Innover en svt

23 novembre 2020

Terminale spécialité SVT, Chapitre 6 : L'organisation fonctionnelle des plantes à fleurs

 Bienvenue dans un monde extraordinaire...

https://www.canald.com/decouvertes/tops/le-top-des-arbres-les-plus-extraordinaires-1.1476726

Plan du chapitre:

  1. Une adaptation à la vie fixée
  2. De grandes surfaces d'échanges
  3. Un système de transport des nutriments
  4. Un développement sans limite

 

Beaucoup d'illustrations sont tirées du livre "Biologie" de Neil Campbell.

 

 

1-Une adaptation à la vie fixée
2-De grandes surfaces d'échanges
3-Un système de transport des nutriments
4-Un développement sans limite

 

 

Fonctionnement général d'une plante: des adaptations à la vie fixée

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L'importance de l'eau chez les plantes

turgescence et flétrissement

 

diffusion d'eau cellule végétale

 

3 grandes catégories de tissus

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Organisation des tissus d'une jeune tige

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Anatomie d'une feuille, une adaptation à la vie fixée

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Fonctionnement des cellules stomatiques

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Des adaptations de certaines racines à la vie fixée

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Des adaptations à la vie fixée de certaines tiges

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1-Une adaptation à la vie fixée
2-De grandes surfaces d'échanges
3-Un système de transport des nutriments
4-Un développement sans limite

 

Les poils absorbants, une extraordinaire surface d'échange

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Le transport de l'eau et des sels minéraux des poils absorbants aux vaisseaux du xylème

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Surface foliaire, une grande surface d'échanges gazeux

indice foliaire

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1-Une adaptation à la vie fixée
2-De grandes surfaces d'échanges
3-Un système de transport des nutriments
4-Un développement sans limite

L'aspiration vers le haut de la sève brute

gradient de potentiel hydrique

La circulation de la sève brute: transpiration-tension-aspiration

tension et aspiration

La circulation de la sève élaborée: une pression liée à l'eau

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La tuyauterie d'une plante: les vaisseaux du xylème

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Les vaisseaux du xylème sont renforcés de lignine, en vert.

Photo coupe longitudinale tissus conducteurs Anne-Lisephotos coupe transversale tissus conducteurs Juliette

(Photos et coloration faites par des élèves de Terminale spécialité SVT)

La tuyauterie d'une plante: les vaisseaux du phloème

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1-Une adaptation à la vie fixée
2-De grandes surfaces d'échanges
3-Un système de transport des nutriments
4-Un développement sans limites

La croissance d'une plante, un phénomène sans fin

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L'emergence des feuilles

émergence des feuilles

Les méristèmes assurent la croissance infinie d'une plante

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Croissance d'une plante, vue d'ensemble

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Une croissance en longueur par un unités appelées phytomères ou rameau

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Croissance en longueur d'une racine

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 La formation d'une racine latérale

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La division cellulaire asymétrique, une caractéristique végétale

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 Comparaison de schémas de division cellulaire d'un plant sauvage et d'un plant muté

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 Représentation schématique de divers types de feuilles

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Des réactions aux conditions environnementales

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Le phototropisme, une réaction à un facteur environnemental

 

Phototropisme

Le Phototropisme représente une réaction fondamentale des plantes à leur environnement lumineux d'autant que la lumière, par la photosynthèse, représente la source d'énergie. Le mécanisme est une croissance différentielle sur les deux faces de l'organe qui se traduit par une courbure. Le stimulus est un événement extérieur directionnel, ici la lumière.

 

Capture d’écran 2020-11-20 à 06Capture d’écran 2020-11-20 à 06

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Notions:

  • Par diverses caractéristiques, les plantes terrestres montrent une capacité d’adaptation à la vie fixée à l’interface sol/atmosphère, dans des environnements variables.
  • Les plantes développent de grandes surfaces d’échange, aériennes d’une part, optimisation de l’exposition à la lumière, source d’énergie, transferts de gaz et souterraines d’autre part, absorption d’eau et d’ions du sol facilitée le plus souvent par des symbioses, notamment les mycorhizes.
  • Des tissus conducteurs canalisent les circulations de matière dans la plante, sève brute et sève élaborée, notamment entre les lieux d’approvisionnement en matière minérale, les lieux de synthèse organique et les lieux de stockage.
  • Le développement d’une plante associe croissance, multiplication cellulaire par mitoses dans les méristèmes, suivie d’élongation cellulaire et différenciation d’organes, tiges, feuilles, fleurs, racines à partir de méristèmes.
  • Ce développement conduit à une organisation modulaire en phytomères, contrôlée par des hormones végétales et influencée par les conditions de milieu.

Notions fondamentales : organisation générale d’une plante angiosperme : tige, racine, feuille, stomates, vaisseaux conducteurs ; méristème ; multiplication et élongation, organogenèse.

Objectifs : il s’agit d’aboutir à une compréhension globale de la plante, de ses différents organes et de leurs fonctions. Un schéma fonctionnel synthétique permet de présenter les notions à retenir.

 


Terminale ES, TP: Pollens et climats

Photo de la tourbière au col de Steige

tourbière vue générale

(Michel Patalano)

TP : Palynologie et changements climatiques au quaternaire

Les mousses et les sphaignes sont des filtres naturels à pollens : les pollens transportés par le vent se déposent sur le sol et sont facilement retenus entre les feuilles de ces végétaux.
Au cours du temps, les mousses se transforment en tourbe, utilisée par l’homme en horticulture, pour la construction ou comme combustible (voir photo).

Dans les tourbières, l’épaisseur de mousses peut atteindre plusieurs mètres, et les pollens piégés peuvent dater de plusieurs milliers d’années.

Photo de sphaignes de la tourbière du col de Steige

tourbières sphaignes

(Michel Patalano)

Photo d'un morceau de tourbe récolté en Irlande

photo d'un morceau de tourbe récoltée en Irlande

(Michel Patalano)

Comment l’analyse de la tourbe permet-elle de reconstituer les climats du passé ?

Matériel:

  • Microscope optique (objectif x10 recommandé, occasionnellement x 40)
  • De quoi réaliser une préparation microscopique de grains de pollens
  • Tableur Excel

Documents:

  • Document 1 - « table de correspondance entre les associations végétales et les climats »

Biomes

Composants

Climat type

Zone climatique actuelle

Toundra

Bruyère

Mousses

Saule nain

Très froid

Au-dessus du cercle arctique ou très haute altitude

(sommet des chaînes alpines, par ex.)

Forêt claire

Saule

Aulne           clairsemés

Bouleau

Froid

Transition entre toundra et taïga

Taïga

Epicéa

Mélèze

Tempéré froid

Au sud de la toundra, ou forêt de haute altitude.

Forêt caducifoliée

Hêtre

Chêne

Noisetier

Tempéré

Zone tempérée (centre de l’Europe)

Xérophytes

Chêne kermès, olivier

Lentisque, vigne

Thym, lavande,

Chaud

Zone méditerranéenne, Californie, …

Savanes

Graminées, acacias

Chaud et sec

Zone tropicale (savane centrafricaine)

Jungle

Fougères géantes, lianes, hévéas, palmiers

Chaud et humide

Jungle équatoriale

Désert chaud

Cactus

Plantes grasses

Très chaud

Zone tropicale désertique (Sahara, Mexique, …)

 

Répartiton de différents milieux an fonction d ela température et de l'humidité

Capture d’écran 2020-11-21 à 06

  • Document 2 - « clé de détermination des grains de pollens isolés » /Site internet : http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/serveur/lycee/melet/pollens/
  • Document 3 – Tableau des exigences écologiques de quelques espèces végétales
  • Protocole : Au laboratoire, on a réalisé une extraction des pollens d’une tourbe. On obtient après centrifugation un culot riche en pollens, inclus dans un milieu à base de gélatine glycérinée, colorée par la fuchsine.
    Pour la préparation microscopique à réaliser : agiter le tube contenant le culot, prélever une goutte d'extrait de pollen, la déposer sur une lame mince, l’étaler. Recouvrir avec une lamelle.

Fichier « chambedaze.xls » (analyse des grains de pollen d’une tourbière/ Fiche technique d’utilisation d’Excel)

 

Activités :

Grâce aux documents 1 et 2, expliquer comment l'analyse des pollens permet de reconstituer les climats du passé.

Réaliser une préparation microscopique en utilisant le protocole ci-dessus.

Observer et déterminer un grain de pollen.

Appeler le professeur pour vérification.

 

Dessiner deux grains de pollen caractéristiques de la lame, légender.

Ouvrir le fichier « Chambedaze.xls » et utiliserles fonctionnalités du tableur pour réaliser un graphique à partir des données affichées.

Sélectionner les trois espèces qui vous semblent le mieux représenter l’évolution climatique de cette région : éliminer sur le graphique les espèces non retenues.

Mettre en relation les données du graphique ainsi modifié avec le document 1, avec les variations climatiques.

Préciser, en le justifiant, ce que cela signifie en matière de climat pour la planète.

Ranger le matériel, fermer le logiciel sans éteindre l’ordinateur.

 

Document1_biomes_et_climats

Doc2_cle_de_termination_des_pollens

TP_pollens_Document3_Exigencesecologiques2011

ficheir_excel_TP_palynologie_chambedaze_eleves_2

TP_palyno_FT_tableur_excel_2007_d

 

Documents et TP d'après:

TP1-Palynologie et changements climatiques au quaternaire

Vous trouverez en téléchargement le texte du TP (distribué en classe) mais aussi les documents du TP, ainsi que le fichier Excel "Chambedaze" et la fiche technique Excel correspondante. Et maintenant que le TP est terminé, voilà même la correction !!!

 TP_palynologie_chambedaze_correction2011

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Terminale ES, chapitre 2: La compléxité du système climatique

Le climat, un système impliquant de nombreux acteurs.

Les 4 enveloppes terrestres

En 1896, Svante Arrhenius écrit ceci:

"Comme ce serait merveilleux si les émissions humaines de gaz carbonique vers l'atmosphère pouvaient augmenter d'autant le climat de la Terre. Nous en serions heureux en Suède".

Un doublement du CO2 s'accompagne d'une élévation de la température moyenne de 6°C.

Urgelli, 2005

Plan de ce cours:

  1. Quelle différence y a-t-il entre climatologie et météorologie?
  2. Comment explique-t-on l'augmentation rapide des moyennes annuelles de température?
  3. Quels seront les impacts à long terme de l'augmentation des températures moyennes annuelles?

 

1-Quelle différence y a-t-il entre climatologie et météorologie?

Activités:

  • A l'aide des documents fournis, j'explique la différence entre météorologie et climatologie.
  • Identifier des tendances d’évolution de la température sur plusieurs échelles de temps à partir de graphiques.
  • Identifier des traces géologiques de variations climatiques passées: pollens, glaciers.

 

METEO France

METEO FRANCE - Retrouvez les prévisions METEO France de Météo-France à 15 jours, les prévisions météos locales gratuites, complètes et détaillées à 15 jours.



Carte de la météo du jour à gauche et des climats à droite

Capture d’écran 2020-11-16 à 08

http://svt80.over-blog.com/2017/10/meteorologie-et-climatologie.html

 

Le système climatique mondial

L'étude des changements climatiques nécessite de définir le système climatique, un ensemble complexe constitué de cinq composantes principales : l'atmosphère ; les surfaces continentales ; l'hydrosphère (océans, lacs, rivières, nappes d'eau souterraines...) ; la cryosphère (glaces terrestres ou marines, manteau neigeux) ; la biosphère (tous les organismes vivants dans l'air, sur terre et dans les océans).


 

 Différence entre météo et climat

Capture d’écran 2020-11-16 à 08

 

La répartition des climats mondiaux

Capture d’écran 2020-11-16 à 08

Capture d’écran 2020-11-16 à 08

Capture d’écran 2020-11-16 à 08

Capture d’écran 2020-11-16 à 08

 

 

Graphique de l'anomalie de la température moyenne annuelle de l'air, en surface, en France, par rapport à la normale de référence

Capture d’écran 2020-11-23 à 09

L'indicateur est constitué de la moyenne des températures de 30 stations météorologiques.

Le zéro correspond à la moyenne de l'indicateur sur la période 1961-1990, soit 11,8 °C.

 

Graphique de l'anomalie de la température moyenne annuelle de l'air, en surface, pour le globe, par rapport à la normale de référence.

Capture d’écran 2020-11-23 à 08

Données du Climatic Research Unit, University of East Anglia.

Le zéro correspond à la moyenne de l'indicateur sur la période 1961-1990, soit 14,0 °C.

capture

 Données d'après:

http://www.meteofrance.fr/climat-passe-et-futur/le-rechauffement-observe-a-l-echelle-du-globe-et-en-france

Pergélisol, le piège climatique

Typique des régions arctiques, le pergélisol, le sol gelé depuis des milliers d'années, dégèle peu à peu sous l'effet du réchauffement climatique. Ce faisant, il libère de puissants gaz à effet de serre. " CNRS Le journal " s'est rendu au Nunavik, dans l'Arctique canadien, pour mieux comprendre ce phénomène largement sous-estimé par les modèles climatiques.

https://lejournal.cnrs.fr

 

A retenir:

  • Un climat est défini par un ensemble de moyennes de grandeurs atmosphériques observées dans une région donnée pendant une période donnée.
  • Ces grandeurs sont principalement: la température, la pression, le degré d’hygrométrie, la pluviométrie, la nébulosité, la vitesse et la direction des vents.
  • La climatologie étudie les variations du climat local ou global à moyen ou long terme (années, siècles, millénaires...).
  • La température moyenne de la Terre, calculée à partir de mesures in situ et depuis l’espace par des satellites, est l’un des indicateurs du climat global.
  • Il existe d’autres indicateurs comme : le volume des océans, l'entendue des glaces et des glaciers.
  • La météorologie étudie les phénomènes atmosphériques qu’elle prévoit à court terme : jours, et semaines.

 

2-Comment explique-t-on l'augmentation rapide des moyennes annuelles de température?

Avtivités:

  • Déterminer la capacité d’un gaz à influencer l’effet de serre atmosphérique à partir de son spectre d’absorption des ondes électromagnétiques.

 

  • Interpréter des documents donnant la variation d’un indicateur climatique en fonction du temps: date de vendanges, niveau de la mer, extension d’un glacier.

Le Glacier du Rhone en Suisse

campbell20200826 copie

Ce glaicier est bordé par 4 dépôts morainiques successifs visibles sur cette aquarelle de Henru Hogard datée de 1848 (à gauche). Le dépôt le plus ancien, à gauche, date de 1602, le second de 1818, le troisième de 1826 et le quatrième de 1848. La photo de droite représente le glacier en 1970.

Glacier en Alaska

campbell20200826

Au pied de ce glaicier le sol est strié et jonché de moraines, la végétation n'a pas eu le temps de pousser, signe que le retrait est récent. L'amincissement du permafrost nous indique que nous sommes en période de réchauffement.

Activité:

  • Analyser la variation au cours du temps de certaines grandeurs telles que l’augmentation de la teneur atmosphérique en CO2, la variation de température moyenne, des indicateurs de l’activité économique mondiale.

 Photos de climatologues étudiant la glace révélant la vaiarition du climat terrestre sur 100 000 ans.

carottes de glace et températures copie

On mesure les concentrations relatives en O16 et O18 piégées dans la glace; sachant que l'orsqu'il fait plus froid, il y a moins d'O18, on peut alors déduire des écart de températures par rapport à une moyenne.

carottes de glace et températures

Graphiques de la variation de température et de la constante solaire

 Capture d’écran 2020-11-23 à 10

La constante solaire est une moyenne, pour la terre et sur un an, du flux total d'énergie électromagnétique reçue par le soleil aux limites de l'atmosphère.

 Différents graphiques sur des données depuis 1850

augmentation de la température et des gaz à effet de serre  augmentation de la température et des gaz à effet de serre copie

D'après Pour le Science, Hors série l'Atmosphère, 1006.

 

carottes de glace et températures

Les gaz atmosphériques ayant un effet de serre

molécules atmosphériques et IR

A retenir:

Le climat de la Terre présente une variabilité naturelle sur différentes échelles de temps.

Toutefois, depuis plusieurs centaines de milliers d’années, jamais la concentration du CO2 atmosphérique n’a augmenté aussi rapidement qu’actuellement.

Depuis un siècle et demi, on mesure un réchauffement climatique global (environ +1°C).

Celui-ci est la réponse du système climatique à l’augmentation du forçage radiatif (différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise) due aux émissions de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère : CO2, CH4, N2O et vapeur d’eau principalement.

Lorsque la concentration des GES augmente, l’atmosphère absorbe davantage le rayonnement thermique infrarouge émis par la surface de la Terre.

En retour, il en résulte une augmentation de la puissance radiative reçue par le sol de la part de l’atmosphère. Cette puissance additionnelle entraine une perturbation de l’équilibre radiatif qui existait à l’ère préindustrielle.

L’énergie supplémentaire associée est essentiellement stockée par les océans, mais également par l’air et les sols, ce qui se traduit par une augmentation de la température moyenne à la surface de la Terre et la montée du niveau des océans.

 

3-Quels seront les impacts à long terme de l'augmentation des températures moyennes annuelles?

Activités:

  • Identifier les relations de causalité (actions et rétroactions) qui sous- tendent la dynamique d’un système.
  • Réaliser et interpréter une expérience simple, mettant en évidence la différence d’impact entre la fusion des glaces continentales et des glaces de mer.
  • Estimer la variation du volume de l’océan associée à une variation de température donnée, en supposant cette variation limitée à une couche superficielle d’épaisseur donnée.

 

A retenir:

L’évolution de la température terrestre moyenne résulte de plusieurs effets amplificateurs (rétroaction positive), dont :

  • L’augmentation de la concentration en vapeur d’eau (gaz à effet de serre) dans l’atmosphère ;
  • La décroissance de la surface couverte par les glaces et diminution de l’albédo terrestre ;
  • Le dégel partiel du permafrost provoquant une libération de GES dans l’atmosphère.

L’océan a un rôle amortisseur en absorbant à sa surface une fraction importante de l’apport additionnel d’énergie. Cela conduit à une élévation du niveau de la mer causée par la dilatation thermique de l'eau. À celle-ci s’ajoute la fusion des glaces continentales. Cette accumulation d’énergie dans les océans rend le changement climatique irréversible à des échelles de temps de plusieurs siècles. À court terme, un accroissement de la végétalisation constitue un puits de CO2 et a donc un effet de rétroaction négative (stabilisatrice).

Bilan : Le système climatique et son évolution dans le temps résultent de plusieurs facteurs naturels et d’interactions entre océans, atmosphère, biosphère, lithosphère et cryosphère. Il est nécessaire de prendre en compte ces interactions à différentes échelles spatiales et temporelles, de l’année au million d’années voire davantage. Le système climatique présente une variabilité spontanée et réagit aux perturbations de son bilan d’énergie par des mécanismes appelés rétroactions. Les facteurs anthropiques ont des conséquences irréversibles à court terme.

 

Remarque: L’étude des paramètres orbitaux de la Terre et de leur influence sur le climat n’est pas au programme.

LEGOS, (Dieng et al., 2017)

Accélération de l'élévation du niveau de la mer : un effondrement de l'Antarctique n'est pas exclu

Alors que l'élévation du niveau de la mer s'accélère depuis 2004, affectant particulièrement les Outre-mers et les petits états insulaires du Pacifique ouest, de récents travaux indiquent qu'elle pourrait devenir beaucoup plus importante à cause de la fonte de l'Antarctique, avec un risque d'effondrement.


https://reseauactionclimat.org/acceleration-elevation-niveau-mer-effondrement-de-lantarctique-pas-exclu/

Greenland is melting at an historically unprecedented rate

If it all melted, Greenland's ice would raise sea level by seven meters. Greenland was losing ice four times faster in 2012 than it was in 2003, new research has found. The study's lead author, Michael Bevis, says global warming is to blame. We spoke to Bevis, a professor of geodynamics at The...

 

 

Pergélisol, le piège climatique

Typique des régions arctiques, le pergélisol, le sol gelé depuis des milliers d'années, dégèle peu à peu sous l'effet du réchauffement climatique. Ce faisant, il libère de puissants gaz à effet de serre. " CNRS Le journal " s'est rendu au Nunavik, dans l'Arctique canadien, pour mieux comprendre ce phénomène largement sous-estimé par les modèles climatiques.

 

https://www.fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/media/minisites/projet_climat/animations/PaysagesEtClimats.swf

 

 

Capture d’écran 2020-09-19 à 07

https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/fonte-banquise-2005-10-06.xml

 

Capture d’écran 2020-09-22 à 08

Spectre solaire

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 Temératures solaires et spectre solaire

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Notion d'albédo

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 Absorption atmosphérique des rayonnements solaires

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Capture d’écran 2020-09-23 à 09

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Capture d’écran 2020-09-23 à 09

Capture d’écran 2020-09-23 à 09

 

Capture d’écran 2020-11-16 à 07

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Capture d’écran 2020-11-16 à 07

Ressources:

https://cache.media.eduscol.education.fr/file/SVT/94/7/RA20_Lycee_G_T_SVT_Theme2_ClimatsTerre_1307947.pdf

https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Pluridisciplinaire/02/5/RA19_Lycee_G_1er_ES_Schemas_flux_radiatifs_1220025.pdf

 

ANIMATION SATELLITE sur la France et l'Europe par Météo-France

METEO FRANCE : retrouvez les animations satellites (compositions colorées) pour les 12 dernières heures sur la France et l'Europe.

 

 

Résumé :

La planète Terre est une planète singulière puisque c’est à ce jour la seule où la vie s’est développée, c’est bien qu’il doit exister des conditions favorables au développement de celle-ci. L’atmosphère, par le biais d’un effet de serre naturel, est responsable d’une condition essentielle à l’apparition de la vie : que de l’eau soit liquide. Cet effet de serre naturel s’explique par la présence de certains gaz qui captent les rayons infrarouges que la Terre émet lorsqu’elle est chauffée par les rayons incidents du soleil. Une partie de l’énergie absorbée par la surface est renvoyée, c’est l’albédo. Mais l’énergie renvoyée n’est pas la même que l’énergie reçue, qui elle se situe dans le spectre visible. Les infrarouges renvoyés sont captés par les gaz à effet de serre qui en renvoient d’autres vers la surface terrestre. Ainsi, la Terre présente une température moyenne plus importante que celle qu’elle devrait avoir si cet effet de serre n’existait pas. Malheureusement, l’Homme modifie cet équilibre en ajoutant des gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

 

Introduction

La Terre est une planète où s’exercent, à sa surface, les influences de milieux aux caractéristiques différentes.

Les enveloppes externes, atmosphère, hydrosphère sont plus ou moins continues ; elles interagissent les unes avec les autres ; elles sont le siège de circulations et elles permettent la régulation du climat.

Or, la Terre est la seule planète du système solaire avec une telle hydrosphère dans laquelle la vie est apparue.

En quoi le fonctionnement de ces deux enveloppes est-il aujourd’hui influencé par l’Homme ?

 

I.Le Bilan énergétique de la Terre

A.Caractéristiques de l’énergie de la Terre

L’énergie à la surface de la Terre a une double origine :

  • Interne : lachaleur initiale (choc des petits corps rocheux lors de la formation de la Terre), la radioactivité́, la différenciation des assises en croûte, manteau, noyau, et les mouvements différentiels de ces assises qui génèrent de l’énergie.
  • Externe : l’énergie solaire.

L’énergie solaire reçue par la Terre 5500 fois plus importante que l’énergie liée au chauffage interne.

L’énergie reçue par la Terre provient du rayonnement solaire.

 

B.Le Soleil : source d’énergie principale de la surface terrestre

1.Température du Soleil

D’où vient l’énergie du Soleil ?

  • Le Soleil est une sphère de gaz, composée principalement d’Hydrogène.
  • Au centre, la température avoisine les 15.106 °C.
  • C’est un réacteur thermonucléaire qui dégage de la lumière.
  • La fusion de l’Hydrogène en Hélium libère une énergie sous forme de photons (réactions thermonucléaires)

4 noyaux de protons H => 1 noyau d’Hélium, des électrons et des photons lumineux qui portent de l’énergie.

Attention : Ce sont des noyaux qui fusionnent et non des atomes, d’où le nom de réactions thermonucléaires.

Le soleil induit 3 types de rayonnement :

  • Les rayons visibles à l’œil humain
  • Les rayons IR (infra-rouge)
  • Les rayons UV (ultra-violets)

Le spectre solaire est centré sur les rayons visibles, avec comme valeur de longueur d’onde pour laquelle l’intensité lumineuse est maximale : λmax= 0.5 μm

Le Soleil peut-être assimilé à un corps noir

Un corps noir est un corps idéal qui absorbe totalement les rayonnements électromagnétiques sur l’ensemble du spectre, et donc toute la lumière visible, du coup, il est noir.

Cette absorption se traduit par une agitation thermique :

Cette agitation thermique provoque l’émission d’un rayonnement électromagnétique dont le spectre ne dépend que de la température, c’est la loi de Planck, qui du coup permet de déduire la température du Soleil.

Lien entre rayonnement d’un corps noir et longueur d’onde : Plus la température est élevée, + le maximum de la courbe se situe à une longueur d’onde faible

Pour déterminer la température du Soleil, on utilise la Loi de Wien

La longueur d’onde à laquelle un corps noir émet le plus de flux de lumière énergétique est inversement proportionnelle à sa température.

  • La loi de Wien se déduit de la loi de Planck du rayonnement du corps noir : à une température T donnée, l’énergie W(λ) passe par un maximum (Wmax) pour une longueur d’onde λmax

Loi de Wien : λ­­­­max = (2,898.10-3) /T

Si le soleil émet un maximum de lumière dans le visible alors λ­­­­ max = 0,5 μm alors la température du soleil est T= 5796K

 La loi de Wien relie donc la longueur d’onde maximale émise par le soleil, ici 500 nm soit 0,5 μm, à la température du corps.

 

2.  Flux d’énergie rayonné par le Soleil:

La Loi de Stefan-Boltzmann donne la densité de flux d’énergie qui ne dépend que de la température de l’objet selon la formule :

Loi de Stefan-Boltzmann : Esoleil = σ x T4

Cette loi signifie que l’énergie totale rayonnée par unité de surface d’un corps noir sur toutes les longueurs d’onde par unité de temps est proportionnelle à la quatrième puissance de la température du corps noir.

Si σ =5,6703.10-8 W.m-2. K-4 et T=5778K

Alors l’énergie totale produite par le soleil :  Esoleil = 63,20.106 W.m-2

Notez que le flux d’énergie s’exprime en W.m-2 ou en J/s.m2

 

Quelle fraction de cette énergie parvient-elle sur Terre ?

3.  Notion de Constante solaire

Elle exprime la quantité d’énergie solaire que recevrait une surface (S) de 1m2 situées à une distance de 1 UA (Unité Astronomique, distance moyenne Terre- Soleil) exposée perpendiculairement aux rayons du Soleil en l’absence d’atmosphère.

  • Pour la Terre, cela correspond à la densité́ de flux énergétique reçue au sommet de l’atmosphère.

La distance moyenne de la Terre au Soleil est d’une Unité Astronomique soit environ 150 millions de km

Rayon du Soleil :

Le diamètre moyen du Soleil est : 1 392 000 km soit un rayon de 6,96.105 km

Rayon de l’orbite terrestre :

Orbite terrestre = orbite de la Terre autour du Soleil

  • Mouvement périodique
  • Suit la forme d’une ellipse presque circulaire
  • Valeur moyenne : R orbite terrestre : 149,6.106 km

Calcul de la constante solaire : S = Esoleil x (rayon du soleil/rayon orbite terrestre)2

S = 63,2.106 x (6,96.105 / 149,6.106)2

Soit un Flux solaire moyen atteignant la Terre de 1 368 W.m-2

La constante solaire correspond à l’énergie incidente, reçue par unité de temps, par un disque placé perpendiculairement au rayonnement solaire, à la distance moyenne Terre-Soleil.

Or, la Terre n’est pas plate, du coup le disque doit être transformé en une sphère, ainsi nous pourrons calculer l’énergie frappant réellement la surface de la Terre. C’est ce que l’on appelle le flux solaire incident.

4.  Flux solaire incident

C’est la base pour le calcul de l’effet de serre.

Compte tenu du rapport des surface entre un disque (πr2) et une sphère (4πr2), le flux moyen susceptible d’être disponible par unité de surface terrestre est alors de 342 W. m-2

  

II.Le Bilan radiatif de la Terre

Bilan radiatif = c’est la différence entre rayonnement absorbé par la Terre et le rayonnement renvoyé vers l’espace.

La terre échange de l’énergie avec l’espace jusqu’à atteindre un équilibre entre perte et gain d’énergie.

Le bilan radiatif de la Terre

Comprendre le climat de la Terre c’est analyser son bilan énergétique moyen.

La presque totalité du rayonnement solaire, 342 W.m-2, entre dans le système terrestre, mais la totalité du flux solaire incident n’est pas absorbée car la surface terrestre et l’atmosphère possèdent un pouvoir réflecteur appelé albédo de l’ordre de 30%.

Donc environ 107 W.m-2 sont réfléchis vers l’espace

 

A.L’albédo

Influence de la nature de la surface

L’Albédo est une grandeur sans dimension car c’est le rapport de l’énergie solaire réfléchie par une surface par rapport à l'énergie solaire incidente

Les régions polaires réfléchissent la plus grande partie des rayons lumineux qui les atteignent déjà difficilement. Il y a donc un phénomène auto-entretenu des conditions froides.

Sur Terre, en moyenne : 30% de l’énergie est réfléchie, 70% de l’énergie est absorbée

Du coup, l’Albédo moyen de la Terre = 0.3

L’albédo varie avec la saison.

Le bilan radiatif de la Terre :

Les 70% restants sont absorbés par l’ozone dans la stratosphère, par la vapeur d’eau, les nuages et les aérosols de la troposphère (pour 67 W.m-2) et par la surface terrestre (pour 168 W.m-2).

Calcul de la température d’équilibre sans effet de serre :

Quelle est l’énergie reçue à la surface de la Terre en prenant en compte l’albédo ?

Ereçue = Rayonnement solaire incident moyen x proportion d’énergie reçue

Soit = 342 x 0.7 ~ 240 W.m-2 reçus à la surface en tenant compte de l’albédo

 

Notion de Température d’équilibre à la surface d’une planète :

  • C’est la Température théorique d’une planète considérée comme un corps noir et dont la seule source de chaleur serait l’étoile parente
  •  Dans ce modèle, la présence ou l’absence d’une atmosphère n’est pas considérée et l’on remplace la surface de la planète par une surface idéalisée

 

Quelle est la température d’équilibre sans effet de serre ?

Loi de Stefan-Boltzmann est la loi qui permet de calculer la température que devrait avoir la terre en fonction de ce qu’elle reçoit sans tenir compte de l’effet de serre soit :

ETerre= σ x T4

Avec σ =5,6703.10-8 W.m-2.K-4   mais ETerre : énergie réellement reçue par la Terre soit 240 W.m-2

Soit T= (ETerre/ σ)1/4

 Sachant que T = 255 K et 0°K = - 273.15°C

 Soit T= (240/5,6703.10-8) ¼ soit T = 255K donc T= -18°C

 

Sans atmosphère donc sans l’effet de serre, la température d’équilibre de la Terre serait de -18°C

 

B.L’atmosphère

Structure verticale de l’atmosphère en différentes couches : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère dont les caractéristiques chimiques, physiques et températures sont différentes.

Comment le transport d’énergie s’effectue-t-il dans l’atmosphère ?

Les trois formes de transport d’énergie dans l’Atmosphère sont :

  • Énergie thermique = élévation de T°
  • Énergie potentielle = élévation d’altitude
  • Énergie latente = absorption vapeur / condensation

Important : ce que la Terre renvoie elle le renvoie sous une autre forme

Ce qui signifie que pour maintenir la balance énergétique, le système terrestre réémet à son tour vers l’espace des radiations de plus grandes longueurs d’onde, dans l’infrarouge proche.

Sur les 390 W.m-2 qui rayonnent depuis la surface terrestre :

  • 40 W.m-2 traversent l’atmosphère
  • Et sur les 350 W.m-2 absorbés par l’atmosphère, 324 W. m-2 sont réémis vers la Terre (effet de serre).

L’atmosphère réémet également vers l’espace environ 195 W. m-2.

L’effet de serre :

  • Le bilan énergétique détermine la température moyenne à la surface du globe : 13°C, température d’équilibre entre la surface terrestre et l’atmosphère
  • Le système Terre-Atmosphère en équilibre avec l’espace serait à une température de - 18°C mesurée par un observateur extérieur
  • La différence de 31°C provient de l’effet de serre ce qui signifie que l’atmosphère est transparente au « rayonnement visible » solaire et opaque au « rayonnement infrarouge » terrestre.

 

C.L’effet de serre

 

Apprendre ce document par cœur car tout y est résumé

 

Source : Emmanuel, Rafélis et Pasco, 2007

Historique :

Horace Bénédict de Saussure en 1780.

Le naturaliste suisse avait construit un appareil constitué de cinq caisses de verre emboitées les unes dans les autres, munies de thermomètres, pour montrer que, plus l'on va vers le centre, plus la température s'élève, jusqu'à obtenir une température d'équilibre (jusqu'à 109°C !).

Ce phénomène tire son nom de ce qui se passe dans la serre du jardinier : comme dans la vitre d’une serre, l’atmosphère laisse passer les rayons visibles du Soleil, mais emprisonne partiellement la chaleur

Attention, l’effet mécanique qui stoppe la convection dans la serre (par la présence des vitres) n’est pas présent dans l’atmosphère.

Svante Arrhenius, 1896

Un doublement du CO2 s'accompagne d'une élévation de la température moyenne de 6°C.

"Comme ce serait merveilleux si les émissions humaines de gaz carbonique vers l'atmosphère pouvaient augmenter d'autant le climat de la Terre. Nous en serions heureux en Suède".

Urgelli, 2005

 

Des déséquilibres énergétiques et régionaux

Au cours de l’année, le bilan radiatif, en un point géographique précis, est généralement diffèrent de zéro, créant ainsi des déséquilibres énergétiques régionaux.

L’intensité de l’insolation et le pourcentage d’absorption du rayonnement solaire dépendent principalement de l’angle suivant lequel les rayons solaires atteignent la surface terrestre.

Ainsi la distribution des températures à la surface du globe varie en fonction de la latitude et des saisons :

  • Ceci est responsable des circulations atmosphériques et océaniques ;
  • De la redistribution de l’énergie, en transférant l’excèdent des régions de basses latitudes vers les pôles.

 

L’effet de serre

Ce phénomène est responsable du réchauffement de la basse atmosphère de la planète par absorption du rayonnement infrarouge.

Ce piégeage est effectué par certains gaz : la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4)
et les chlorofluorocarbures (CFC).

L’abondance de ces gaz, parfois d’origine anthropique, dans les basses couches de l’atmosphère est la cause principale du réchauffement car le rayonnement infrarouge absorbé par les gaz est réémis vers la Terre.

 

Le rôle des Chlorofluorocarbures (CFC)

  • Dérivés chlorés et fluorés du méthane ;
  • Utilisés comme propulseurs aérosols et réfrigérants ;
  • Ils sont stables dans la troposphère ;
  • Une durée de vie de 60 à 200 ans ;
  • Le seul puits est stratosphérique ;
  • La photolyse libère des atomes de Chlore.

 

Caractéristiques des gaz à effet de serre

Composants gazeux de l’atmosphère qui absorbent le rayonnement IR émis par la surface terrestre

  • L'absorption du rayonnement infrarouge dépend de la structure de la molécule :
    Les molécules biatomiques et symétriques (O2, N2, H2...) sont très peu absorbantes (pas de capacité à vibrer)
  • Les molécules triatomiques ou non symétriques (H2O, CO2, CH4, CO.…) sont beaucoup plus absorbantes.

Les molécules doivent avoir des propriétés d'absorption (et donc de réémission) dans le domaine d'émission du système Terre-atmosphère considéré comme un corps noir autour de 260 à 280K. Ce domaine spectral correspond à l'infrarouge thermique entre 4 μm et 40 μm. Dans ce domaine, les molécules considérées absorbent un photon et passent d'un état fondamental à un état excité de vibration.

En résumé :

  • Le soleil éclaire dans le domaine de l’UV, du visible, du proche infra-rouge
  • Les molécules de l’atmosphère (gaz poly atomiques) n’absorbent pas ou peu dans la longueur d’onde du visible
  • La Terre (les enveloppes fluides) réémet dans le domaine de l’Infrarouge
  • Les molécules de l’atmosphère (gaz poly atomiques) absorbent en partie dans ce domaine spectral

Il existe donc un gain d’énergie appelé effet de serre et associé à la présence des GES.

 

Gaz à effet de serre : volume mineur mais rôle majeur !

Calcul de la température d’équilibre avec effet de serre

Loi de Stefan-Boltzmann est la loi qui permet de calculer la température que devrait avoir la terre en fonction de ce qu’elle reçoit sans tenir compte de l’effet de serre soit :

ETerre= σ x T4

Avec :

  • σ =5,6703.10-8 W.m-2.K-4
  •  ETerre : énergie émise par la Terre sous forme d’IR soit 390 W.m-2

T= (ETerre/ σ)1/4

Sachant que T = 255 K et 0°K = - 273.15°C alors T= (390/5,6703.10-8) ¼ soit T = 15°C

Température d’équilibre de la Terre : 15°C

 

Les activités humaines augmentent la concentration de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, les infrarouges sont absorbés en plus grande quantité, la température de la planète augmente.

D.     Notion de forçage radiatif

On appelle forçage radiatif (W.m-2) du système climatique toute variation de l’énergie transmise à l’ensemble du système Terre-atmosphère, causée par des changements des facteurs de forçage.

Il s'agit donc de la différence entre l'énergie radiative reçue et l'énergie radiative émise par un système climatique donné :

  • Positif : plus d’énergie reçue qu’émise, il tend à réchauffer le système
  • Négatif : plus d'énergie émise que reçue, il tend vers un refroidissement

 L’homme par ses activités ajoute du CO2, CH4 et d’autres gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Quelle est la conséquence sur la température moyenne planétaire ?

  • Conclusion 3e groupe de travail du GIEC (1er octobre 2001) : aucun facteur naturel n’est susceptible d’avoir contribué significativement au réchauffement de 0.6°C observé sur les 30 dernières années.
  • Les variations de l’intensité solaire ont été négligeables et les volcans n’ont pu avoir qu’un effet global de refroidissement, limité dans le temps après les grandes éruptions.
  • Un faisceau d’éléments suggère qu’il y a une influence perceptible de l’homme sur le climat

 

Quels sont les gaz à effet de serre anthropiques ?

  • CO2 : depuis 1860 ➶30%, 3⁄4 combustions de charbon & pétrole, 1⁄4 feux de forêts des zones tropicales
  • CH4 : x2, agriculture, production et distribution pétrole, gaz, extraction charbon, décharges
  • N2O : agriculture (engrais), combustion biomasse, synthèses chimiques industrielles (acide nitrique)
  • Gaz fluorés (CFC, PFC, SF6) : 0 (1950) à 800 ppm (1990) systèmes de réfrigération, climatisation (automobile), aérosols.

Fabrication règlementée (action destructrice sur la couche d’ozone, Convention de Montréal, 1987)

  • H2O : vapeur d’eau générée principalement par les réacteurs des avions

 

Ordre d’importance des gaz à effet de serre générée par l’activité humaine-production d’énergie, procèdes industriels, transports, activités agricoles- :

  • 50% CO2,
  • 19% méthane,
  • 1.7% CFC,
  • 8% ozone de la troposphère,
  • 4% protoxyde d’azote,
  • 2% vapeur d’eau

 L'augmentation du forçage radiatif anthropique entre 1750 et 2011 est évalué à 2,29 (1,13 à 3,33) W.m-2 par le 5e rapport du GIEC

 

III.         Conséquences des effets anthropiques

A.      La modification du bilan radiatif de la Terre

- Les surfaces continentales et les couches superficielles des océans se réchauffent
- Le rayonnement thermique infrarouge s’échappant vers l’espace diminue
- On estime que cette diminution doit s’approcher de 1 W.m-2 même si elle est encore difficile à mesurer avec confiance (Trenberth et al., 2009)

B.      Trou d’ozone

Un trou dans la couche d’ozone (absorbe les UV) désigne une région de la couche d’ozone stratosphérique qui a été détruite à plus de 50 % et qui limite d'autant la protection qu'elle nous offre contre les rayonnements ultraviolets du Soleil.

Cet appauvrissement aurait été causé par d'importants apports de CFC (chlorofluorocarbures, durée de vie dans l’atmosphère : 50 à 100 ans) et d'autres gaz à base de chlore et de brome dans l‘atmosphère, où ils réagissent en dégradant de l'ozone. Ils ont été libérés en quantité par l'Homme par le passé, mais sont maintenant interdits.

 

C.     Fonte du pergélisol

Le pergélisol est une partie du sol et du sous-sol qui est toujours gelée, durant au moins deux années consécutives

Il se forme lorsque la surface sous le sol de la Terre reste gelée au-delà de la période hivernale, durant au moins deux ans.

Il en existe trois types :

  • Le pergélisol continu : 100 % du sol est gelé
  • Le pergélisol étendu : 50 % à 90 % du sol est gelé
  • Le pergélisol sporadique : 10 % à 50 % du sol est gelé

 

Fonte 70 ans plus tôt que prévu :

« Nous avons été sidérés en découvrant que le pergélisol avait réagi si rapidement aux températures élevées de l’air. En l’espace d’une dizaine d’années, nous avons vu le paysage se transformer. »

Températures estivales plus élevées + faibles niveaux de végétation isolante + présence de glace souterraine à proximité́ de la surface = fonte exceptionnellement rapide et profonde du pergélisol

 

D.     Le bilan radiatif de la Terre

Au total, le bilan thermique du système Terre/atmosphère est en équilibre.

  • Le flux réfléchi et réémis est de 342 W.m-2 (107 W.m-2 pour les courtes longueurs d’onde et 235W.m-2 pour les infrarouges).
  • En revanche les sous-systèmes ne sont pas à l’équilibre du point de vue radiatif.

La surface de la Terre reçoit plus de chaleur qu’elle n’en émet du fait de l’effet de serre, et, au contraire, l’atmosphère est déficitaire puisqu’elle émet 519 W.m-2 (195 W.m-2 vers l’espace et 234W.m-2vers la Terre) alors qu’elle ne reçoit que 417 W.m-2 (67W.m-2du rayonnement solaire incident et 350 W.m-2à partir de la Terre).

Ce déficit d’une centaine de W.m-2est comblé par des flux de chaleur non radiatifs correspondant à la conduction et surtout à la convection thermique (pour 24 W.m-2) et aux processus des changements de phase : évaporation et condensation (pour 78 W.m-2).

Ces flux de chaleur non radiatifs permettent alors de rétablir l’équilibre thermique entre les deux sous-systèmes

La convection est un des trois modes de transfert de chaleur :

Ce sont les transferts de chaleur se produisant entre une surface et un fluide en mouvement lorsque ceux-ci sont à des températures différentes.

IV.        Conclusion :

  • L’ensemble des processus de la géodynamique externe de la planète Terre est induit et piloté par l’énergie provenant du Soleil.
  • Ce flux d’énergie maintient à la surface de la Terre une température moyenne (autour de +15°C) permettant l’existence de l’eau sous différentes phases et contribue ainsi au développement de la vie.
  • Même si le bilan énergétique de la Terre est globalement à l’équilibre, dû à la présence d’une atmosphère qui joue un rôle de régulateur thermique, des déséquilibres locaux existent et sont à l’origine de transferts d’énergie qui se traduisent par le mouvement des fluides atmosphériques et océaniques.

 

Un effet de serre indispensable à la vie

Gain de 33° par rapport à la température terrestre théorique : effet bénéfique

Ce qui est dangereux n’est pas le phénomène lui-même, parfaitement naturel et essentiel à notre existence, mais sa modification rapide du fait de l’homme

 

A retenir :

Les différents calculs, les unités.

Les différentes longueurs d’ondes et leurs implications dans le système.

Le schéma du bilan thermique du système Terre/Atmosphère.

Les différents Gaz à effet de serre.

 

Savoir définir :

Gaz à effet de serre ; effet de serre ; atmosphère ; soleil ; constante solaire ; loi de Wien ; loi de Stefan-Boltzmann ; albédo.

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19 novembre 2020

Terminale spécialité SVT, TP: Les tissus conducteurs des végétaux.

 Vivant ou mort?

Capture d’écran 2020-05-07 à 10

Photo d'un Séquoia géant dans le parc national de Yosemite en Californie. Ce tunnel a été creusé en 1881 comme attraction touristique. L'arbre, aujourd'hui mort, était agé de 2100 ans et mesurait 71,3m de haut.

 

LES TISSUS CONDUCTEURS DES VEGETAUX

 

Mise en situation et recherche à mener

La montée de la sève brute, constituée d’eau et de sels minéraux, entre les racines et les feuilles d’un arbre est un phénomène impressionnant si on considère la hauteur de certains arbres qui peuvent dépasser 100 mètres de haut.

On sait aujourd’hui que la montée de la sève est générée par deux phénomènes:

  • la poussée radiculaire, qui provoque une pression sur la sève au niveau des racines,
  • et surtout la transpiration foliaire,qui provoque uneaspiration de la sève depuis les feuilles.

Ainsi, les cellules du xylème, qui assurent le transport de la sève brute, sont soumises à des alternances depression et d’aspiration de la sève.On cherche à déterminer les caractéristiques des cellules du xylème leur permettant de résister à ces alternances de pression et d’aspiration

Ressources:

Document 1: la paroi des cellules végétales

Capture d’écran 2020-11-18 à 11

Selon l’état de la cellule, on distingue deux types de paroi:

  • la paroi primaire: c’est la seule paroi des cellules juvéniles. Elle est constituée uniquement de molécules de cellulose, d’hémicellulose et de pectines, ce qui luiconfère son caractère extensible, permettant la croissance cellulaire (élongation).
  • la paroi secondaire apparaît lors de la différenciation de la cellule. Elle est constituée de cellulose et est enrichie en composés phénoliques : lignine (pourrenforcer la rigidité), cutine et subérine (pour l'imperméabiliser). La paroi secondaire se superpose donc à la paroi primaire, vers l’intérieur de la cellule. Sa présence modifie donc les propriétés de la paroi et éventuellement de la cellule.

Document 2: quelques colorants des constituants cellulaires

  • Le carmin aluné colore la cellulose en rouge.
  • Le vert d'iode colore la lignine en vert.

 

Matériel disponible

  • Feuilles de poireau;
  • Matériel d’observation: microscope
  • Colorants: carmin aluné et vert diode

 

Etape 1: Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème (durée maximale :10 minutes)

  • Proposer une stratégie de résolution réaliste permettant d’identifier les caractéristiques des cellules du xylème leur permettant de résister auxalternances de pression et d’aspiration de la sève

Etape 2: Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables

  • Mettre en œuvrele protocolede coloration de coupes longitudinales et transversales de la feuille,afin d’identifier les 2 tissus conducteursde la sève (xylème et phloème).

Etape 3: Présenter les résultats pour les communiquer

  • Sous la forme de votre choixprésenteret traiter les données brutes pour qu'elles apportent les informations nécessaires à la réponse à laproblématique

Etape 4: Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème

  • Exploiter vos résultats pour identifier les caractéristiques des cellules du xylème leur permettant de résister aux alternances depression et d’aspiration de la sève.

Matériel:

  • Echantillons végétaux (poireau, céleri ...)
  • Paire de pinces
  • Lame de rasoir
  • Mini passoire: 2 par groupe si possible
  • 5 verres de montre
  • Lames
  • Lamelles
  • Compte-gouttes 
  • Eau distillée
  • Boites de Pétri
  • Eau de Javel
  • Carmin aluné (colorant rouge)
  • Vert d’iode
  • Acide acétique
  • Microscope

Protocole:

  • Réaliser plusieurs coupes transversales et longitudinales fines de feuilles de l’échantillon proposé.

Les déposer au fur et à mesure dans la passoire en distinguant les coupes transversales et les longitudinales.

  • Réaliser la coloration de toutes vos préparations:

1. Préparer l’ensemble de vos verres de montre avec les 5 liquides;

2. Colorer vos coupes en suivant le protocole ci-dessous, déplacer vos coupes à l’aide de la mini passoire:

  • 10 minutes dans l'eau de javel;
  • 2 rinçages successifs avec de l'eau distillée;
  • 2 minutes dans l’acide acétique dilué;
  • 1 rinçage à l’eau distillée;
  • 10 minutes dans le carmin aluné;
  • 2 secondes dans le vert diode;
  • rinçage à l'eau distillée;

Réaliser et observer vos préparations microscopiques des coupes colorées.

 

 

 

TP3_tissus_conducteurs_ECE_TS6_correction

 

 

 

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1ere ES, Thème 1: Une longue histoire de la matière.

 

Caron figure B répartition des éléments chimiques20200429

(d'après Caron)

Thème 1: Une longue histoire de la matière

Introduction:

Les êtres vivants sont formés de grosses molécules: des lipides, des glucides, des protéines et de l'ADN. Or, ces molécules ne sont formées que de 5 ou 6 atomes: le carbone, l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, du phosphore et dans une moindre mesure, du soufre.

Le soleil est une boule d'hydrogène et d'hélium en fusion... il n'y a pas de carbone, ni d'oxygène...etc.

Alors d'où viennent les atomes qui composent les molécules de nos cellules? Forcément de l'atome d'hydrogène.

Comment, à partir du seul élément hydrogène, la diversité des éléments chimiques est-elle apparue?

Aborder cette question nécessite de s’intéresser aux noyaux atomiques et à leurs transformations.

a- Un niveau d'organisation: les éléments chimiques (PC)

b- Des édifices ordonnés: les cristaux (SVT)

c- Une structure complexe: la cellule vivante (SVT)

 

Contenus:

a- Un niveau d'organisation: les éléments chimiques (PC)

Capture d’écran 2020-08-25 à 15

  • Les noyaux des atomes de la centaine d’éléments chimiques stables résultent de réactions nucléaires qui se produisent au sein des étoiles à partir de l’hydrogène initial.

Schéma de la nucléosynthèse initiale lors du Big bang

Capture d’écran 2020-10-07 à 08

Schéma de la nucléosynthèse dans les étoiles du Carbone, de l'azote et de l'oxygène.

Capture d’écran 2020-10-07 à 08

Capture d’écran 2020-08-25 à 15

  • La matière connue de l’Univers est formée principalement d’hydrogène et d’hélium.
  • La Terre est surtout constituée d’oxygène, d’hydrogène, de fer, de silicium, de magnésium 
  • La vie est faite de carbone, d'hydrogène, d'oxygène, d'azote, de phosphore et de soufre. (CHONPS)
  • Certains noyaux sont instables et se désintègrent (radioactivité).
  • La demi-vie d’un noyau radioactif est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux initialement présents dans un échantillon macroscopique se soit désintégrée.
  • Cette demi-vie est caractéristique du noyau radioactif.

 

b- Des édifices ordonnés: les cristaux (SVT)

Capture d’écran 2020-08-25 à 15

  • Le chlorure de sodium solide, présent dans les roches, ou issu de l’évaporation de l’eau de mer, est constitué d’un empilement régulier d’ions: c’est l’état cristallin qui est un état ordonné.
  • Plus généralement, une structure cristalline est définie par une unité appelée maille élémentaire répétée périodiquement.
  • Un type cristallin est défini par la forme géométrique de la maille, la nature et la position dans cette maille des entités qui le constituent.
  • Les cristaux les plus simples peuvent être décrits par une maille cubique que la géométrie du cube permet de caractériser.

Capture d’écran 2020-08-25 à 15

  • La position des entités dans cette maille distingue les réseaux cubiques simples et cubiques à faces centrées.(PC)
  • La structure microscopique du cristal conditionne certaines de ses propriétés macroscopiques, dont sa masse volumique. (PC)
  • Un composé de formule chimique donnée peut cristalliser sous différents types de structures qui ont des propriétés macroscopiques différentes comme le graphite et le diamant.

Cristaux de graphite à gauche, de diamant à droite

graphite cristaldiamant cristal

Dans les deux cas, tous les atomes sont du carbone.

graphite et diamant

  • Ainsi les minéraux se caractérisent par leur composition chimique et leur organisation cristalline.

Capture d’écran 2020-08-25 à 15

  • Une roche est formée de l’association de cristaux d’un même minéral ou de plusieurs minéraux, souvent des sillicates.
  • Des structures cristallines existent aussi dans les organismes biologiques: coquille, squelette, os, et en général, ce sont des cristaux de carbonate de calcium ou calcaire ou de carbonate de magnésium pour l'os.

silice cristalisée ou amorphe

 

  • Un minéral ayant grandi sans contrainte montrera son cristal de base qui est le reflet de sa maille élémentaire, c'est un cristal automorphe comme dans le cas du sel.
  • Celui qui aura grandi dans un espace restreint n'aura pas la forme de sa maille élémentaire, c'est un cristal xénomorphe, comme dans le cas du quartz ou des feldspath dans un granite.

Photo d'un granite à gros cristaux de feldspath rose, de quartz gris, de micas noirs.

(photo: Michel Patalano)

  • Certaines roches volcaniques contiennent du verre, issu d'un refroidissement très rapide de la lave: le cristal n'a pas eu le temps de se former, on dit que la matière est amorphe, sans forme cristalline.

 

 

S'entrainer:

QCM SVT - 1ère Enseignement Scientifique

QCM SVT - 1ère enseignement scientifique - Préparer le bac SVT

Capture d’écran 2020-10-07 à 08

exercice Roche et cristal

identifier des roches au laboratoire

Capture d’écran 2020-10-07 à 08

Capture d’écran 2020-10-07 à 08

Capture d’écran 2020-03-27 à 04

Capture d’écran 2020-10-07 à 08

 

c- Une structure complexe: la cellule vivante (SVT)

Activités:

  • Analyser et interpréter des documents historiques relatifs à la théorie cellulaire.
  • Situer les ordresde grandeur:atome, molécule, organite, cellule, organisme.

A retenir: La découverte de l’unité cellulaire est liée à l’invention du microscope.L’observation de structures semblables dans de très nombreux organismes a conduit à énoncer le concept général de cellule et à construire la théorie cellulaire.Plus récemment, l’invention du microscope électronique a permis l’exploration de l’intérieur de la cellule et la compréhension du lien entre échelle moléculaire et cellulaire.

Activités:

  • Relier l’échelle de la cellule et celle de la molécule (exemple de la membrane plasmique).
  • Schématiser la membrane plasmique à partir de molécules dont les parties hydrophile/lipophile sont identifiées.

A retenir: La cellule est un espace séparé de l’extérieur par une membrane plasmique. Cette membrane est constituée d’une bicouche lipidique et de protéines. La structure membranaire est stabilisée par le caractère hydrophile ou lipophile de certaines parties des molécules constitutives.

Bilan:

Dans le monde, la matière s’organise en structure d’ordre supérieur à l’échelle moléculaire. La structure cellulaire en est un exemple.

 

 

Capture d’écran 2020-03-27 à 04

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Terminale ES, Chapitre 1: L'atmosphère terrestre et la vie.

photo de l'atmosphère prise par Thomas Pesquet

D'après Thomas Pesquet

photo atmosphère navette Atlantis

D'après Pour la science

L'atmosphère terrestre et la vie

Capture d’écran 2020-09-02 à 14D'après Nathan, TES.

Plan du cours:

  1. La formation de la Terre et de son atmosphère primitive
  2. La formation de l'hydrosphère et l'évolution du CO2
  3. La formation de la vie et l'apparition du dioxygène
  4. L'ozone, un gaz protecteur
  5. Le Carbone, un élément chimique voyageur.

 

Schématisation de la formation des planètes d'après Nakazawa:

la formation des planètes copie

D'après Caron, Comprendre et enseigner la Terre

  • Pour une raison mal connue, un nuage interstellaire constitué d'atomes et de molécules en rotation peut se contracter en un disque sous l'action conjuguée des forces de gravité et de force centrifuge: figure a.
  • Il se forme alors un proto-soleil au coeur d'une nébuleuse en rotation lente: figure b1.
  • La rotation augmente, ce qui a pour effet d'aplatir le disque, il se forme alors des grains de matière, des sortes d'amorces: figure b2-b3.
  • Puis des corps plus gros appelés planétésimaux se forment par agrégation de matière, donnant ensuite des protoplanètes, puis des planètes: figures b4 à b8.

 

 

  1. La formation de la Terre et de son atmosphère primitive
  2. La formation de l'hydrosphère et l'évolution du CO2
  3. La formation de la vie et l'apparition du dioxygène
  4. L'ozone, un gaz protecteur
  5. Le Carbone, un élément chimique voyageur.

 températures atmosphère copie

Répartition des éléments chimiques dans les enveloppes de la Terre

Caron figure B répartition des éléments chimiques20200429 copie

D'après Caron, Comprendre et enseigner la Terre

tableau de planétologie comparéeD'après Caron, Comprendre et enseigner la Terre

les molécules interstellaires détectées

D'après Caron, Comprendre et enseigner la Terre

  1. La formation de la Terre et de son atmosphère primitive
  2. La formation de l'hydrosphère et l'évolution du CO2
  3. La formation de la vie et l'apparition du dioxygène
  4. L'ozone, un gaz protecteur
  5. Le Carbone, un élément chimique voyageur.

Capture d’écran 2020-09-01 à 11

d'après Nathan, TES.

Capture d’écran 2020-09-01 à 11

d'après Nathan, TES.

 

Diagramme de phase de l'eau

http://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/limites/eau/images-1/diagramme-phase-eau3.jpg

d'après ENS Lyon

 

Science grand format: les premières colonies dans l'espace

 

 

Capture d’écran 2020-09-01 à 11

d'après Nathan, TES.

TES origine de l'eau terrestre

D'après Bordas.

 

Origine de l'eau sur Terre : un enrichissement progressif des océans en deutérium

Source de toute vie sur Terre, l'apparition de l'eau sur notre planète reste inconnue. Pour les scientifiques, des réponses peuvent se trouver dans la composition chimique des océans. En particulier leur composition en isotopes stables de l'hydrogène 1H et 2H - cet isotope "lourd" est aussi appelé "deutérium".

http://www.ens-lyon.fr

 

la Terre il y a 4 Ga

https://www.encyclopedie-environnement.org/vivant/etait-vie-chimie-locean-terrestre-y-a-4-milliards-dannees/

stromatolithes actuels

d'après Nathan, TES.

Archives des Etretat falaises - Arts et Voyages

D'après http://e-sushi.fr/tag/etretat-falaises

 

  1. La formation de la Terre et de son atmosphère primitive
  2. La formation de l'hydrosphère et l'évolution du CO2
  3. La formation de la vie et l'apparition du dioxygène
  4. L'ozone, un gaz protecteur
  5. Le Carbone, un élément chimique voyageur.

Capture d’écran 2020-09-01 à 11

d'après Nathan, TES.

 

formation de la première cellule d'parès Macagno

D'après Macagno

 

Vénus une forme de vie dans l'atmosphère ?

Capture d’écran 2020-09-01 à 11

d'après Nathan, TES.

 

Expérience: Mise en évidence de l'oxydation des ions Fer II

  • Mettre quelques feuilles d'Elodée dans la cuve
  • Refermer la cuve
  • Allumer la lampe mais laisser les volets fermés
  • Insérer la sonde à dioxygène
  • Choisir le timing: 5 minutes
  • Commencer les enregistrements en appyant sur F10
  • Au bout d'une minute, ouvrez les volets de la cuve de manière à faire entrer la lumière
  • Au bout d'une minute, injectez la solution de Fer grâce à la seringue.
  • Observez la variation de dioxygène
  • Recuperez votre enregistrment et annotez-le avec les différents évènements survenus durant votre expérience

 

Capture d’écran 2020-09-01 à 11

d'après Nathan, TES.

 TES_TP_Oxydation_du_Fer_par_le_dioxyge_ne

Cliquez sur le lien ci-dessous pour découvrir un exercice de type BAC

TES_atmosphe_re_primitive__oxyge_ne_et_fer

 Capture d’écran 2020-09-23 à 11

TES Nostoc exo BAC

 

 

Comment peut-on expliquer que la vie ne soit sortie des océans que 2 milliards d'années après son apparition dans l'eau ...?

Chronologie du vivant

http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article2255

 

  1. La formation de la Terre et de son atmosphère primitive
  2. La formation de l'hydrosphère et l'évolution du CO2
  3. La formation de la vie et l'apparition du dioxygène
  4. L'ozone, un gaz protecteur
  5. Le Carbone, un élément chimique voyageur.

 

trou Ozone

 

Formation de la molécyle d'ozone dans la haute atmosphère

Capture d’écran 2020-09-01 à 12

Absorption des rayons U.V par l'ADN et l'ozone

Capture d’écran 2020-09-01 à 12

Absorption des U.V par l'ozone en fonction de l'altitude.

Capture d’écran 2020-09-01 à 12

Trou dans la couche dOzone et risque de cancers

Capture d’écran 2020-09-01 à 12

 

 

schéma expliquant la variation de la composition atmosphérique

Terminale_ES__sche_ma_bilan_e_le_ves

 

 

  1. La formation de la Terre et de son atmosphère primitive
  2. La formation de l'hydrosphère et l'évolution du CO2
  3. La formation de la vie et l'apparition du dioxygène
  4. L'ozone, un gaz protecteur
  5. Le Carbone, un élément chimique voyageur.


Le cycle du carbone

cycle du carbone selon Alègre modifié

D'après Allègre dans Comprendre et enseigner la planète Terre

 

A retenir:

Comment explique-t-on que l'atmosphère actuelle soit si différente de son atmosphère d'origine?

1- La formation de la Terre et de son atmosphère primitive

  • Il y a environ 4,6 milliards d’années, un nuage de gaz et de poussières se contracte sur lui-même et donne naissance au soleil au centre et aux planètes en périphérie.
  • L’atmosphère primitive se forme alors, elle était composée de N2, CO2 et H2O, comme sur les autres planètes et dans les météorites comme les chondrites.
  • Or, sa composition actuelle est d’environ 78 % de N2 et 21 % de O2, avec des traces d’autres gaz (dont H2O, CO2, CH4, N2O), très différente donc de ce qu'elle était.

Comment explique-t-on la formation des océans?

2- La formation de l'hydrosphère et l'évolution du CO2

  • 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: les océans sont apparus.
  • Le CO2 s'est alors dissout dans l'eau se combinant au calcium; le tout a précipité au fond de l'océan sous forme de calcaire.

Comment explique-t-on l'existence du dioxygène atmosphérique ? 

3- La formation de la vie et l'apparition du dioxygène

  • Puis, la vie s’est développée dans l'hydrosphère: des molécules hydrophobes ont spontanément entourées d'autres molécules riches en énergie et en information. La première cellule apparait.
  • Les premières traces de vie sont datées d’il y a au moins 3,5 milliards d’années.
  • Par leur métabolisme photosynthétique, des cyanobactéries ont produit le dioxygène qui a oxydé le Fer présent dans l'océan formant des bandes de fer ou fer rubanés.
  • 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.

Comment explique-t-on que la vie animale et végétale se soient développées il y a environ 500 Ma?

4- L'ozone, un gaz protecteur:

  • Sous l’effet du rayonnement ultraviolet solaire, le dioxygène stratosphérique peut se dissocier, initiant une transformation chimique qui aboutit à la formation d’ozone.
  • 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 solaire et protège les êtres vivants de ses effets mutagènes.

Comment explique-t-on l'inexorable augmentation de la teneur CO2 de l'atmosphère ?

5- Le carbone, un élément chimique voyageur

  • Le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs superficiels : l’atmosphère, les sols, les océans, la biosphère et les roches.
  • Les échanges de carbone entre ces réservoirs sont quantifiés par des flux, 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 combustibles fossiles se sont formés à partir du carbone des êtres vivants, le plus souvent à une période du Paléozoïque apelée carbonifère, il y a environ 350Ma.
  • Ils ne se renouvellent pas suffisamment vite pour que les stocks se reconstituent : ces ressources en énergie sont dites non renouvelables.

Conclusion:

Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante avec celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre 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. 

L'hypothèse Gaïa est cette idée émise dans les années 70 que la Terre avec ses êtres vivants, son atmosphère, ses océans et ses roches ne forment qu'un seul super-organisme. En effet, les gaz émis par les végétaux lors de la photosynthèse sont captés par les animaux lors de la respiration et inversement. De plus, le dixoygène produit par la vie a permis de protéger la vie des effets mutagènes des rayons UV, et ainsi les êtres vivants ont pu sortir de l'eau.

On le voit depuis la formation de la Terre, son atmosphère a profondément changé sous l'impulsion des êtres vivants qui produisent ou absorbent des gaz de cette atmosphère.

Un fragile équilibre est atteint, qui permet la vie et la maintient en l'état depuis quelques millions d'années, reste à savoir si l'Homme n'est pas en train de déstabiliser ce fragile équilibre.

 

polluants ile de France

D'après Pour la science

 

 

Le mécanisme de destruction de l'Ozone

la destruction de l'ozone

D'après Pour la science

(Re)découvrez 35 des plus belles photos capturées par l'astronaute Thomas Pesquet depuis l'espace

Il nous a émerveillés pendant des semaines. Au cours de son séjour à bord de l'ISS, l'astronaute préféré des Français Thomas Pesquet a réalisé de formidables clichés de notre Terre. Une formidable épopée, qu'il n'a pas manqué de partager sur les réseaux sociaux. C'est un ticket pour l'espace d'une valeur inestimable.

https://www.maxisciences.com

 

Musée: comment faire un compost dans une salle de classe?

Unknown

Le matériel:

  • Un saut pouvant se fermer grâce à un couvercle type saut contenant de la crème fraiche que l'on peut trouver à la cantine, ou bien saut à farine de 2,5kg;
  • Un petit sac de terreau;

Protocole:

  • Remplir le saut aux 3/4 de sa hauteur;
  • Humidifier avec de l'eau;
  • Poser, sans les enfoncer afin qu'elles restent bien visibles, des pelures d'orange;
  • Refermer correctement afin que l'eau ne puisse s'échapper ni les spores de champignons;
  • Observer régulièrement la croissance des champignons, l'humidité ambiante, la transformation des pelures d'oranges.

 

A J+0, des pelures d'oranges ont été jetées dans un saut de terre humide puis le saut est refermé et socké dans un espace chauffé à 21°C

Unknown

Résultat à J+5 puis à J+7

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A J+9 puis J+11

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Résultat à J+17

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(Photos: Michel Patalano)

 

Musée: Une histoire de l'Alsace

Une histoire géologique de l'Alsace

Capture d’écran 2019-05-07 à 19

 

 Introduction :

Il ne fait aucun doute lorsque l’on se promène dans les Vosges que l’on se trouve sur un massif montagneux d’où la question : montagnes jeunes ou montagnes vieilles ?

La tentation de dire vieille est grande à cause des arrondis et pourtant il n’en est rien: ce sont en réalité de vieilles montagnes rajeunies et nous allons le démontrer.

Cette histoire est assez bien connue car la géologie est une discipline très active dans la région et ce depuis des décennies.

Pour commencer, regardons à quoi ressemble la région géologique d'Alsace.

Représentation de la structure de la région de l'Alsace.

Unités structurales

 

Vue cavalière du fossé rhénan (d’après Cloos, 1955)

carte structurale du fossé rhénan

 

Schéma d'une coupe entre Vosges et Forêt Noire à l'heure actuelle

coupe est-ouest fossé couleur

 

Aspect actuel de la région :

Les Vosges à l’Ouest, la plaine rhénane au centre et la forêt Noire à l’Est.

Les Vosges et la Forêt Noire présentent les mêmes types de roches, des granites, du même âge, primaire. Par conséquent, ces deux structures se sont formées en même temps et un coup d’œil sous le tapis rhénan nous montre les mêmes granites : la partie centrale est liée à un effondrement comblé par des grès, des calcaires, des sables et des graviers du Rhin qui font le bonheur des nombreuses Gravières installées dans la plaine. Entre les granites et les graviers, on trouve sur les contreforts des calcaires dans lesquels la vigne est implantée.

Comment cette structure très symétrique s’est-elle mise en place ?

On peut montrer que la région est passée par tous les stades de l'évolution d'un domaine continental à la faveur d'un déplacement de plaques tectoniques:

  • une chaine de montagnes péri-océanique ;
  • puis une chaine de montagne intracontinentale ;
  • puis une marge continentale ;
  • et enfin un bassin intracontinental ;

 

Représentation schématique des différents visages de la région Alsace :

dessin une histoire géologique début(Michel Patalano)

 

1-De la formation de deux chaines de montagnes à sa disparition au Primaire (De 400 à 250 Ma)

          1.1-La mer chassée par une fermeture océanique liée à une subduction  :

Cette histoire commence comme celles des Alpes ou de l’Himalaya que vous avez étudié en Terminale : une fermeture océanique qui met en place une chaine péri-océanique comme dans les Andes actuelles suivie d’une collision entre deux blocs continentaux à l’origine d’une chaîne de montagne aux dimensions pharaoniques comme celles des grands massifs actuels, Atlas, Alpes, Iran, Himalaya. Ceci commence il y a 400 Ma environ et se met en place en 100 Ma environ.

Les preuves ? Direction des Vosges du Nord, près de la Rothlach.

Photo prise au refuge du Neuntelstein en pleine tempête de neige!

photo au refuge du Neuntelstein

(Photo: Michel Patalano)

 

Photo d'une granodiorite du Neuntelstein

Photo granodiorite du Neuntelstein

 (Photo: Michel Patalano)

Une sortie au Neuntelstein permet de ramasser des granodiorites, roche témoignant d’une activité magmatisme au-dessus d’une zone de subduction, ce qui signifie que deux plaques se rapprochent en refermant un océan entre elles. A proximité, à la carrière de la Katzmatt, vous aurez aussi ramassé une andésite, la roche volcanique typique de cette zone.

Photo d'une andésité de la carrière de la Katzmatt.

Capture d’écran 2019-05-07 à 19

(Photo: Michel Patalano)

Si vous allez plus au sud, au-dessus de Fellerin, dans la vallée de Than, on ramasse une superbe péridotite serpentinisée témoin d’une ancienne croute océanique, comme au Chenaillet dans les Alpes…

Vue sur le Markstein depuis Fellering, la carrière du Talhorn est dans notre dos.

Vue sur le Markstein depuis la carrière de Fellering

(Photo: Michel Patalano)

Photo de l'ophiolite de la carrière du Thalhorn

Carrière du bergenbach à Fellering

(Photo: Michel Patalano)

Photo de la péridotite serpentinisée de l'ophiolite du Thalhorn

peridotite fellerin

(photo: Michel Patalano)

 

Ces roches nous donnent l'aspect de la région au milieu du Primaire:

Photo de la Cordillère des Andes au Chili

Cordillère des Andes

(© Michel Meynsbrughen)

 

         1.2-La formation d’une chaine de montagne grâce à la collision continentale :

Autour de 350 Ma, la chaîne Vosgienne est appelée chaîne hercynienne ; elle s’étire de la Bretagne à la Russie selon une orientation globalement Est-Ouest ; cette chaine est donc le résultat d’une collision continentale de plaques Nord et Sud (Gondwana au Sud et Laurentia au Nord).

Ça ne vous rappelle rien ? Exactement la même chose que pour les Alpes ! La géologie c’est simple, une fois qu’on a les bases, il suffit d’identifier les mêmes phénomènes qui se répètent.

La preuve ?

Allez ramasser un très beau granite rose derrière le camp du Struthof, granite pour lequel le camp a été installé afin de fournir au parti Nazi des roches d’une exceptionnelle beauté dédiée à la construction de monuments à la gloire du 3e Reich.

Carrière de Chenagoutte du Camp du Struthoff, à Natzwiller (Vosges du Nord)

Capture d’écran 2019-05-05 à 11

 

Photo prise devant la carrière de granite rose de Chenagoutte, à proximité du camp de travail du Struthof

Photo carrière de Chenagoutte

(Photo: Michel Patalano)

Photo du très beau granite rose convoité par les Nazis

photo granite de Natzwiller

(Photos: Michel Patalano)

Cette roche nous donne l'aspect de la région au milieu du Primaire: celui des Alpes.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f1/Matterhorn_from_Zermatt.jpg/1200px-Matterhorn_from_Zermatt.jpg

Les granites sont des roches issues de magmas se formant dans les fours à pain que sont les racines crustales des chaînes de montagnes ; c’est la période de formation des granites vosgiens, et des granites de la Forêt Noire, la plaine d’Alsace n’existe pas encore.

 

LA CHAÎNE HERCYNIENNE DES VOSGES

L'histoire géologique des Vosges s'inscrit dans le cadre de l'évolution de la chaîne hercynienne.

Le cycle orogénique hercynien appartient à l'ère primaire: il débute au dévonien (400 MA) et se termine au permien (250 Ma).

Il fait suite à l’orogenèse calédonienne, l’ensemble constituant l’épisode varisque.

Ces déformations prennent ainsi naissance après le long contexte distensif du paléozoïque inférieur.

La chaîne hercynienne résulte de la collision de deux plaques continentales: l'ensemble laurentia- Baltica et le gondwana, formant alors la dernière Pangée de l'histoire de la Terre.

Ainsi, la chaîne hercynienne était une grande chaîne de montagne de la Pangée qui s’étendait sur plus de 6000 kilomètres de long et 1000 kilomètres de large des Appalaches au Caucase.

 

 

Un regard sur l'évolution de la région

dessin une histoire géologique fin

 

         1.3-La destruction de la chaine hercynienne et la formation d’une grande plaine, dite pénéplaine

Puis, comme toutes les chaines de montagne, lorsque la convergence s’arrête, l’érosion décape les sommets : à la fin de l’ère Primaire, il n’y a plus de montagne dans la région.

La preuve ?

Photo des grès du couvent St Marc.

Capture d’écran 2019-05-08 à 17

(Photo: Michel Patalano)

grès rouge des Vosges

 

Allez vous balader (ou bien grimper sur un bloc !) au-dessus de Pfaffenheim près de Colmar, le grès vosgien montre de belles formes et des belles couleurs et si on y regarde de plus près, de petits grains de quartz hérités des granites vosgiens, eux-mêmes, roches riches en quartz.

 

Photo du delta du Rhône vu d’avion puis carte du delta

 

Delta du Rhone vu d'avion

carte delta du rhone

Cette photo nous donne un aspect de la région à la fin du Primaire, début du secondaire.

Aujourd’hui le Rhône est le fleuve chargé des débris de la chaine alpine ; tant que la pente est forte, le fleuve transporte, mais dès que la pente s’annule alors il y a dépôt, comme c’est le cas dans le delta du Rhône que représente assez bien les Bouches du Rhône.

Carte d’une étude des crues du Rhône

carte des crues du rhone

 

Pente, érosion, transport et dépôts détritiques le long du Rhône.

 

Transport sédimentation et pente du Rhone

 

Récapitulatif de l'évolution de la région au Primaire après la collision continentale

 

Capture d’écran 2020-05-26 à 11

 

 C’est la raison pour laquelle, les Vosges et la Forêt Noire ne sont ni jeunes ni vieilles puisqu’elles n’existent plus à la fin du primaire.

Il y a bien une plaine à l’emplacement du bloc Vosges-Alsace-Forêt Noire mais ce n’est pas la plaine d’alsace que nous connaissons.

Après une période de convergence des plaques tectoniques, il s’ensuit, comme toujours, une période de divergence de plaques : la Pangée, réunion de tous les continents va alors commencer sa dislocation par l’ouverture de l’Océan Atlantique à l’Ouest.

 

 Bilan à la fin du Primaire et au début du secondaire

dessin une histoire géologique fin

 

2-De la formation des calcaires du vignoble à l’apparition du fossé rhénan au secondaire

         

La mer revient en Alsace avant de se retirer

Le bloc géologique Vosges-Alsace-Forêt Noire est sous l’eau !

Après une sédimentation de bord de plage (c’est là que se forment en général les grès), le Trias cède la place à une période de dépôts de sédiments marins, la région est donc une mer (dite Germanique) assez ouverte à l’Est sur un océan que l’on a appelé la Téthys. Le milieu s’approfondit au Jurassique : une plate-forme carbonatée se forme. Au Sud les derniers dépôts marins voient se développer de grands récifs à l’origine des calcaires à coraux jurassiens. Il fait donc chaud à cette époque dans notre région, nous étions entre les deux Tropiques.

Et qui va se refermer à la faveur de la collision alpine : nous sommes alors presque au Tertiaire.

Les preuves ?

Photo des Marnes bariolées au-dessus de Voegtlinshoffen découvertes en 2019!

 

photo arc-en-ciel géologique

(Photo: Michel Patalano)

 

Photo de fossile de limule du grès des Vosges (Trias) exposé au Château de Lichtenberg

Fossile de limule du grès des Vosges (Trias) exposé au Château de Lichtenberg / © BRGM – F. Michel - voir en grand cette image"

  © BRGM – F. Michel

Microscopie optique d'un calcaire oolithique alsacien

microscopie optique d'un calcaire oolithique

(Photo: Durringer)

On a pu voir fugacement lors des travaux d'un hôtel au-dessus de Voegtlinsoffen de magnifiques marnes bariolées témoignant de l'existence de bassins marins s'asséchant régulièrement, il y environ environ 230Ma, donc d'un milieu peu profond. Les ondulations seraient postérieur à la mise en place qui est toujours horizontale pour des roches sédimentaires. On pense que la dissolution du gypse suite à l'infiltration d'eau crée des trous à l'origine d'effondrement localisé.

On peut ramasser des calcaires avec des moules, entre Ingersheim, Turckheim et Niedermorschwihr, ou bien encore des calcaires oolithiques formant une jolie formation bien visible dans le paysage et nommée « La grande oolithe ».

En plus, c’est beau car nous sommes dans le vignoble alsacien ; la vigne aime les sols secs de type calcaire.

Puis, au milieu du secondaire, il n’y a plus de dépôt ce qui indique que la région n’est alors plus sous l’eau et ce qui a pu chasser l’eau n’est autre qu’une surrection qui a débutée et donc une collision entre masses continentales, les Alpes pointent le bout de leur nez !

Un déplacement horizontal est amorti par un déplacement vertical de domaines continentaux qui ne peuvent pas s’enfoncer car de plus faible densité que le matériel sous-jacent.

Visages de l’Alsace au Secondaire :

 

 

Légendes :

Croix rouges : granites formés au primaire

Points rouges : grès formés au primaire, début du secondaire

Rectangles bleus : calcaires formés au Jurassique

 

A la fin du Crétacé, donc à la fin du Secondaire, l’Alsace ne ressemble pas à celle que l’on connait car le fossé dans lequel elle est aujourd’hui installée ne s’est pas encore formé. Mais elle n’est plus sous l’eau grâce à l’effet de la poussée alpine qui va entrainer le bombement de la croute alsacienne avant son effondrement en un fossé à la faveur du jeu de failles symétriques…L’Alsace devient alors une Terre de séismes !

C’est son histoire au Tertiaire.

Bilan à la fin du secondaire et au début du tertiaire

 dessin une histoire géologique fin

 

LA CHAÎNE HERCYNIENNE DES VOSGES

 

L'histoire géologique des Vosges s'inscrit dans le cadre de l'évolution de la chaîne hercynienne.

Le cycle orogénique hercynien appartient à l'ère primaire: il débute au dévonien (400 MA) et se termine au permien (250 Ma).Il fait suite à l’orogenèse calédonienne, l’ensemble constituant l’épisode varisque. Ces déformations prennent ainsi naissance après le long contexte distensif du paléozoïque inférieur. La chaîne hercynienne résulte de la collision de deux plaques continentales: l'ensemble laurentia- Baltica et le gondwana.

Ainsi, la chaîne hercynienne était une grande chaîne de montagne de la Pangée qui s’étendait sur plus de 6000 kilomètres de long et 1000 kilomètres de large des Appalaches au Caucase.


 

Configuration des continents à la fin du carbonifère [d’après Matte]

 

3-Du dépôt de la Potasse à la sédimentation par le Rhin au tertiaire

        

         3.1-Un rajeunissement alpin à la faveur d’une collision :

Comme toujours, une divergence des plaques à un endroit peut entrainer une convergence de celles-ci ailleurs, c’est la raison pour laquelle on parle souvent de « ballet des continents ».

La plaque africaine, qui s’éloigne de la plaque Sud-Américaine et qui dérive vers le Nord-Est, vient emboutir la plaque eurasiatique selon un mouvement du Sud vers le Nord. L’Atlas, les Alpes, les Monts d’Iran, l’Himalaya se forment, tout comme le Jura au sud de chez nous.

 

       3.2-Un effondrement secondaire à la collision alpine :

Le bloc Vosges-Plaine-Forêt Noire reprend de la hauteur, accompagné d’un curieux phénomène : l’effondrement de sa partie centrale c’est-à-dire le fossé rhénan.

La preuve ?

Représentation schématique du champ de fractures des contreforts vosgiens

https://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/Images/Alsace-champ-fracture/Alsace-champ-fracture-37-br.jpg

Un réseau de failles visibles entre Ribeauvillé et Ingersheim, le champ de fractures de Ribeauvillé où un spécialiste vous montrera les célèbres Faille Vosgienne et Faille Rhénane, qui ont joué au toboggan descendant coté plaine.

Ça y est : la plaine d’Alsace telle que nous la connaissons avec Vosges et marches d’escaliers pour arriver à la plaine se met en place, mais elle ne ressemble pas vraiment à ce que l’on connait aujourd’hui.

 

          3.3-Un retour de la mer, 3e épisode !

Cet effondrement est tel que la mer revient, par le Nord.

La preuve ?

 Photo d'une bouteille renfermant des sels de Potasse

potasse

 

Allez visiter le musée de la potasse d’Alsace près de Wittelsheim ; les dépôts de sel au sud attestent que la mer est là, c’est la formation de ce qui a fait la richesse économique de la région, la fameuse potasse d’Alsace qui servit d’engrais au XXe siècle et qui fut expédiée partout dans le monde.

 

Capture d'écran du livret du musée français du pétrole situé à Pechelbronn

musée du pétrole de pechelbronn

http://www.musee-du-petrole.com/wp-content/uploads/2017/09/WEB-1-PECHELBRONN-EXE-2017.pdf

 

Au Nord, allez à Pechelbronn voir du pétrole ! Les forêts sont alors immergées, recouvertes de sédiments, elles se transformeront en pétrole : allez voir les bulles du liquide noir prouvant que la roche réservoir n’a pas trouvé de coiffe étanche pour empêcher la remontée du liquide moins dense qui, du coup, se répand à même le sol.

 

          3.4-Un volcanisme spectaculaire témoin d’une remontée mantellique !

La mer se retire car la région se soulève à nouveau mais cette fois-ci pas à cause de mouvement horizontaux mais plutôt d’un mouvement vertical du manteau sous-jacent provoquant un bombement de toute la région postérieur à l'effondrement.

La preuve ?

Dessin d'interprétaion d'étude de sismique réflexion

fossé rhénan et Moho

Des images en sismique réflexion montre que la plaine est amincie de 10 km par rapport au reste de la croute continentale française.

2e preuve : de beaux volcans : Le Kaysersthul à l’est de Colmar et le Vogelsberg vers Mayence.

Vue aérienne du complexe du Kaisersthul

Capture d’écran 2020-05-26 à 10

(photo Kaisersthul-Breisgau.de)

 

Coupe Est-Ouest du fossé rhénan

schauenberg_coupe_geol_fosse---lithotheque-alsace.jpg

(d'après La lithotèque d'Alsace)

Allez visiter Limburg, au pied du Kaysersthul, vous y trouverez une roche nommée d’après ce village, la limburgite, typique de ce type de volcanisme qui devait ressembler à celui du Stromboli, au large de la Sicile.

Si ce phénomène s’était poursuivi, il aurait conduit à la séparation des Vosges et de la Forêt Noire avec mise en place d’une dorsale océanique comme dans la Mer Rouge et nous aurions eu la mer en Alsace, pour la 4e fois !

Il est à noter que cette remontée du manteau est suspectée d’avoir rajeuni une nouvelle fois les Vosges et la Forêt Noire puisque toute la région se soulève. On comprend mieux comment des granites formés à 50 km de profondeur il y a 300 Ma sont arrivés en surface.

Un mécanisme possible de formation du fossé:

Sous l'effet d'une distension, la croute casse en surface suivant un système de failles normale conjuguées, tandis qu'en profondeur, la croute ductile s'amincie en s'étirant. Les failles normales de surface tendent à se coucher peu à peu en profondeur, devenant des failles listriques (= en cuillères), ceci avant de s'estomper dans la zone de passage croute rigide à la croute ductile.

Grace à cet étirement de la croute ductile, le manteau supérieur s'élève et subit de ce fait une décompression accompagnée peut-être de fusions partielles qui l'allègent et favorisent d'autant son ascension.

Celle-ci s'accompagne d'un flux thermique important qui se dissipe facilement au centre du fossé lui-même, (présence de thermes) certainement grâce aux circulations d'eaux qui existent dans les réseaux faillés limitant le fossé.

Mais, latéralement, il est raisonnable de penser que ce flux de chaleur élevé réchauffe les bordures du fossé; c'est alors que la densité de ces bordures diminue et que leur volume augmente.

Ce mécanisme expliquerait l'élévation des bordures autrement dit pourquoi Vosges et Forêt Noire ont aujourd'hui l'allure de montagnes vieilles.

Pour être clair, le rifting aurait précédé le doming des bordures, et non l'inverse.

         

3.5-Une érosion glaciaire à l’origine du ski alpin et de lacs montagnards :

 Vue aérienne du Massif du Hohneck (Vosges)

Capture d’écran 2020-05-23 à 04

Schémas interprétatifs de l'érosion glaciare

Capture d’écran 2020-05-23 à 05

 Enfin l’érosion récente, liée aux glaciers vosgiens, nous a laissé de beaux lacs et de belles pentes sur lesquelles le ski alpin dans les Vosges est possible tout en ayant conservé de belles bosses pour le ski de fond.

 

            3.6-La formation de la plus grande nappe phréatique d’Europe

Dans la plaine, c’est à ce moment-là que le fossé rhénan se comble de graviers et sables déposés par le Rhin, venu des Alpes, formant la plus grande nappe phréatique d’Europe.

La preuve : une visite d’une gravière finira de vous convaincre !

 

Photo d'une drague dans une gravière(photo: Michel Patalano)

 

Photo prise à la gravière de Réguisheim

Capture d’écran 2019-05-08 à 18

(Photo: Michel Patalano)

 

 Evolution de la région Alsace et de la Forêt Noire au Tertiaire

L'alsace au Tertiaire

 

Schéma d'une coupe entre Vosges et Forêt Noire à l'heure actuelle

coupe est-ouest fossé couleur

 

 les_visages_de_l_Alsace_sche_ma_anime_

 

 En résumé :

Les roches vosgiennes se forment au primaire suite à une collision continentale : c’est l’origine des granites vosgiens formant les ballons des Vosges.

Puis c’est l’érosion à l’origine du fameux grès des Vosges dont sont formées les cathédrales d’Alsace.

Puis, il n’y a plus d’Alsace : elle est sous l’eau ; c’est l’origine de la roche calcaire des vignes.

Puis à la faveur de la collision alpine, le bloc Vosges-Alsace-Forêt Noire refait surface.

Enfin, un effondrement central, une sédimentation marine, une remontée mantellique, une sédimentation fluviatile expliquent la richesse de notre région en roches ayant un intérêt pour les humains : potasse, pétrole, graviers.

 

Bilan:

L’histoire géologique d’Alsace est donc bien l’une des plus riches qui soit en France et qui, malgré la complexité de ses phénomènes et la diversité de ses roches, peut s’inscrire dans un schéma global de mouvement horizontal des plaques lithosphériques qui se rapprochent, s’éloignent ou s’arrêtent de bouger pour des raisons encore mystérieuses ou de mouvement vertical de la lithosphère ou du manteau.

Toujours est-il que cette riche histoire permet aux alsaciens de profiter de milieux d’une très grande diversité : la montagne, son granite et ses beautés, la plaine alluvionnaire, ses milieux humides et son fleuve, le Rhin le plus puissant d’Europe ; les vignes entre les deux, poussant sur des calcaires et sa fameuse route des vins.

 

Mots-clés : Granite, grès, calcaire, potasse, graviers, bassin, chaine de montagne, érosion, sédimentation, fossé, failles.

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18 novembre 2020

1ere ES, TP: Extraction de l'ADN de banane.

Différentes cellules, des molécules semblables

Capture d’écran 2020-11-18 à 18

Capture d’écran 2020-11-18 à 18

Extraction ADN de la banane

Matériel nécessaire (à vérifier si tout est disponible avant de commencer les manipulations):

  • De la banane
  • De l'alcool denaturé, dans un tube à essai
  • Du liquide vaisselle
  • Du sel
  • De l'eau
  • Des filtres à café et un entonnoir
  • Un mortier
  • Un pilon
  • 2 tubes à essai (dont un contenant l'alcool) et porte tubes
  • Une éprouvette graduée
  • Une pipette plastique

1/ Une moitié de banane est suffisante pour réussir l'expérience.

2/ Avec le pilon, écrase la banane dans le mortier. Cette opération permet de casser les fibres du fruit.

3/ Vous obtenez une pâte homogène sans morceau de fruit

4/ La pâte de banane est obtenue, il faut maintenant préparer les étapes suivantes.

Pour cela, munissez-vous de :

  • Sel fin
  • Liquide vaisselle
  • Eau

5/ Ajoutez une cuillère à café de sel.

6/ Mélangez bien pour que le sel se dissolve bien dans la pâte de banane.

7/ Ajoutez maintenant 1 cuillère à soupe (ou 3 cuillères à café) de liquide vaisselle.

8/ Mélangez à nouveau. Le mélange devient mousseux, c'est normal.

9/ Ajoutez maintenant 5 cuillères à soupe d'eau, soit 15 cuillères à café.

10/ Mélangez une dernière fois afin que la banane, le sel, le liquide vaisselle et l'eau constitue une préparation homogène.

11/ Ayez à portée de main votre mixture de banane et un filtre à café.

12/ Placez le filtre à café sur l'entonnoir. Poser le tout sur l'éprouvette graduée.

13/ Placer dans la mixture dans le filtre et laissez maintenant filtrer la préparation.

14/ Après quelques minutes d'attente, vous obtenez le filtrat pur.

15/ Ayez à portée de main le filtrat et l'alcool à brûler.

16/ Versez l'essence de banane dans le 2eme tube à essai.

17/ Mesurez un volume d'alcool à bruler équivalent à au moins la moitié du volume d'essence de banane.

18/ Versez délicatement l'alcool à brûler sur les parois du tube à essai contenant l'essence de banane. vous pouvez vous servir d'une pipette pour éviter de renverser de l'alcool à brûler sur votre peau.

19/ Les deux liquides ne se mélangent pas car ils n'ont pas la même densité.

20/ En très peu de temps, un ou deux anneaux blanchâtres se forment : les molécules d'ADN se regroupent en pelote blanches autour de protéines.

21/ Ajouter quelques gouttes de colorant vert de methyl qui colore uniquement l'ADN en vert et pas les protéines.

22/ Vous pouvez utiliser un agitateur en metal pour déplacer l'ADN

 

Que s'est-il passé (où est situé l'A.D.N ?) ? Comment expliquer le phénomène observé ?

Première étape : le rôle du sel

  • Le sel est hydrophile, il a donc absorbé une partie de l'eau contenue dans les cellules de la banane. De plus, il a la capacité de séparer au sein d'une même cellule, l'ADN de certaines protéines. Après ce premier stade, l'ADN est isolé mais toujours prisonnier de la cellule.

Seconde étape : L'ajout du liquide vaisselle

  • Pour libérer l'ADN, il faut le faire sortir du noyau et de la cellule. Il faut donc faire disparaître les membranes cellulaires. Or, ces dernières sont essentiellement constituées d'eau et d'huile (lipides). Comme le liquide vaisselle détruit les résidus gras sur les verres, assiettes, etc., il est aussi capable d'éliminer les lipides composant les membranes cellulaires et de libérer les molécules d'ADN.

Dernière étape : l'alcool à brûler

  • L'alcool permet aux molécules d'ADN de se rassembler en pelotes. Ce phénomène est observable car l'ADN ne peut se dissoudre dans l'alcool. C'est pourquoi aujourd'hui, on choisit de conserver les spécimens dans de l'alcool plutôt que dans du formol qui détruit l'ADN. Les pelotes d'ADN restent entre l'alcool et l'essence de banane : c'est une question de densité des liquides.

 

A partir de ces 2 expériences, essayez de représenter la membrane plasmique d'une cellule:

CryodécapageCapture d’écran 2020-11-18 à 18

 

Calculez le grossissement réalisé pour chaque niveau moléculaire:

l'ADN

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Musée: Comment une plante se nourrit-elle?

 

Comment peut-on expliquer la croissance des plantes ?

Pour Aristote, puisque l'épandage de fumier améliore les cultures alors les plantes se nourrissent des matières orgniques présentes dans le sol: qu'en pensez-vous?

Van Helmont pense que le grand Aristote à tord! Il croit que les plantes se nourrissent d'air et d'eau...

Deux hypothèses s’affrontent donc:

  1. soit les végétaux se nourrissent de l’air et de l’eau;
  2. soit ils se nourrissent de la de matière organique présente dans le sol.

Van Helmont propose l'expérience suivante:

  • Deux pots, l’un avec un arbre de 1 an l’autre avec le même arbre, 5 ans plus tard;
  • L’arrosage a été régulier de telle sorte que le végétal n’en a jamais manqué;
  • Pesée des pots : à T+1= 90,7kg/ T+5= 90,6kg
  • Pesée des arbres: à T+1 = 2,3kg/ à T+5= 76kg

(Note: T+1= à 1 an; T+5= à 5 ans)

 

Capture d’écran 2020-05-04 à 10

 

Que nous apprend cette expérience quant au mode de nutrition des végétaux?

Posté par michelpatalano à 10:52 - - Commentaires [0] - Permalien [#]
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