser une partie d'un document existant mais recadré ou rogné.

voir lien : Comment réaliser un diaporama scientifique?

- Temps de l'oral : 5 minutes max.
- Revoir la grille du premier oral pour les critères d'évaluation, ci dessous.

Indicateurs de réussite :
- Avoir présenté les inconvénients et les avantages de l'énergie étudiée par rapport aux hydrocarbures
- Avoir comparé la quantité d'énergie disponible pour ces deux ressources et leurs temps de renouvellement ainsi que les données des tableaux.
- Avoir présenté 5 diapos maximum, bien organisées, avec des documents originaux, légendés et titrés, enregistrées de façon explicite et mise au format .PDF.

Partie 3 : Schéma-bilan
- Pour vous aider à conclure votre exposé.

Voir lien vers le cours

Documents

Partie 1 :

Partie 2 : 

Partie 3 : schémas bilan

T2 (Chap.3) Une conversion biologique de l’énergie solaire : la photosynthèse

2 . 3 - Une conversion biologique de l’énergie solaire : la photosynthèse

L’utilisation par la photosynthèse d’une infime partie de l’énergie solaire reçue par la planète fournit l’énergie nécessaire à l’ensemble des êtres vivants (à l’exception de certains milieux très spécifiques non évoqués dans ce programme). 

Une partie du rayonnement solaire absorbé par les organismes chlorophylliens permet la synthèse de matière organique carbonée (glucides, lipides,…) : c’est la production primaire.

Ce phénomène, réalisé par les organismes autotrophes (organismes chlorophylliens),  est relié à une réaction du métabolisme dans les chloroplastes qui s’effectue à partir d'eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone et bien sûr d'énergie lumineuse : c’est la photosynthèse.

L'énergie lumineuse est captée par le pigment chlorophylle des chloroplastes (essentiellement dans les faibles (violet) et fortes (rouge) longueurs d'onde de la lumière visible).

À l’échelle de la planète, les organismes chlorophylliens utilisent pour la photosynthèse environ 0,1% de la puissance solaire totale disponible sur Terre.

Dans les océans, le facteurs limitant la photosynthèse est essentiellement la présence de nutriments comme les sels minéraux. Ils sont plus concentrés dans les eaux froides qui remontent des profondeurs océaniques (phénomène d'up-welling sur les côtes orientées N-S des continents Afrique et Amérique), mais aussi dans l'embouchure des fleuves qui drainent les produits de l'érosion continentale des roches et de la décomposition organique des sols (embouchure de l'Amazone, du Niger ou encore les mers intérieures). Sur les continents, les facteurs limitants sont surtout l'eau liquide disponible (aridité des désert) et la qualité des sols (disponibilité en sels minéraux).

À l’échelle de la feuille (pour les plantes), la photosynthèse utilise une très faible fraction (env. 1%) de la puissance radiative reçue, le reste est soit diffusé, soit transmis, soit absorbé (échauffement et évapo-transpiration). 

La photosynthèse permet l’entrée dans la biosphère de matière minérale stockant de l’énergie sous forme chimique : les molécules organiques.

La production primaire est la première production de matière organique (MO) à partir de matières minérales par les végétaux chlorophylliens. C'est le début de la chaîne alimentaire.

Dans les organismes, ces molécules peuvent être transformées par respiration ou fermentation pour libérer l’énergie nécessaire au fonctionnement des êtres vivants dits hétérotrophes. Ces deux réactions du métabolisme consomment ou non  du dioxygène (aérobie ou anaérobie) mais libèrent toujours du CO₂ et de la chaleur. 

L'ATP est l'énergie utilisable par la cellule.

L'ATP est la molécule énergétique produite par le métabolisme cellulaire et qui est nécessaire au fonctionnement des organismes. La respiration a le meilleur rendement énergétique pour la cellule mais elle nécessite du dioxygène.

À l’échelle des temps géologiques, une faible partie de la matière organique qui n'est pas détruite par respiration et fermentation des organismes, s’accumule dans les sédiments (sable, argiles, calcaires) dans des bassins sédimentaires en subsidence, puis elle se transforme en profondeur (2 à 4 km) sous l’action de la pression et de la température, en donnant des combustibles fossiles : charbon (issu du bois), pétrole (issu des algues et du plancton), gaz (issu des deux).
Les combustibles fossiles se renouvellent très lentement (plusieurs millions d'années) par rapport à la consommation humaine (200 ans de consommation) : c'est donc une énergie non renouvelable. Sa combustion présente de forte production d'énergie mais aussi de forte libération de CO2, un gaz à effet de serre.

Thème 2 - Le Soleil, notre source d’énergie

Thème 2 - Le Soleil, notre source d’énergie 

La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. Cette énergie conditionne la température de surface de la Terre et détermine climats et saisons. Elle permet la photosynthèse des végétaux et se transmet par la nutrition à d’autres êtres vivants.

2.1 - Le rayonnement solaire 

Le soleil transmet à la Terre de l’énergie par rayonnement. 

2.1.1 L’origine et nature du rayonnement solaire

PHYSIQUE-CHIMIE

L’énergie dégagée par les réactions de fusion de l’hydrogène qui se produisent dans les étoiles les maintient à une température très élevée. 

Du fait de l’équivalence masse-énergie (relation d’Einstein), ces réactions s’accompagnent d’une diminution de la masse solaire au cours du temps. 

Comme tous les corps matériels, les étoiles et le Soleil émettent des ondes électromagnétiques et donc perdent de l’énergie par rayonnement. 

Le spectre du rayonnement émis par la surface (modélisé par un spectre de corps noir) dépend seulement de la température de surface de l’étoile. 

La longueur d’onde d’émission maximale est inversement proportionnelle à la température absolue de la surface de l’étoile (loi de Wien).

 

SVT

La proportion de la puissance totale, émise par le Soleil et atteignant la Terre, est déterminée par son rayon et sa distance au Soleil. La puissance radiative moyenne reçue par la Terre est de 342 W/m2

2.1.2 Les variation de l’ensoleillement de la Terre

SVT

La puissance radiative (W) reçue du Soleil par une surface plane est proportionnelle à l’aire de la surface et dépend de l’angle entre la normale à la surface et la direction du Soleil, c'est à dire de l'angle d'incidence.

A2 : Angle d'incidence, surface éclairée et énergie reçue par unité de surface

De ce fait, la puissance solaire reçue par unité de surface (W.m-2) diminue avec l'angle d'incidence sur une surface terrestre, elle dépend donc : 

(1) de l’heure (position du Soleil dans le ciel = variation diurne) ;

(2) du moment de l’année (inclinaison de l'axe N-S de la Terre = variation saisonnière) ;

(3) de la latitude (sphéricité de la Terre = zonation climatique).
La puissance solaire reçue par unité de surface (W.m-2) influence la température de la surface terrestre.

Remarque : La climatologie travaille sur des moyennes de pressions, températures, précipitations calculées sur 30 ans, alors que la météorologie s'intéresse aux variations de ces paramètres sur quelques heures à quelques jours.

Les saisons (dans l'hémisphère Nord)

Les températures de la journée

2.2 - Le bilan radiatif terrestre 

La Terre reçoit le rayonnement solaire et émet elle-même un rayonnement. Le bilan conditionne le milieu de vie. 

2.2.1 L'albédo terrestre

Une fraction de cette puissance incidente (P incidente), quantifiée par l’albédo A terrestre moyen, est diffusée par la Terre vers l’espace (P réfléchie), le reste est absorbé par l’atmosphère, les continents et les océans.

A = P réfléchie / P incidente (grandeur sans unité, comprise entre 0 et 1)

Valeurs d'albedo (%) de quelques surfaces terrestres et théoriques (corps noir et miroir parfait)

A6 : Réchauffement climatique : causes et conséquences = Bilan

Pb : Pourquoi le réchauffement climatique est-il plus important au pôle Nord?

Hypothèse : On suppose que la réduction de la banquise modifie l'albédo du pôle Nord et donc le réchauffement climatique de la région.

Dispositif expérimental et tableau des résultats : énergies mesurées et albedos calculés

Interprétations des résultats en terme de bilan radiatif au niveau du Pôle Nord

Bilan et relations avec les données réelles mesurées : mise en évidence d'une rétroaction positive

2.2.2 Un système énergétique en équilibre dynamique

Le sol émet un rayonnement électromagnétique dans le domaine infra-rouge (longueur d’onde voisine de 10 μm) dont la puissance par unité de surface augmente avec la température (Loi de Wien).

Une partie de cette puissance est absorbée par les gaz à effet de serre (GES) de l’atmosphère, qui elle-même émet un rayonnement infrarouge vers le sol et vers l’espace : c’est l’effet de serre. 

La puissance reçue par le sol en un lieu donné est égale à la somme de la puissance reçue du Soleil et de celle reçue de l’atmosphère. Ces deux dernières sont du même ordre de grandeur. 

A compléter à partir des documents et questions de l'A7

Un équilibre, qualifié de dynamique, est atteint lorsque le sol reçoit au total une puissance moyenne égale à celle qu’il émet. La température moyenne du sol est alors constante. 

Le réchauffement climatique global est un léger déséquilibre du système, il est associé au renforcement de l’effet de serre par l’augmentation des GES libérés dans l’atmosphère par les activités humaines (utilisation des énergie fossiles et déforestation).

Evolution des GES (axe de gauche) et des températures atmosphériques (axe de droite) terrestres au cours du temps (1870-2000)

T2_C4 : Th2 Chap. 4 : Le bilan thermique du corps humain.

2.4 - Le bilan thermique du corps humain

prérequis :

Trois modes transport de l'énergie thermique

cours :
La température du corps est stable : 37°C. Cette stabilité résulte d’un ensemble de flux thermiques.
Le corps humain peut donc être considéré comme un système thermique ouvert à l'équilibre dynamique.

La température du corps reste stable parce que l’énergie qu’il libère (pertes = thermolyse) est compensée par l’énergie dégagée par la respiration cellulaire ou les fermentations (apports = thermogénèse) : c'est la thermorégulation.

La thermorégulation du corps humain

Une grande partie des processus de thermorégulation se déroulent au niveau de la peau. Cet organe présente une grande surface d'échange avec le milieu extérieur. Ces tissus montrent des structures particulières :
- l'hypoderme constitué de tissu de graisse (tissu adipeux) est un isolant thermique.
- le derme est richement vascularisé (flux sanguin = flux de chaleur contrôlé par le diamètre des vaisseaux)
- le derme possède aussi des glandes sudoripares impliquées dans la transpiration et des poils impliqués dans le phénomène de "chair de poule", qui freine la convection externe.
- l'épiderme est en contact avec l'air ambiant et reçoit le rayonnement thermique externe.

Globalement, la puissance thermique libérée par un corps humain dans les conditions de vie courante, au repos, est de l’ordre de 100 W.