Le Soleil : Source d'Énergie de la Biosphère

Soleil, source d’énergie de la biosphère

1) L’utilisation de l’énergie solaire par les végétaux

A) La photosynthèse : fabrication de matière organique

• Les végétaux chlorophylliens ont besoin pour leur croissance d’éléments indispensables : eau, sels minéraux, dioxyde de carbone et lumière.
• Les pigments chlorophylliens captent l’énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique utilisable par les cellules.
• L’énergie chimique permet la synthèse de matière organique.
• Les molécules organiques, les sucres, sont synthétisés à partir du dioxyde de carbone (source de carbone et d’oxygène) atmosphérique. Ex. : le glucose C₆H₁₂O₆.
• La photosynthèse nécessite un apport d’eau (H₂O) ; le dioxygène (O₂) est un produit de la réaction, rejeté comme déchet.
• Équation bilan (permise par l’énergie lumineuse) : 6H₂O + 6CO₂ = C₆H₁₂O₆ + 6O₂.
• Les ions minéraux prélevés dans le sol apportent les autres éléments nécessaires à la synthèse des molécules comme les lipides, protides, acides nucléiques (ex. : azote, phosphore, soufre, etc.).

B) Photosynthèse et biomasse

• Les végétaux sont à l’origine de la productivité primaire.
• Les producteurs secondaires utilisent directement ou indirectement la matière organique des producteurs primaires.
• L’ensemble de la production primaire et secondaire dans un écosystème constitue la biomasse.
• Il existe un transfert d’énergie et de matière au sein des réseaux trophiques (chaînes alimentaires).
• Une partie de l’énergie est stockée sous forme de biomasse et une autre est perdue sous forme de chaleur.

Transition : lorsque des êtres vivants meurent, 99,9 % de leur matière est décomposée, mais dans certaines conditions, la dégradation n’est pas possible : cette biomasse est lentement fossilisée et donne naissance aux combustibles fossiles.

2) Énergie fossile : l’énergie solaire du passé

A) Les conditions de formation d’un combustible fossile

• Processus très lent sur plusieurs millions d’années et dans des lieux de forte productivité primaire.
• Transformation d’une biomasse enfouie dans les sédiments au niveau de bassins sédimentaires.
• L’absence de dioxygène due à l’enfouissement empêche l’action des décomposeurs et la dégradation de la matière se fait difficilement.
• Le phénomène de subsidence entraîne l’augmentation progressive de la température et de la pression.
• La dégradation thermique de la matière organique conduit à la création de roches carbonées : augmentation du carbone et de l’hydrogène et perte des atomes d’oxygène et d’azote.

B) Étapes de la formation du pétrole et du gaz

• Selon la température atteinte et donc la profondeur d’enfouissement, la matière organique se transforme en charbon, en pétrole puis en gaz.
• Le pétrole se forme ainsi dans une fourchette de profondeur précise que les pétroliers qualifient de « fenêtre à huile » et qui se situe entre 60 et 100 °C, ce qui correspond à un enfouissement de 2 à 3 km.
• Roche mère : la roche sédimentaire dans laquelle les hydrocarbures (pétrole ou gaz) se forment ; ceux-ci, ayant une faible densité, migrent vers la surface.

Bilan

La lumière solaire permet, à l’échelle d’un végétal, la synthèse de matières organiques grâce à la photosynthèse. Ce mécanisme se traduit par une augmentation de la biomasse, réserve d’énergie solaire stockée sous forme organique. À l’échelle de la planète, une faible proportion de la matière organique échappe à l’action des décomposeurs et se transforme en combustible fossile, énergie solaire stockée.

Définitions

• Biomasse : Quantité totale de la matière organique d'origine végétale ou animale.
• Biosphère : Ensemble des organismes vivants sur Terre.
• Combustible fossile : Combustible formé à partir de la fossilisation de matière organique (pétrole, gaz, charbon).
• Gisement : Accumulation naturelle et locale de matière minérale solide, liquide ou gazeuse, susceptible d'être exploitée.
• Hydrocarbure : Composé organique contenant essentiellement des atomes de carbone et d'hydrogène.
• Matière organique : Matière constituant les êtres vivants, formée principalement des éléments carbone, hydrogène, oxygène et azote (C.H.O.N.).
• Photosynthèse : Mécanisme conduisant à la synthèse de matière organique à partir de matière minérale en utilisant l’énergie lumineuse.
• Productivité primaire : Production de matière organique que l’ensemble des organismes photosynthétiques fabriquent par unité de surface et par unité de temps.
• Réseau trophique : Ensemble des relations alimentaires entre les organismes au sein d'un écosystème et par lesquelles l’énergie et la biomasse circulent.
• Subsidence : Enfoncement lent de la surface terrestre entraînant l’accumulation de fortes épaisseurs de sédiments.