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Exercice d'application


Le soleil, notre source d'énergie

  • Exercice : 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 $λ_{max}$ au maximum d’émission :

    $λ_{max} \times T = 2,90×10^{-3} m.K$ avec $T$ en Kelvin et $λ_{max}$ en m.

     

    Document 1 : spectre du rayonnement émis par le Soleil en fonction de la longueur d’onde

     

    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).

     

    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).

     

    5- Pour chacune des propositions suivantes (5.1 à 5.3), indiquer la bonne réponse.

     

    5-1- Ces différents spectres nous permettent alors :

    a- de déterminer la température de la plante.

    b- d’en déduire la composition chimique des pigments.

    c- d’en déduire les longueurs d’ondes absorbées par chaque pigment photosynthétique.

    d- d’en déduire la quantité de chaque pigment.

     

    5-2- Dans la cellule, l’énergie solaire captée par les pigments photosynthétiques :

    a- permet la synthèse de la matière minérale.

    b- permet la synthèse de la matière organique.

    c- permet la consommation de matière organique.

    d- 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 :

    a- matière organique et O2.

    b- matière organique et CO2.

    c- matière minérale et O2.

    d- matière minérale et CO2.

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