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

Repérer une erreur et la rectifier

La copie du document 1 contient une erreur par ligne. Pour chacune, indique la ligne, explique ce qui est faux et écris ce qu’il fallait dire.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Ligne 1 — les rôles des deux gaz inversés.

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   C’est l’inverse : le premier gaz cité est rejeté, le second absorbé.

   Dans le bilan, le dioxyde de carbone est un réactif, absorbé, et le dioxygène un produit, rejeté ; la copie retourne la flèche.

2. 2.Ligne 2 — un raisonnement qui fait des animaux des producteurs.

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   Les animaux fabriquent leur matière à partir de celle qu’ils mangent ; seuls les végétaux chlorophylliens partent du rayonnement.

   Être producteur, ce n’est pas fabriquer de la matière organique, c’est convertir l’énergie solaire : les animaux sont des consommateurs.

3. 3.Ligne 3 — un taux mal compris et des pertes additionnées.

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   Environ 10 % est transmis à chaque passage, et les taux se multiplient : $0,1\times 0,1=0,01$, soit 1 %.

   La copie confond la part perdue et la part transmise, puis additionne des taux qui s’enchaînent.

4. 4.Ligne 4 — une énergie dite détruite.

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   Elle n’est pas détruite : elle part en respiration, en chaleur, en déchets, et cesse d’être disponible pour le niveau suivant.

   L’énergie ne disparaît pas ; elle quitte simplement la chaîne alimentaire et ne peut plus nourrir le niveau suivant.

5. 5.Ligne 5 — la productivité confondue avec ce que la forêt contient.

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   Une production rapportée à une surface et à une durée, et non une quantité présente.

   La copie décrit ce que contient la forêt à un instant ; la productivité mesure la matière organique produite par unité de surface et de temps, par exemple par mètre carré et par an.

Modéliser par le calcul

Dans un milieu M1, les végétaux fixent chaque année 80 unités d’énergie (u) par unité de surface. Une population ne se maintient que si elle dispose d’au moins 0,05 u. Le transfert d’un niveau trophique au suivant est de 10 %. Valeurs fictives.

1. 1.Calcule l’énergie dont disposent les consommateurs primaires, secondaires, tertiaires, puis les consommateurs qui mangeraient ces derniers.

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   $80\times 0,1=8$ u ; $8\times 0,1=0,8$ u ; $0,8\times 0,1=0,08$ u ; $0,08\times 0,1=0,008$ u.

   On multiplie par 0,1 à chaque passage : l’énergie est divisée par dix d’un niveau au suivant, et diminue bien à chaque étape.

2. 2.Combien de niveaux trophiques, producteurs compris, la chaîne de M1 peut-elle compter au plus ? Justifie.

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   Quatre : les consommateurs tertiaires disposent de 0,08 u, au-dessus du seuil ; ceux du rang suivant de 0,008 u, en dessous.

   Au bout de quelques niveaux, il ne reste plus assez d’énergie pour soutenir une population : la chaîne s’arrête là.

3. 3.Dans un milieu M2, la production des végétaux est dix fois plus faible. Combien de niveaux au plus ? Que montre la comparaison ?

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   $80÷10=8$ u, puis 0,8, 0,08 et 0,008 u : trois niveaux au plus. La productivité du milieu limite la longueur des chaînes.

   Avec dix fois moins de production, on perd un niveau : ce que fabriquent les producteurs conditionne tout ce qui vit ensuite.

4. 4.Dans M1, quelle fraction de l’énergie fixée par les végétaux atteint les consommateurs tertiaires ? Et quelle fraction de l’énergie solaire, avec un rendement de 1 % ?

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   $0,1\times 0,1\times 0,1=0,001$, un millième ; $0,001\times 0,01=0,00001$, un cent-millième.

   Les taux s’enchaînent et se multiplient : trois transferts d’un dixième, puis le rendement d’environ un centième de la photosynthèse.

Critiquer un document

Un élève titre le document 2 : « La photosynthèse, une opération sans importance ». Réponds aux questions pour juger ce titre.

1. 1.Quelle information le document 2 donne-t-il, et laquelle ne donne-t-il pas ?

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   Il donne une part, environ 1 % ; il ne donne aucune quantité : ni l’énergie reçue, ni la surface.

   Une barre en parts compare des fractions d’un même tout ; elle ne dit pas la taille de ce tout.

2. 2.Un hectare de prairie reçoit 40 000 000 kJ d’énergie solaire par an (valeur du cours). Calcule l’énergie qu’y fixe la photosynthèse en un an. Que devient le titre de l’élève ?

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   40 000 000 kJ × 0,01 = 400 000 kJ par hectare et par an. Le titre ne tient plus : la quantité fixée est considérable.

   Rendement faible ne veut pas dire quantité faible ; multipliée par les surfaces de la planète, cette production soutient toute la biomasse terrestre.

3. 3.Sur le même modèle, l’élève dessine la barre du passage des herbivores aux carnivores. Quelle part y serait transmise ? Ce transfert serait-il pour autant « sans importance » pour les carnivores ?

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   Environ 10 %. Non : c’est toute l’énergie dont disposent les carnivores ; leur existence en dépend.

   Une petite part peut être vitale pour celui qui la reçoit : juger une conversion à sa seule part, c’est oublier qui en vit.

Construire un développement

Rédige un développement construit d’une vingtaine de lignes : « En quoi brûler du charbon revient-il à utiliser de l’énergie solaire, et pourquoi cette énergie n’est-elle pas renouvelable à notre échelle ? » Fais une introduction, deux paragraphes et une conclusion.

Réponse rédigée. Ce que le correcteur attend, critère par critère :

1. 1.Introduction : la question reformulée et le plan annoncé.

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   Exemple : « Le charbon brûle dans nos centrales, mais d’où vient son énergie ? Nous verrons qu’elle est solaire, puis pourquoi elle s’épuise. »

   L’introduction pose le paradoxe d’une énergie à la fois solaire et non renouvelable, et dit dans quel ordre on le lève.

2. 2.Premier paragraphe : de la lumière captée par des végétaux d’autrefois jusqu’au charbon.

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   Des plantes d’il y a très longtemps ont fixé l’énergie solaire ; leurs restes, enfouis, sont devenus du charbon.

   C’est la même opération que celle qui nourrit aujourd’hui le vivant : le charbon garde l’énergie solaire fixée par la photosynthèse.

3. 3.Le rapprochement avec ce que mangent les consommateurs.

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   L’énergie du charbon a la même origine que celle de nos aliments : le Soleil, par les seuls producteurs.

   Toute l’énergie du vivant vient du Soleil ; les fossiles n’en sont qu’une part mise de côté il y a très longtemps.

4. 4.Second paragraphe : la comparaison des deux durées, et la notion de stock.

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   Formé en des millions d’années, brûlé en quelques décennies : sa reconstitution est négligeable à l’échelle humaine. C’est un stock.

   Une ressource n’est renouvelable que si elle se reforme au rythme où on l’utilise ; ici, les deux rythmes n’ont rien de comparable.

5. 5.Conclusion et expression : une réponse nette, le vocabulaire du cours, des connecteurs.

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   Exemple : « Brûler du charbon, c’est donc libérer de l’énergie solaire très ancienne ; mais ce stock s’épuise bien plus vite qu’il ne s’est formé. »

   La conclusion répond aux deux questions posées ; stock et flux ne diffèrent pas par leur nature, mais par le temps de leur formation.