Peau du manchot empereur
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✔ COM : Rédiger correctement une résolution d’exercice
Le manchot a le plumage le plus dense de tous les oiseaux. Il possède 15 plumes
par cm
2. La littérature scientifique indique que 85 % de l’isolation du manchot est assurée par son plumage, le reste étant assuré par une couche graisseuse qui atteint 3 cm.
Pour maintenir sa température à 39 °C dans un air extérieur compris entre
−20 °C et
−10 °C, le manchot peut compter sur son métabolisme qui produit une puissance thermique interne moyenne de 42 W. En dessous de
−10 °C, son métabolisme augmente cette puissance thermique en fonction de la température. Il peut ainsi augmenter jusqu’à 73 W lors des périodes de grand froid. On considère que cette évolution de la puissance thermique suit une loi affine en fonction de la température extérieure.
Lorsque la température est trop élevée, le manchot lève ses ailes. Cette
action a pour conséquence d’augmenter la surface corporelle de 16 %.
Pour diminuer les pertes thermiques par grand froid, les manchots se rassemblent en groupes et forment un amas compact.
1. En considérant que le manchot conserve une température corporelle constante, donner l’expression de la résistance thermique de sa peau (plumes et graisse) en fonction de la température extérieure
θext, sa température interne
θint et la puissance thermique produite par son métabolisme
P.
2. Calculer la résistance thermique de la peau lorsque la température extérieure de la peau est à
−10 °C.
Cette valeur sera gardée comme référence : elle correspond à la configuration standard du manchot.
3. En déduire la résistance thermique des plumes.
4. Déterminer la puissance thermique produite par son métabolisme permettant au manchot de maintenir sa température corporelle à 39 °C lorsque la surface de sa peau atteint
−47 °C. Comparer cette valeur à la valeur maximale pouvant être produite par un manchot.
5. En tenant compte de la valeur maximale pouvant être atteinte par la puissance thermique, calculer la température corporelle théorique d’un manchot isolé lorsque l’air extérieur est à
−47 °C.
6. Expliquer en quelques phrases pourquoi les manchots se regroupent lors des périodes de grand froid.
La résistance thermique
Rth diminue de façon inversement proportionnelle avec la surface corporelle
S.
7. Calculer la température extérieure permettant de conserver une température corporelle de 39 °C avec un métabolisme produisant 42 W de puissance thermique lorsque les ailes du manchot sont déployées.
8. En cas de température de l’air trop élevée, il ne reste au manchot qu’une seule solution pour réguler sa température corporelle. Préciser cette solution, en l’expliquant.