Enseignement scientifique 1re - 2023

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Esprit critique
Une longue histoire de la matière
Ch. 1
Les éléments chimiques
Ch. 2
Les cristaux, des édifices ordonnés
Ch. 3
Une structure complexe : la cellule
Le Soleil, notre source d'énergie
Ch. 4
Le rayonnement solaire
Ch. 5
Le bilan radiatif terrestre
Ch. 6
Énergie solaire, photosynthèse et nutrition
Ch. 7
Énergie solaire et humanité
La Terre, un astre singulier
Ch. 8
La forme de la Terre
Ch. 9
L’Histoire de l'âge de la Terre
Ch. 10
La Terre dans l'Univers
Son et musique, porteurs d'information
Ch. 11
Son et musique
Ch. 12
Le son, une information à coder
Ch. 13
Entendre et protéger son audition
Projet expérimental et numérique
Livret Maths
Annexes
Thème 2
Exercice

Se préparer à l'évaluation

8 professeurs ont participé à cette page
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1
Conversion d'énergie à l'origine du pétrole

Résolution
Calculatrice interdite

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Le pétrole fait partie des ressources d'énergie dites fossiles.
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Doc. 1
La nutrition des diatomées (plancton marin)

La nutrition des diatomées
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Placeholder pour La nutrition des diatoméesLa nutrition des diatomées
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Les diatomées de formes multiples et de taille variant de 20 à 200 μm sont un constituant majeur du phytoplancton.
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Doc. 2
La formation du pétrole (étapes simplifiées)

La formation du pétrole
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Les organismes marins (surtout du plancton) meurent et sédimentent au fond de l'océan.

La formation du pétrole
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La vase recouvre la couche de matière organique, l'empêchant de s'oxyder totalement.

La formation du pétrole
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Avec le temps, les sédiments s'accumulent et compriment la couche riche en matière organique jusqu'à ce qu'elle se transforme en pétrole sous l'action de la température et de la pression.
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Question
Expliquer l'origine de l'énergie stockée dans le pétrole en un paragraphe argumenté.
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Résolution

1. Rédiger un paragraphe d'introduction reprenant la problématique et annonçant le plan : deux parties, une pour chaque document.

2. Grâce au doc. 1, montrer que l'énergie solaire est convertie en énergie chimique lors de la photosynthèse des diatomées. L'énergie lumineuse permet d'incorporer le dioxyde de carbone \mathrm{CO}_2 dans des molécules organiques, comme le glucose, qui stockent l'énergie sous forme chimique. Celle-ci transite alors le long des chaînes alimentaires.

3. Utiliser ensuite le doc. 2 pour expliquer l'origine biologique du pétrole. La matière organique riche en énergie est transformée en pétrole du fait de son enfouissement.

4. En conclusion, répondre à la problématique : « L'énergie stockée dans le pétrole est issue de la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique par des organismes photosynthétiques, il y a des millions d'années ».
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Ce qu'il faut éviter de faire

  • Décrire le doc. 1 (ce serait uniquement de la paraphrase). En revanche, votre réponse peut utilement s'accompagner d'un schéma explicatif.
  • Rédiger un texte sans organisation logique ni plan.
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2
L'albédo et la fonte des banquises

Coups de pouce
Calculatrice autorisée

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Une des conséquences les plus spectaculaires du réchauffement climatique est la fonte rapide de la banquise. Or cette fonte accélère le réchauffement climatique. Quels sont les mécanismes qui expliquent ce phénomène ?
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Doc. 1
L'albédo

L'albédo
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L'albédo sur Terre fluctue selon la nature du sol et la couverture nuageuse.
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Doc. 2
L'évolution de l'épaisseur de la banquise

Placeholder pour L'évolution de l'épaisseur de la banquiseL'évolution de l'épaisseur de la banquise
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Placeholder pour L'évolution de l'épaisseur de la banquiseL'évolution de l'épaisseur de la banquise
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Placeholder pour L'évolution de l'épaisseur de la banquiseL'évolution de l'épaisseur de la banquise
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En blanc, les glaces épaisses pluriannuelles ; en bleu, les glaces annuelles, plus fines.
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Doc. 3
La loi de Stefan-Boltzmann

Un corps noir à une température de surface T émet une puissance surfacique correspondant à :

\begin{array}{l|l} & P_{\mathrm{s}}: \text {puissance surfacique émise}\left(\mathrm{W} \cdot \mathrm{m}^{-2}\right) \\ P_{\mathrm{s}}=\sigma \cdot T^4 & T \text {: température de surface }(\mathrm{K}) \\ & \sigma: \text {constante de Stefan égale à } 5,67 \times 10^{-8} \mathrm{~W} \cdot \mathrm{m}^{-2} \cdot \mathrm{K}^{-4} \end{array}
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Questions
1. Sachant que la température à la surface du Soleil est de 5770 \mathrm{~K}, calculer la puissance surfacique émise P_{\mathrm{S}}.
2. Sachant que la puissance solaire en haut de l'atmosphère terrestre est de 1360 \mathrm{~W} \cdot \mathrm{m}^{-2}, calculer la fraction de puissance surfacique reçue par la Terre par rapport à la puissance surfacique totale émise.
3. Connaissant l'albédo moyen terrestre, déterminer la puissance surfacique absorbée par la Terre.
4. Expliquer en quoi la fonte accélérée de la banquise observée depuis quelques années provoque une accélération du réchauffement climatique.
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Coups de pouce

1. Utiliser la loi de Stefan-Boltzmann rappelée dans le doc. 3.

2. Utiliser le résultat de la première question et effectuer un rapport entre les deux grandeurs.

3. L'albédo est la fraction de la puissance surfacique qui est réfléchie par une surface.

4. Faire le lien entre les différences constatées dans le doc. 3 et les informations fournies dans le doc. 1.

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3
Les transferts au sein de l'écosystème forêt

Calculatrice autorisée

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« Si nous devions perdre les forêts, nous perdrions non seulement un nombre considérable d'espèces animales et végétales, mais aussi notre combat contre le réchauffement climatique », WWF France.
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Doc. 1
Le régime alimentaire de quelques habitants de la forêt tempérée

OrganismeRégime alimentaire
Bactéries du solMatière organique en décomposition
CerfHerbacées, feuilles des arbres
Chouette effraieMusaraignes, reptiles, écureuils, mésanges, limaces
CollemboleDébris végétaux
ÉcureuilGlands, baies, fleurs, bourgeons, œufs d'oiseaux, insectes
GlomérisVégétaux en décomposition
Larve de hannetonRacines des plantes vertes
LimaceChampignons, végétaux, matière organique morte
LombricMatière organique morte, bactéries
MésangeLarves de hanneton, lombrics, gloméris
MusaraigneInsectes, escargots, araignées, lombrics, larves de hannetons, gloméris, etc.
RenardMusaraignes, limaces, fruits, baies, mésanges, lombrics, etc.
SanglierGlands, racines, champignons, insectes, oiseaux, lombrics, larves de hannetons
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Doc. 2
Quelques caractéristiques des catégories d'organismes d'une forêt tempérée

Biomasse sècheTemps de vie
Producteurs primairesArbres274 t100 à 500 ans
Herbacées1 t1 an
Consommateurs primairesGrands mammifères2 kg15 à 25 ans
Petits mammifères5 kg1 à 3 ans
Consommateurs secondairesOiseaux et mammifères1,3 kg2 à 5 ans
DécomposeursVers de terre600 kg2 à 3 ans
Autres animaux du sol400 kg-
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Doc. 3
Les transferts de matière minérale et d'énergie dans un écosystème

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Questions
1. Trouver deux chaînes alimentaires de la forêt tempérée. Expliquer pourquoi il est rare de trouver des chaînes alimentaires avec plus de 4 maillons.
2. Montrer comment à, l'échelle de la planète, la photosynthèse permet l'entrée de l'énergie et de la matière dans les écosystèmes.
3. Sachant qu'un gramme de matière organique correspond approximativement à 5 calories (1 cal = 4,18 J), représenter la pyramide des biomasses de la forêt tempérée à l'aide de rectangles correspondant à l'énergie emmagasinée.
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4. Expliquer en quoi la lutte contre la déforestation et le reboisement des continents peut contribuer à agir contre le réchauffement climatique.
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