Seconde Thème 2 : Chapitre 2 : Le soleil, une source d’énergie.

Chapitre 2 : Le soleil, une source d’énergie.

Pour vivre et se développer, l’humanité utilise de l’énergie. 87 % de cette énergie provient de combustibles fossiles comme le charbon ou le pétrole.

Problématiques : Comment se forme un combustible fossile ? Quelles sont les conséquences de leur utilisation sur l’environnement ?

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I] Origine du charbon et de ses gisements.

Voir TP mosaïque (3 groupes)

Le charbon est une roche riche en carbone. La présence de restes organiques dans ce combustible fossile montre qu’il est issu de la transformation d’une matière organique principalement d’origine végétale.

Suite à l’accumulation d’une grande quantité de débris végétaux dans une couche d’eau de faible épaisseur et pauvre en dioxygène, une fraction de la matière organique échappe à l’action des décomposeurs.

Sous l’effet d’une lente augmentation de la température due à l’enfouissemenGauchet, cette matière organique se transforme en charbon.

La formation d’un gisement de charbon implique des conditions géologiques particulières : il faut un enfouissement d’une forte épaisseur de végétaux pendant plusieurs millions d’années.

Cela n’est possible que si la productivité primaire est importante et si les débris végétaux se déposent dans une zone qui s’enfonce (= zone de subsidence).

Conditions géologiques bien particulières permettant la formation gisement charbon :

- forte productivité primaire,

- enfouissement rapide dû à la subsidence,

- augmentation température,

- absence de dioxygène (pas de décomposition possible).

La connaissance de ces mécanismes de formation (forte productivité primaire et subsidence) permet de découvrir les gisements et de les exploiter par des méthodes adaptées.

Cependant l’extraction des combustibles fossiles a des implications humaines (conditions de travail rudes et dangereuses (ex. coup de grisou)), économiques et environnementales (déforestations, destruction des sols, pollution…).

Le charbon représente à lui seul environ 25% des sources d’énergies utilisées dans le monde.

Quelles en sont les conséquences ?

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II] Conséquences de l’utilisation du charbon.

Les combustibles fossiles se sont formés en plusieurs dizaines de millions d’années à partir de biomasse végétale produite à partir du CO2 atmosphérique et de l’énergie lumineuse grâce à la photosynthèse.

Brûler un combustible fossile revient donc à utiliser l’énergie lumineuse passée et à restituer rapidement à l’atmosphère du CO2 prélevé lentement et piégé depuis longtemps.

Cette augmentation rapide de la concentration en CO2 dans l’atmosphère perturbe le cycle du carbone (circulation du carbone entre les différents réservoirs  grâce à des mécanismes d’échanges : photosynthèse/respiration, dissolution/dégazage des océans…) qui est normalement équilibré à l’état naturel.

L’augmentation de la concentration en CO2 dans l’atmosphère accroît l’effet de serre naturel naturel et entraîne un réchauffement climatique de la planète.

L’absorption de CO2 par les océans provoque leur acidification, fragilisant ainsi les écosystèmes marins et menaçant la biodiversité océanique.

Conclusion :

Il faut quelques minutes pour brûler du pétrole ou du charbon qui ont mis des millions d’années à se former : les combustibles fossiles sont des ressources non renouvelables à l’échelle humaine. Leur utilisation a de lourdes conséquences sur le fonctionnement de la biosphère.

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III] Les énergies renouvelables.

1) L’inégale répartition de l’énergie solaire.

Du fait de la sphéricité du globe, la quantité d’énergie solaire reçue par unité de surface varie selon la latitude.

Elle diminue de l’équateur vers les pôles. Cela à un grand impacte sur l’ensemble du globe.

Voir TP : Groupes 1 et 2 : Activité 2, groupe 1 Mouvement eau + Activité 2, groupe 2 Mouvement air

2) L'énergie solaire à l'origine des courants atmosphériques.

L’air chauffé,  moins dense, s’élève (ex : à l’équateur).
Les déplacements verticaux des masses d’air ont donc pour origine des différences de température engendrant des différences de densité.

Ces déplacements verticaux créent des zones de basses pressions et des zones de hautes pressions. Les déplacements horizontaux des masses d’air découlent de ces différences de pression (écoulement des zones de haute pression vers les zones de basse pression).

3) L'énergie solaire à l'origine des courants océaniques.

Simulation circulation thermohaline

Ce sont les courants superficiels chauds ou froids, qui entrainent le déplacement assez rapide d’une faible épaisseur d’eau.

Les eaux océaniques de surface sont mises en mouvements sous l’action des vents : ces mouvements d’eau dépendent donc indirectement de l’inégale répartition de l’énergie solaire, moteur des mouvements d’air.

Les courants profonds froids sont caractérisés par le déplacement lent et massif d’une importante épaisseur d’eau : ces mouvements résultent de différence de densité.

La densité de l’eau dépend essentiellement de deux facteurs :

-  La température (plus la température augmente, plus la densité diminue).

-  La concentration en sels minéraux dissous ou salinité (plus la salinité augmente, plus la densité augmente).

Au niveau des pôles, une augmentation de la densité des eaux de surface provoque leur enfoncement, ce qui génère des courants profonds. Ces eaux remontent vers la surface en d’autres lieux du globe, en particulier près des côtes et au niveau de l’équateur. Ces ensembles de mouvements horizontaux et verticaux correspondent à la circulation thermo-haline mondiale.

La lenteur relative de ces courants océaniques par rapport aux mouvements atmosphériques explique la dissémination plus lente des polluants dans l’eau que dans l’air à l’échelle planétaire.

Conclusion :

L’énergie solaire est inégalement reçue à la surface de la planète. La photosynthèse en utilise moins de 1%. Le reste chauffe l’air (par l’intermédiaire du sol) et l’eau (ce qui est à l’origine des vents et courants) et évapore l’eau (ce qui permet le cycle de l’eau).

Utiliser l’énergie des vents, des courants marins, des barrages hydroélectriques, revient à utiliser indirectement de l’énergie solaire. Ces ressources énergétiques sont rapidement renouvelables.

La comparaison de l’énergie reçue par la planète et des besoins humains en énergie permet de discuter de la place actuelle ou future de ces différentes formes d’énergie d’origine solaire.