De la conversion biologique de l'énergie solaire par la photosynthèse à l'énergie nécessaire à tous les êtres vivants

Utiliser ses connaissances

Réponds à chaque question par une ou deux phrases justifiées.

1. 1.La parcelle P (2 m²) et la parcelle Q (8 m²) ont fabriqué chacune 40 g de matière organique en un an (valeurs fictives). Ont-elles la même productivité primaire ? Laquelle est la plus productive ?

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   Non. P : $40÷2=20$ g par m² et par an ; Q : $40÷8=5$ g par m² et par an. P est la plus productive.

   La productivité se rapporte à l’unité de surface : à production égale, la plus petite parcelle est quatre fois plus productive.

2. 2.Une vache transforme l’herbe en lait et en viande. Pourquoi n’est-elle pourtant pas un producteur ?

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   Elle ne convertit pas le rayonnement : elle tire sa matière de l’herbe qu’elle mange. C’est un consommateur primaire.

   Fabriquer de la matière organique à partir d’autre matière organique ne suffit pas : le producteur part du dioxyde de carbone, de l’eau et de la lumière.

3. 3.En mer, des algues microscopiques chlorophylliennes sont mangées par de petits crustacés, eux-mêmes mangés par des sardines. Quel niveau trophique occupent les sardines ?

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   Consommateurs secondaires.

   Les algues sont les producteurs, les crustacés les consommateurs primaires ; les sardines mangent ces derniers, un rang plus haut.

4. 4.Dans un milieu, la productivité primaire double (cas fictif). Que peut-on prévoir pour les consommateurs qui y vivent ? Justifie.

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   Ils disposent de davantage d’énergie à chaque niveau : le milieu peut en nourrir davantage.

   La productivité primaire conditionne tout ce qui vit ensuite dans un milieu : plus de matière organique produite, plus de nourriture pour chaque niveau.

Calculer et vérifier

Une parcelle reçoit, pendant la saison de culture, 60 unités d’énergie lumineuse (u). Les céréales qui y poussent en fixent 0,6 u dans leur matière organique. Le transfert d’un niveau trophique au suivant est de 10 %. Valeurs fictives. Réponds aux questions en posant chaque calcul.

1. 1.Calcule le rendement de conversion de la lumière par les céréales, en pourcentage.

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   $0,6÷60=0,01$, soit 1 %.

   Le rendement est l’énergie fixée divisée par l’énergie reçue ; on retrouve l’ordre de grandeur du cours, le pour cent.

2. 2.Des humains mangent directement ces céréales. Quelle énergie leur parvient ?

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   $0,6\times 0,1=0,06$ u.

   Les humains sont ici consommateurs primaires : ils reçoivent un dixième de l’énergie fixée par les céréales.

3. 3.Les céréales servent plutôt à nourrir des bovins, dont les humains mangent la viande. Quelle énergie parvient aux humains ?

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   $0,06\times 0,1=0,006$ u.

   Les bovins reçoivent 0,06 u ; les humains, devenus consommateurs secondaires, n’en reçoivent qu’un dixième.

4. 4.En céréales, la parcelle nourrit 30 personnes pendant la saison (valeur fictive). Combien en nourrit-elle si l’on passe par les bovins ? Justifie.

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   $30\times 0,1=3$ personnes.

   L’énergie qui parvient aux humains est dix fois plus faible avec un niveau trophique de plus : la même surface nourrit dix fois moins de personnes.

5. 5.Calcule l’énergie fixée par les céréales qui ne parvient pas aux bovins, puis la part qu’elle représente.

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   $0,6-0,06=0,54$ u ; $0,54÷0,6=0,9$, soit 90 %.

   Neuf dixièmes de l’énergie ne montent pas d’un cran : respiration, chaleur, parties non consommées et déchets les détournent.

Analyser un graphique

Observe le document 1, puis réponds aux questions en citant des valeurs lues sur le graphique.

1. 1.Décris, valeurs à l’appui, ce que deviennent les deux gaz dans l’enceinte A en 60 minutes.

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   Le premier gaz monte de 20 à 32 u.a. ; le second baisse de 40 à 28 u.a.

   Lire un graphique, c’est donner le sens de variation avec les valeurs de départ et d’arrivée et leur unité ; 0,75 point par gaz.

2. 2.À quoi sert l’enceinte B ? Qu’en conclus-tu pour l’enceinte A ?

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   C’est le témoin : sans plante, les teneurs ne varient pas. Les variations de A sont donc dues à la plante.

   Les deux enceintes ne diffèrent que par la plante : seule elle peut expliquer la différence observée.

3. 3.Relie ces variations au bilan de la photosynthèse : lequel des deux gaz est un réactif, lequel est un produit ?

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   Le gaz qui baisse est consommé : c’est un réactif ; celui qui monte est libéré : c’est un produit.

   Le bilan s’écrit : dioxyde de carbone + eau + lumière → matière organique + dioxygène. Ce qui baisse est consommé, ce qui monte est fabriqué.

4. 4.Calcule la variation de la teneur en dioxygène dans A, puis sa vitesse moyenne en u.a. par minute.

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   $32-20=12$ u.a. ; $12÷60=0,2$ u.a. par minute.

   Une vitesse moyenne est une variation divisée par la durée ; la droite régulière de A montre une production constante.

5. 5.Ce graphique prouve-t-il, à lui seul, que la plante de A produit de la matière organique ? Justifie.

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   Pas directement : il ne mesure que des gaz. C’est le bilan qui permet d’en déduire cette fabrication.

   Une mesure prouve ce qu’elle mesure ; le reste se déduit d’un modèle, ici le bilan, où la matière organique accompagne le dioxygène libéré.

Écrire pour expliquer

Hugo affirme : « Je ne mange que de la viande, jamais de plantes ; mon énergie ne vient donc pas du Soleil. » Rédige un paragraphe de huit à dix lignes qui lui répond.

1. 1.Je remonte de la viande jusqu’à un végétal, maillon par maillon, en situant chacun.

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   La viande vient d’un herbivore (un bovin), consommateur primaire, qui a mangé de l’herbe, producteur ; Hugo est consommateur secondaire.

   Le raisonnement commence par identifier le producteur : sans lui, la chaîne n’a pas de point de départ.

2. 2.J’explique ce que le végétal fait de la lumière.

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   Par la photosynthèse, l’herbe convertit le rayonnement solaire en matière organique ; elle seule le peut.

   Les végétaux chlorophylliens sont les seuls producteurs : c’est par eux que l’énergie solaire entre dans le vivant.

3. 3.Je décris le trajet de cette énergie jusqu’à Hugo, et ce qu’elle devient en route.

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   Elle passe de l’herbe au bovin puis à Hugo, en diminuant : environ un dixième à chaque passage.

   L’énergie de la viande n’est qu’une petite part de celle de l’herbe, mais c’est la même, transmise de niveau en niveau.

4. 4.Je conclus en répondant à Hugo, avec au moins un connecteur logique.

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   Exemple : « Ton énergie vient donc bien du Soleil, indirectement, par l’herbe et par le bovin. »

   La conclusion répond à l’affirmation de départ ; le connecteur rend visible le lien de cause à conséquence.