Projet 2 : Les émissions de CH4

 

Projet 1 : Les émissions de CO2

 

Thème 1 (Chapitre 3) : Le climat du futur et choix de développement

 1.3 Le climat du futur et choix de développement

L’analyse du système climatique, réalisée à l’aide de modèles numériques, repose sur des mesures et des calculs faisant appel à des lois physiques, chimiques, biologiques connues. Assorties d’hypothèses portant sur l’évolution de la production des gaz à effet de serre, les projections issues de ces modèles dessinent des fourchettes d’évolution du système climatique au XXI siècle. 

Prérequis et limites 

Les notions déjà connues sur la photosynthèse et les écosystèmes sont mobilisées.

T1_C3_A1_A2_SVT_Modélisation numérique du climat actuel et futur

Mettre en évidence le rôle des différents paramètres de l’évolution climatique, en exploitant un logiciel de simulation de celle-ci, ou par la lecture de graphiques.

BILAN :

BILAN A1 et A2 :

Les modèles climatiques s’appuient sur :

- la mise en équations des mécanismes essentiels qui 

agissent sur le système Terre ;

- des méthodes numériques de résolution. 

Les résultats des modèles sont évalués par comparaison aux observations in situ et spatiales ainsi qu’à la connaissance des paléoclimats.

Ces modèles, nombreux et indépendants, réalisent des projections climatiques. Après avoir anticipé les évolutions des dernières décennies, ils estiment les variations climatiques globales et locales à venir sur des décennies ou des siècles.

T1_C3_A3_SVT_Classe renversée_ExposésOral

Exploiter les résultats d’un modèle climatique pour expliquer des corrélations par des liens de cause à effet.

BILAN A3 :

L’analyse scientifique combinant observations, éléments théoriques et modélisations numériques permet aujourd’hui de conclure que l’augmentation de température moyenne depuis le début de l’ère industrielle est liée à l’activité humaine :

- CO2 produit par la combustion d’hydrocarbures, la déforestation, la production de ciment ;

- CH4 produit par les fuites de gaz naturel, la fermentation dans les décharges, certaines activités agricoles. 

- Les modèles s’accordent à prévoir, avec une forte probabilité d’occurrence, dans des fourchettes dépendant de la quantité émise de GES : 

-  une augmentation de 1,5 à 5°C de la température moyenne entre 2017 et la fin du XXIe siècle ; 

-  une élévation du niveau moyen des océans entre le début du XXIe siècle et 2100 pouvant atteindre le mètre ; 

-  des modifications des régimes de pluie et des événements climatiques extrêmes ; 

-  une acidification des océans ; 

-  un impact majeur sur les écosystèmes terrestres et marins.

Les scénarios de transition écologique font différentes hypothèses sur la quantité de GES émise dans le futur. Ils évaluent les changements prévisibles, affectant les écosystèmes et les conditions de vie des êtres humains, principalement les plus fragiles. 

Les projections fournies par les modèles permettent de définir les aléas et peuvent orienter les prises de décision. Les mesures d’adaptation découlent d’une analyse des risques et des options pour y faire face.

Les différents scénarios de l’évolution globale du climat dépendent des stratégies que l’humanité mettra en œuvre

Construire un schéma bilan

 NOTIONS

1) Relire le cours et lister les éléments et notions importantes.

RELATIONS

2) Comprendre les relations entre les notions. (relation de fonction, relation dans l'espace, relation dans le temps.)

LISIBILITE

3) Prévoir un espace assez important pour que le schéma puisse être présenté clairement.

SYMBOLES

4) Représenter les éléments et leurs relations de façon simple en utilisant des symboles et des couleurs adaptées. Les relations doivent très apparentes et faciles à comprendre. (flèches, couleurs, signes,...)

Remarque : le symbole "flèche" dans un schéma est très utilisé mais il peut avoir beaucoup de sens : flèche de "légende" (reliant un mot à un objet), flèche de "cause à effet" (action ou rétroaction), flèche "chronologique" (reliant des étapes d'un processus), flèches de "déplacement" (flux de matière, d'énergie,...),...

LEGENDES

5) Ne pas oublier de faire figurer la légende à proximité du schéma. Cette légende donne la signification des symboles et des couleurs utilisés.

TITRE

6) Terminer le schéma en lui attribuant un titre (à souligner) qui reprend l'idée principale établie par le schéma.

Thème 1 B - Chapitre 1 : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle

Thème 1 - B : La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle

Rappels de 4è : Les grandes lignes de la tectonique des plaques ont été présentées au collège.

"La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l'asthénosphère qui l’est moins.  La répartition des séismes et des manifestations volcaniques permet de délimiter une douzaine de plaques.  Les plaques sont mobiles les unes par rapport aux autres et leurs mouvements transforment la surface du globe. À raison de quelques centimètres par an, les plaques s’écartent et se forment dans l'axe des dorsales. Elles rapprochent et s'enfouissent au niveau des fosses océaniques. La collision des continents engendre des déformations et aboutit à la formation de chaînes de montagnes."

Chapitre 1 : La naissance d’une première théorie : la dérive des continents

1/ La naissance d’une idée

A1 : Quels sont les arguments scientifiques de l’hypothèse de la « dérive des continents » d’ Alfred Wegener? Quels sont les contre-arguments à cette théorie?

a - Une nouvelle interprétation mobiliste des arguments fixistes

Au XIXè siècle, les explications les plus répandues pour expliquer les reliefs de la Terre (continents, océans et chaînes de montagnes) sont les théories de la rétraction terrestre (Eduard Suess, entre 1883 et 1909) et  des « ponts continentaux » (Emile Haug, 1900), dites théories fixistes (sans mouvements horizontaux).

En 1912, Alfred Wegener reprend les arguments de continuités pétrologiques, structurales, paléontologiques et paléoclimatiques entre les continents, mais remarque aussi la similitude frappante mais inexpliquée du contour des continents, notamment Afrique et Amérique du sud.

De plus, Wegener utilise la distribution bimodale (+100m sur les continents et -4500m sous les océans) des altitudes moyennes terrestres comme un argument incompatible avec la théorie de la rétraction terrestre qui devrait montrer une distribution gaussienne des altitudes (plissement aléatoire de la croûte). De même, le principe d’isostasie semble aller contre la théorie des « ponts continentaux », c’est à dire contre l’effondrement de large partie continentale moins dense (le « SIAL » riche en silicium et aluminium)  dans des matériaux plus dense (le « SIMA » riche en silicium et magnésium).

Au regard de ces nouvelles interprétations, Alfred Wegener propose une nouvelle théorie, dite mobiliste : la « dérive des continents ».

Les blocs continents d’aujourd’hui séparés par des océans, étaient regroupés en un seul super-continent, la Pangée, qui s’est fracturée. Les blocs de « SIAL », alors individualisés, ont progressivement dérivés sur le « SIMA » jusqu’à leur position actuelle.

b- Le problème du moteur de la dérive.

La théorie de la dérive des continents n’emporte pas l’adhésion de la communauté scientifique, et notamment des géophysiciens. En effet, si la théorie est séduisante, le problème du moteur de la dérive.

Wegener propose des forces, d’origine astronomique, susceptibles de jouer un rôle moteur : la rotation de la Terre et les marées pousseraient les continents vers l’ouest, alors que l’effet centrifuge (force d’Eötvos) tend à les pousser vers l’équateur.

En 1924, le géophysicien, Harold Jeffreys, réfute la possibilité que ces forces soient capable de mouvoir des continents du fait de leur faible valeur.

En 1928, Wegener trouve le soutien de Holmes avec l’hypothèse de forces d’origine interne. Après la découverte, au cours du XIXè siècle, de la radioactivité dans les roches riche en uranium, Holmes propose que la Terre interne surchauffée par la désintégration radioactive, serait théoriquement animée de mouvements de convection très lents. Ces mouvements entraineraient la croûte terrestre sus-jacente et expliqueraient les mouvements horizontaux mais aussi la formation de croûte basaltique sous les océans (SIAL). La Terre ne changeant pas de volume, il suppose aussi  l’existence de zones de destruction de croûte.

Cette explication séduisante (et proche de la théorie actuelle) mais théorique n’importe pas de succès notamment auprès du grand détracteur de la théorie de Wegener, le géophysicien H. Jeffreys.

c- Les nouvelles données sismiques et l’abandon de la théorie de la dérive des continents

Rappel 4è :

« Les séismes correspondent à des vibrations brutales du sol qui se propagent. Ils résultent d'une rupture des roches en profondeur provoquent des déformations à la surface de la Terre. 

Des contraintes s'exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d’énergie qui finit par provoquer leur rupture. Le foyer du séisme est le lieu où se produit la rupture. A partir du foyer, la déformation se propage sous forme d'ondes sismiques. »

Parallèlement aux études théoriques de l’inaccessible intérieur de la Terre, se développe une nouvelle science : la sismologie. Le principe est d’étudier les caractéristiques (type d’onde, vitesse, heure d’arrivée,…) des ondes sismiques émises par les tremblements de terre et enregistrées par un réseau mondial de plus en plus dense de séismomètres. Les caractéristiques de ces ondes sont modifiées lors de leur parcours, elles enregistrent les variations des différents milieux qu’elles traversent. La sismologie permet « d’échographier» la Terre.

L’énergie libérée par un séisme se propage dans toutes les directions dans les roches sous forme de deux grands types d’ondes sismiques :

- les ondes de volume qui se propagent dans l’intérieur du globe. Les ondes P (premières) sont les plus rapides, de compression/dilatation de la matière, capable de se propager dans les milieux solides comme liquides. Les ondes S (secondes) sont des ondes transversales de cisaillement, uniquement présent dans les solides.

- les ondes de surface sont moins rapides mais de grandes amplitudes. Elles se propagent en surface et sont dévastatrices.

En 1906, le sismologue anglais Oldham montre que les ondes P traversent le globe et accélèrent avec la profondeur jusqu’à une certaine distance où elles sont réfractées et brutalement ralenties, traduisant un changement de nature en profondeur.

En 1912, le sismologue allemand Gutenberg positionne ce phénomène vers 2900km de profondeur grâce à la mise en évidence d’une « zone d’ombre », sans ondes P enregistrées, située à une distance angulaire entre 105° et 143° de l’épicentre. En 1923, il interprète cette discontinuité sismique, nommé discontinuité de Gutenberg, comme la transition entre un manteau profond solide et un noyau liquide. Les ondes S ne franchissent pas cette discontinuité.

En 1936, Le sismologue danois Lehmann, découvre que la « zone d’ombre » n’est pas entièrement « muette » : des ondes P tardives réfléchies par une nouvelle discontinuité sont enregistrées. Cette discontinuité de Lehmann, située à 5100km de profondeur, représente la limite entre le noyau liquide et sa graine centrale solide.

L’ensemble de ces données confirme que la Terre est solide sur 2900km d’épaisseur. Ces résultats sont repris par Jeffreys contre la théorie de dérive des continents : la « Terre est beaucoup trop résistante pour être déformée » par les forces invoquées par Wegener et Holmes.

Bilan : L’idée d’une mobilité horizontale est donc globalement rejetée par la communauté scientifique à fin des années 20 et durant près de 30 ans.

2 / L’interprétation actuelle des différences d’altitudes moyennes entre les continents et les océans 

A2 : Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide de dispositifs d’expérimentation assistée par ordinateur de propagation d’ondes à travers des matériaux de nature pétrographique différente.

Observer à différentes échelles, de l’échantillon macroscopique à la lame mince, les roches des croûtes océanique et continentale et du manteau.

En 1909, le sismologue Mohorovicic observe sur un sismogramme le dédoublement des ondes P et S. Il met alors en évidence une discontinuité sismique peu profonde de réflexion des ces ondes : la discontinuité de Mohorovocic, dite le « Moho » situé à quelques dizaines de kilomètre sous la surface. Cette discontinuité traduit la limite entre deux types de matériaux rocheux : la croûte et le manteau.

Structure interne de la Terre
(état actuel des connaissances vues en classe)

Les études sismiques (vitesses de propagation des ondes sismiques P et S) et pétrographiques (composition minéralogique et chimique des roches) permettent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes terrestres : la croûte océanique et la croûte continentale.

- La croûte océanique montre une vitesse maximale des ondes P vers 6,5 à 7 km/s sur une épaisseur de 10 à 15 km. Elle est essentiellement formée de basalte  de densité 2,9 (r. microlithique volcanique) vers la surface et de gabbro de densité 3 (r. grenue plutonique riche en Feldspaths plagioclases et pyroxènes) en profondeur. Cette croûte a une composition relativement pauvre en Silicium (Si : 20-25%) et Potassium (K), mais assez riche en Fer (Fe), Magnésium (Mg), Aluminium (Al) et Calcium (Ca). 

La croûte océanique

- La croûte continentale a une vitesse des ondes P plus faible autour de 6 km/s mais sur une plus grande profondeur, 35 km en moyenne. Elle est constituée de roches variées moins denses dont le granite de densité 2,7 (r. grenue plutonique (Quartz, Feldspaths plagioclases et orthose, Micas noirs (biotite)), des gneiss (r. métamorphiques) et des roches sédimentaires. La composition de la croûte continentale est plus riche en Silicium (Si : 30-35%),  Aluminium, Calcium et Potassium mais plus pauvre en Fer et Magnésium que la croûte océanique.

La croûte continentale

Rq : La croûte océanique et le manteau supérieur correspondent au SIMA. La croûte continentale correspond au SIAL. Les termes SIAL et SIMA ne sont plus du tout utilisés aujourd’hui.

Les deux croûtes reposent sur la roche constituant le manteau supérieur : la péridotite (densité : 3,2). Assez rare à observer à la surface, elle montre des vitesses d’ondes P caractéristiques autour de 8 km/s. Elle est constituée d’un minéral vert dominant : l’olivine, et aussi de pyroxènes. Sa composition est relativement pauvre en Si (20%) mais riche en Fe et Mg.

Critères d'identifications des 4 roches terrestres les plus abondantes.

La différence d’altitude observée entre continents (+100m) et océans (-4500m) reflète le contraste géologique entre les deux croûtes de composition et donc de densité différente qui "flottent" sur un manteau encore plus dense et à l'état solide, selon le principe d'isostasie.

L'équilibre isostasique des deux types de croûte sur le manteau explique la répartition bimodale des reliefs terrestres.

Thème 1 (Chapitre 1) : Science, climat et société

 Thème 1 : Science, climat et société

Préambule :

    L’atmosphère primitive de la Terre était différente de celle d’aujourd’hui. Sa transformation au cours des milliards d’années est liée aux processus géologiques et biologiques. 

    Depuis la révolution industrielle, l’activité humaine modifie de manière significative la composition atmosphérique. Ces modifications affectent l’équilibre dynamique des enveloppes fluides de la Terre. 

    Les conséquences de l’activité humaine sur la composition atmosphérique, celles qui sont déjà observées et celles qui sont prévisibles, sont multiples et importantes, tant pour l’humanité que pour les écosystèmes. Les choix raisonnés des individus et des sociétés dans ce domaine s’appuient sur les apports des sciences et des technologies.

1.1 L’atmosphère terrestre et la vie 

Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante avec celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre (-4,55 Ga) a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère. Sa température de surface permet l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère. 

Aux facteurs physiques et géologiques (activité solaire, distance au Soleil, tectonique) s’est ajoutée l’émergence des êtres vivants et de leurs métabolismes (-3,8 Ga). Un fragile équilibre est atteint, qui permet la vie et la maintient.

T1_C1_A1 : - Analyser des données, en lien avec l’évolution de la composition de l’atmosphère au cours des temps géologiques.

- Déterminer l’état physique de l’eau pour une température et une pression donnée à partir de son diagramme d’état.

BILAN : - Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive était composée de N2, CO2 et H2O. Sa composition actuelle est d’environ 78 % de N2 et 21 % de O2, avec des traces d’autres gaz (dont H2O, CO2, CH4, N2O).

- Le refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la liquéfaction de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère initiale. L’hydrosphère s’est formée, dans laquelle s’est développée la vie.

T1_C1_A2 : - Mettre en relation la production de O2 dans l’atmosphère avec des indices géologiques (oxydes de fer rubanés, stromatolithes ...). 

- Ajuster les équations des réactions chimiques d’oxydation du fer par le dioxygène. 

BILAN : - Les premières traces de vie sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards d’années. Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries (organismes constructeurs des stromatolites) ont consommé le dioxyde de carbone et produit le dioxygène.

Dans un premier temps, le dioxygène a  oxydé, dans l’océan, des espèces chimiques réduites (comme le fer : formation des BIF). Dans un second temps, le dioxygène s’est accumulé à partir de 2,4 milliards d’années dans l’atmosphère. Sa concentration atmosphérique actuelle a été atteinte il y a 500 millions d’années environ. 

- Les sources et puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd’hui essentiellement liés aux êtres vivants (photosynthèse et respiration) et aux combustions (feux de forêts, consommations de pétrole).

T1_C1_A3 : - Interpréter des spectres d’absorption de l’ozone et de l’ADN dans le domaine ultraviolet. 

BILAN :  Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène O₂ stratosphérique peut se dissocier, initiant une transformation chimique qui aboutit à la formation d’ozone O₃. Celui-ci constitue une couche permanente de concentration maximale située à une altitude d’environ 30 km. La couche d’ozone absorbe une partie du rayonnement ultraviolet (UV) solaire et protège les êtres vivants de ses effets mutagènes (altération des séquences ATGC de l’ ADN). Ainsi la vie aquatique (l’eau filtre les UV) a pu évoluer vers une vie terrestre protégée des UV par la couche d’ozone, vers -500 Ma.

Evolution de l'atmosphère : conséquences des relations entre lithosphère, atmosphère, hydrosphère et biosphère.

T1_C1_A4 : - Analyser un schéma représentant le cycle biogéochimique du carbone pour comparer les stocks des différents réservoirs et identifier les flux principaux de carbone d’origine anthropique ou non.

BILAN : - Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l’atmosphère, les sols (humus), les océans (CO₂ dissous), la biosphère (matière organique) et les roches carbonées (pétrole, charbon) et carbonatées (calcaire CaCO₃). Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux (mesurés en tonne/an). Les quantités de carbone dans les différents réservoirs sont constantes lorsque les flux sont équilibrés. L’ensemble de ces échanges constitue le cycle du carbone sur Terre. 

(les flèches violettes indiquent le lent trajet du carbone vers le puits "roches carbonées" via la photosynthèse et la fossilisation)

- Les combustibles fossiles se sont formés à partir du carbone des êtres vivants, il y a plusieurs dizaines à plusieurs centaines de millions d’années. Ils ne se renouvellent pas suffisamment vite pour que les stocks se reconstituent : ces ressources en énergie sont dites non renouvelables

1_ES_T4_C4_A1 et A2 : Entendre un son

Thème 4 : Le son

Trouver ci-dessous, l'ensemble des documents des activités A1 et A2.

p. 222 :

Rédiger la démarche expérimentale de cette expérience
(Problème / hypothèse / expérience / résultats / interprétation / conclusion)

p. 223 :

p. 224 :

Doc. du professeur :

Anatomie du système nerveux central (à connaître)

p. 226 :

p. 227 :