SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

Seconde



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Chap.III : L'entrée d'énergie lumineuse dans les écosystèmes et son utilisation


Comment l'énergie lumineuse est-elle captée par les végétaux chlorophylliens? Pourquoi les végétaux chlorophylliens jouent-ils un rôle important dans les écosystèmes? Comment la matière organique des végétaux chlorophylliens se transforme-t-elle en roches combustibles?


Plan du chap.III

Travail avant la séance suivante Vidéo n°1 + QCM


L'entrée d'énergie dans les écosystèmes Transferts d'énergie Vidéo n°1


I L'énergie lumineuse est captée par les végétaux chlorophylliens


TP1 L'entrée d'énergie lumineuse


* Spectre de la lumière blanche


* Spectre d'absorption de la chlorophylle



* Radiation lumineuse et énergie: une relation en énergie et longueur d'onde



II Les échanges gazeux au cours de la photosynthèse et l'entrée de carbone dans les écosystèmes


* Evolution de la concentration en dioxygène en fonction du temps - Feuilles d'Elodées à la lumière et à l'obscurité


TP2 Les échanges gazeux au cours de la photosynthèse - EXAO


Variation de la concentration en dioxygène (µmol/L) à l'obscurité (de 0 à 3 min puis de 6 à 15 min) et à la lumière (de 3 à 6 min)


Résultats obtenus en TP par Hugo et Tristan


On effectue des mesures sur les variations de la concentration en dioxyde de carbone et en dioxygène dans un milieu contenant des végétaux chlorophylliens, comme par exemple l'élodée qui est une plante aquatique. Ces variations permettent d'évaluer la consommation ou la production de ces molécules par le végétal.


*Evolution de la concentration en dioxyde de carbone en fonction du temps dans un milieu contenant des Elodées



Ces mesures ont été effectuées avec des fragments de feuilles d'élodée. La concentration en dioxyde de carbone est évaluée à la lumière et à l'obscurité. La température est constante (20°C).

Questionnaire (travail en amont, à la maison)


* Bilan des échanges gazeux chez un végétal chlorophyllien



III La synthèse de matière organique au cours de la photosynthèse: le passage du carbone minéral au carbone organique


TD3 La synthèse de matière organique par les organismes photosynthétiques


* Activité 1: Les conditions nécessaires à la photosynthèse Livre p.110




* Activité 2: Localisation de la photosynthèse dans la cellule Livre p.111




Activité 3: La photosynthèse à l'échelle moléculaire Livre p.111


La molécule de CO2

Bilan 6: La synthèse de matière organique par les végétaux chlorophylliens


Les végétaux chlorophylliens synthétisent leur matière organique à partir de molécules minérales, eau et dioxyde de carbone. Or, cette synthèse nécessite de l'énergie.
La chlorophylle, présente dans les chloroplastes, absorbe certaines radiations lumineuses et grâce à cette absorption, les végétaux chlorophylliens captent de l'énergie lumineuse. Celle-ci va fournir l'énergie nécessaire à la réalisation de la photosynthèse.
Au cours de la photosynthèse, le dioxyde de carbone et l'eau, molécules minérales, vont être transformés et donneront des molécules organiques comme le glucose. Le dioxyde de carbone absorbé fournit le carbone nécessaire à la synthèse des molécules organiques. Cette réaction biochimique (réaction chimique qui se déroule chez les êtres vivants) produit également du dioxygène.
Ainsi, l'équation bilan de la photosynthèse peut s'écrire: 6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2
Les végétaux chlorophylliens sont qualifiés de producteurs primaires car dans de très nombreux écosystèmes ce sont les premiers organismes vivants à synthétiser des molécules organiques qui seront ensuite utilisées par des consommateurs primaires qui fourniront à leur tour la matière organique nécessaire aux consommateurs secondaires.

L'importance de la photosynthèse dans les écosystèmes


La production primaire correspond à la masse de matière organique produite par les organismes photosynthétiques; la productivité primaire évalue la production primaire par unité de temps. (en moyenne la productivité primaire sur les continents est de 53 Gt/an et dans les océans elle est de 25 Gt/an). on peut évaluer cette production par les concentrations de chlorophylle mesurées dans les océans (plus ces concentrations sont élevées et plus la production primaire sera importante) ou par des mesures de densité de végétaux à la surface des continents. pour cela, on utilise des données à partir de satellites qui effectuent des mesures!

Concentration en chlorophylle dans les océans en mg/m3
Indice relatif de végétation continentale


Exercice


Les conséquences de l'effet El Nino


Vidéo n°2 Visionner la vidéo avant de faire l'exercice


Un phénomène climatique redouté en Amérique du Sud
Anomalie de la concentration en chlorophylle au large des côtes du Pérou lors d'une année "El Nino"
Le document ci-contre montre des anomalies de la concentration en chlorophylle exprimée en mg/m3 d'eau. Par exemple une anomalie de -0,3mg/m3 signifie qu'il y a une concentration moins importante de chlorophylle par rapport à la normale et donc que les végétaux chlorophylliens marins sont moins abondants".
Les pêcheurs péruviens redoutent les années où El Nino sévit. El Nino est une augmentation durable de la température des eaux de surface du sud-est de l'océan Pacifique. Ces eaux chaudes bloquent la remontée des eaux froides et riches en sels minéraux que l'on observe normalement au large des côtes du Pérou.
Remarque: les sels minéraux contenant des éléments chimiques comme l'azote, le phosphore sont indispensables au développement des organismes photosynthétiques du phytoplancton. D'autre part, ce phytoplancton nourrit d'autres organismes comme le zooplancton, des poissons se nourrissent à leur tour de ce zooplancton...
Question: Expliquez pourquoi le phénomène "El Nino" perturbe l'activité des pêcheurs du Pérou (=>expliquez l'enchaînement des effets de "El Nino" sur le fonctionnement de l'écosystème marin dans cette zone). .


Vidéo n°3 Pour mieux comprendre l'importance des relations alimentaires dans les écosystèmes marins:

 



Flux de matière et d'énergie au sein des écosystèmes - Photosynthèse Vidéo n°4


IV La matière organique végétale à l'origine des combustibles fossiles


Les végétaux chlorophylliens synthétisent leur matière organique à partir de molécules minérales. Cette synthèse se déroule grâce à l'énergie lumineuse captée par la chlorophylle. Quand les végétaux chlorophylliens meurent, cette matière organique est décomposée en molécules minérales. Mais dans certaines conditions, elle échappe à cette décomposition: elle donne naissance aux combustibles fossiles que sont le charbon et le pétrole.


La production primaire et les combustibles fossiles Vidéo n°5 (lecture jusqu'à 4min 11)


Lien vers le QCM associé à la vidéo n°5



TP L'origine des combustibles fossiles


Aide pour l'activité 1


Vidéo n°6 réalisée par Lucie C., Alexis, Emma, Erwann, Anna, Théo D. Une très belle réalisation!

Bilan 7 Formation des combustibles fossiles
* Dans les roches combustibles comme la tourbe, on observe la présence d'éléments végétaux comme des grains de pollen et divers débris végétaux. Dans le charbon, on observe des empreintes de végétaux fossiles très anciens (quelques centaines millions d'années). Ces végétaux formaient des forêts importantes constituant ainsi une biomasse végétale abondante. Les roches combustibles sont donc issues de l'accumulation d'une grande quantité de matière organique d'origine végétale.
* Les molécules des roches combustibles ont une structure semblable et une composition proche des molécules des végétaux. Ces molécules sont toutes carbonées. Ce sont donc des molécules organiques issues de la transformation des molécules présentes dans la matière végétale. Les transformations de la biomasse végétale s'effectuent sous l'effet d'une augmentation de la température lors de l'enfouissement progressif de la roche. Plus la roche combustible est âgée et plus sa teneur en carbone est élevée. La qualité énergétique d'une roche combustible augmente avec la teneur en C.
A savoir : Les combustibles fossiles, pétrole, charbon restent actuellement à l'échelle mondiale, une des principales ressources énergétiques pour les activités humaines. La consommation énergétique mondiale ne cesse d'augmenter. Or la combustion des hydrocarbures libère du dioxyde de carbone dans l'atmosphère : on dit que le CO2 libéré lors des activités humaines est d'origine anthropique. On observe ainsi une très forte augmentation de la concentration en CO2 depuis le début de l'ère industrielle. Le CO2 étant un gaz à effet de serre, l'augmentation de son taux dans l'atmosphère a des répercussions sur la température globale moyenne de la Terre. Ainsi l'utilisation des combustibles fossiles restitue rapidement dans l'atmosphère du dioxyde de carbone prélevé lentement par une biomasse végétale ancienne. Cette biomasse a constitué un important réservoir de carbone piégé dans les roches carbonées.
  • Biomasse végétale: masse de matière vivante végétale par unité de surface dans un écosystème
  • Combustible fossile: matière organique qui constitue une source d'énergie utilisable pour les activités humaines
  • Hydrocarbures: combustibles composées de matière organique comme le pétrole, le charbon, le gaz
  • Roche carbonée: roche contenant des molécules organiques et formée lors d'une transformation progressive et lente de matière organique des êtres vivants

Bilan Production primaire et combustibles fossiles Vidéo n°7


Se tester "La formation du charbon et du pétrole" (Education et numérique)


Savoir faire et connaître Bilan