LE SOLEIL, SOURCE DE VIE SUR TERRE ?
Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les directions ; une partie de ce rayonnement est reçue par la Terre et constitue une source d’énergie essentielle à la vie. De même, l’atmosphère terrestre contribue à créer des conditions propices à la vie sur Terre.
Partie 1. Le rayonnement solaire
La relation entre la température en degré Celsius θ (°C) et la température absolue T en Kelvin (K) est : T(K) = 273 + θ(°C)
Le Soleil peut être modélisé par un corps noir, qui émet un rayonnement thermique correspondant à une température d’environ 5800 K.
La loi de Wien est la relation entre la température de surface T d’un corps et la longueur d’onde λmax au maximum d’émission :
λmax × T = 2,90×10-3 m.K avec T en Kelvin et λmax en m
Document 1 : spectre du rayonnement émis par le Soleil en fonction de la longueur d’onde
D’après https://www.ilephysique.net/img/forum_img/0258/forum_258713_1.jpg
Questions:
1- Déterminer approximativement, à partir du document 1, la valeur de la longueur d’onde correspondant au maximum d’intensité du rayonnement solaire hors atmosphère ?
2- Justifier par un calcul que dans l’hypothèse où le soleil est modélisé par un corps noir, sa température de surface est voisine de 5800 K.
Document 2 : schéma du bilan énergétique terrestre
Le schéma ci-dessus présente les flux énergétiques émis, diffusés et réfléchis par les différentes parties de l’atmosphère. L’albédo terrestre moyen est de 30 %.
Les flèches pleines correspondent à des transferts radiatifs. Les flèches hachurées correspondent à des transferts mixtes- radiatifs et non radiatifs.
Sont précisés : les puissances par unité de surface associées à chaque transfert et le pourcentage qu’elles représentent relativement à la puissance solaire incidente (342 W∙m-2)
Document créé par l’auteur
Questions:
3- Définir, l’albédo terrestre à l’aide de vos connaissances.
4- À partir des valeurs indiquées dans le document 2, montrer que le bilan énergétique à la surface de la Terre est équilibré, autrement dit que la puissance que la Terre reçoit est égale à celle qu’elle fournit à l’extérieur. Montrer que cela est également le cas pour le système global Terre-atmosphère.
Partie 2. La conversion de l’énergie solaire
Document 4 : spectre des chlorophylles
Les organismes chlorophylliens renferment de nombreux pigments photosynthétiques comme les chlorophylles a et b, et les caroténoïdes. En faisant traverser par de la lumière blanche (spectre 1), des solutions contenant chacune un seul de de ces pigments, on obtient les spectres suivants : chlorophylle a (spectre 2), chlorophylle b (spectre 3) et caroténoïdes (spectre 4).
D’après http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/exp233.html
5- Pour chacune des propositions suivantes (5.1 à 5.3), indiquer la bonne réponse.
5-1- Ces différents spectres nous permettent alors :
- de déterminer la température de la plante.
- d’en déduire la composition chimique des pigments.
- d’en déduire les longueurs d’ondes absorbées par chaque pigment photosynthétique.
- d’en déduire la quantité de chaque pigment.
5-2- Dans la cellule, l’énergie solaire captée par les pigments photosynthétiques :
- permet la synthèse de la matière minérale.
- permet la synthèse de la matière organique.
- permet la consommation de matière organique.
- permet la consommation de dioxygène.
5-3- L’être humain est dépendant de l’énergie solaire utilisée par les plantes pour son fonctionnement car, en présence de lumière et lors de la photosynthèse, les plantes produisent :
- matière organique et O2
- matière organique et CO2
- matière minérale et O2
- matière minérale et CO2
