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.