DST N°2 SPECIALITE SVT PREMIERE: biologique de l’énergie solaire : La photosynthèse.

« THÈME 2 LE SOLEIL 2.3 NOTRE: Une SOURCEconversion D’ENERGIE Chapitre biologique de l’énergie solaire : La photosynthèse. Introduction : Quelques rappels (améliorés) de 2nde : Que montre cette expérience ? L’énergie solaire est indispensable à la coloration verte des feuilles des végétaux. Plantes vertes = Végétaux chlorophylliens, Pourquoi ? Fichier ressource : « Cellule Elodée.png» Paroi Cytoplasme Chloroplaste Cellules d’Elodée observées au microscope optique (grossissement 400) Les chloroplastes (organites) contiennent un pigment vert, la chlorophylle. Qu’est-ce que chlorophylle ? la Activité introductive 1 : A la découverte de quelques propriétés de la chlorophylle. 1 Réaliser une solution brute de chlorophylle. 2 A partir du filtrat obtenu Raies noires  Longueurs d’onde absorbées Spectre de la lumière solaire Spectre d’absorption de la chlorophylle brute Absorption dans le bleu Absorption dans le rouge A partir du papier filtre La solution de chlorophylle contient en fait un mélange de pigments. Quelles conclusions tirer de ces deux observations ? Ces pigments sont séparables par chromatograp hie. Ces pigments sont d’origine lipidique. Ces pigments sont verts et orange/jaune. Fichier ressource : « Chromatographie chlorophylle.jpg» Pigments verts et orange/jaune non absorbés. Couleur perçue de la chlorophy lle. Chromatographie des pigments d’une plante chlorophyllienne (verte) Chromatographie des pigments d’une plante non chlorophyllienne ( non verte) Fichier ressource : « Chromatographies comparées.png» Quel est le devenir solaires absorbées ? des radiations PROBLEME 1 : Comment l’énergie solaire est-elle utilisée par les végétaux au cours de la photosynthèse ? A- Activité 2 : Le mécanisme de la 1.photosynthèse. Calculer la proportion d’énergie solaire utilisée par la photosynthèse. 100 - 69 – 20 – 10 = 1% Document 1 : Le devenir de l’énergie solaire reçue par la feuille 2.

a/ La surface terrestre est de 510 067 420 km2, le flux solaire incident moyen est de 342 W.m–2.

A l’aide du résultat du 1.

Donner la puissance solaire utilisée par la photosynthèse à l’échelle du globe (Résultat en GW). 2a/ 510 067 420 km2 = 510 067 420 000 000 m2 510 067 420 000 000 m2 x 342 Wm-2 = 174 443 057 640 000 W 174 443 057 640 000 W = 174 443 10 9 W = 174 443 GW 2.

b/ Il a été estimé que 0,342 W.m–2 est utilisé par les plantes.

Donner la proportion de la puissance solaire utilisée par la photosynthèse à l’échelle du globe. 2b/ (0,342 x 100)/342= 0,1% Document 2 : Rappel Activité 1 - Spectre d’absorption des pigments des feuilles Document 3 : Pourcentage de lumière absorbée (à gauche) et mesure de l’efficacité de la photosynthèse d’une plante aquatique en fonction de la longueur d’onde = spectre d’action (à droite) 3.

A partir des documents 2 et 3 : Démontrer que ce sont les pigments contenus dans les feuilles (les chlorophylles principalement) qui sont impliqués dans l’absorption d’énergie solaire (et donc dans la photosynthèse). Sont réémises les L’absorbance des pigments longueurs d’onde chlorophylliens est maximale vertes (couleur des pour des longueurs d’onde végétaux). rouges et bleues. Le spectre d’action photosynthétique coïncide avec le spectre d’absorption des pigments, les longueurs d’ondes absorbées permettent donc la photosynthèse. Fichier ressource : «Spectre absorption action.jpg» Document 4 : Énergie solaire et réaction de la photosynthèse Les pigments photosynthétiques absorbent les radiations lumineuses ce qui permet d’activer la réaction chimique de la photosynthèse dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes.

En prélevant des matières minérales dans son environnement (eau, dioxyde de carbone…), la plante est capable de produire du glucose de formule C6H12O6 (molécule faisant partie de la matière organique) en présence de lumière.

Cette production s’accompagne du rejet d’un déchet : le dioxygène. La cellule chlorophyllienne peut transformer le glucose fabriqué en d’autres molécules organiques (autres glucides, lipides, protéines…).

Les plantes sont donc capables de fabriquer leur propre matière organique à partir de matière minérale et d’énergie solaire . Rappels de chimie :  réactif 1 + réactif 2  produit 1 + produit 2.  Des réactifs réagissent ensemble, leurs atomes constitutifs sont séparés et réassemblés en un ou plusieurs produits (transformation chimique). 4.

A partir du document 4 : Ecrire l’équation équilibrée de la photosynthèse. CO2 + H2O  C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 Document 5 : L’exemple du devenir de la matière produite par photosynthèse dans une forêt. 5.

A partir du document 5 : a.

Calculer le pourcentage de l’énergie solaire reçue qui est utilisé par la photosynthèse. b.

Indiquer le devenir possible de la matière fabriquée par les plantes dans un écosystème. c.

Calculer le pourcentage de la productivité primaire brute utilisé par les animaux. 5a Pourcentage de l’énergie 5a On retrouve solaire reçue utilisé par la environ le 1 % photosynthèse : (question 1) (43 529 x 100) / 5 248 617 ≈ 0,8 % 5b Une fraction de la PPB est utilisée par les plantes (= Producteurs primaires) ellesmêmes. 5b Une fraction de la PPB est utilisée par les animaux ( = Producteurs secondaires = consommateurs). 5b Une fraction de la PPB est utilisée par les décomposeurs. 5c Pourcentage de la PPB consommé par la chaîne alimentaire animale : (6 877 x 100) / 43 529 ≈ 15,8 % Document 6 : La photosynthèse à l’échelle mondiale 6.

A partir des documents 5 et 6 : Montrer l’importance de la photosynthèse dans un écosystème et à l’échelle de la planète. La photosynthèse est un phénomène important car il permet l’entrée d’énergie et de matière minérale dans la biosphère  Ensemble des écosystèmes planétaires où la vie est présente. La photosynthèse est réalisée par tous les organismes chlorophylliens, que ce soit au niveau des océans ou au niveau des continents.

On parle de production primaire  Matière organique produite à partir de matière minérale et d'un apport d'énergie. B- Bilan. Les végétaux absorbent une partie de l’énergie solaire arrivant sur la face supérieure des feuilles, environ 1 %, grâce à des pigments contenus dans les chloroplastes des cellules. Le reste de l’énergie solaire est soit réfléchi, soit transmis à travers la feuille, ou soit dissipé sous forme de chaleur. L’énergie solaire absorbée est à l’origine d’une fabrication de molécules organiques (le glucose notamment) à partir des matières minérales que la plante prélève dans son milieu. À l’échelle de la planète, seul 0,1 % du flux solaire incident est utilisé par la photosynthèse (2b). La photosynthèse permet la production (=productivité) primaire de matière organique qui sert ensuite d’énergie chimique à tous les êtres vivants d’un écosystème : Les herbivores consomment les plantes, les carnivores consomment les herbivores, les décomposeurs (bactéries et champignons) se nourrissent des matières organiques mortes des herbivores et des carnivores. Ces transferts de matière (et d’énergie) sont visualisés au sein des réseaux trophiques. «  » Signifie « est mangé par » Fichier ressource : «Réseau trophique.jpg» Ceci pose le problème des devenirs de la matière organique fabriquée par photosynthèse… PROBLEME 2 : Comment la matière organique issue de la photosynthèse est-elle utilisée ? A- Activité 3 : Le devenir de la matière Partie A - Production organique. d’énergie par respiration ou fermentation 1.

Comment une cellule peut-elle tirer de l’énergie du glucose ? Une cellule peut tirer de l’énergie en transformant le glucose, soit par respiration, soit par fermentation ; ces deux réactions permettent la libération d’énergie utilisable par la cellule. Remarques :  Photosynthèse = conversion de l’énergie solaire Précision de vocabulaire : et de matière en énergie chimique  Conversionminérale (physique) s’applique à un (contenue dans les liaisons entre les atomes transfert d’énergie d’une forme A vers composant le glucose). une forme B  Respiration et fermentation = transformation du  Transformation (chimie) s’applique aux glucose en d’autres molécules (dont CO 2) et molécules (molécule A  molécule B) libération de l’énergie chimique emmagasinée 2.

Sachant qu’une mole* de glucose contient 2 840 kJ, calculer et comparer les rendements, exprimés en %, de la consommation d’une mole de glucose par respiration et par fermentation. *quantité de matière contenant 6,022.1023 molécules (1 086 x 100) / 2 840 = 38,24 %.

La respiration tire 38,24 % de l’énergie chimique contenue dans le glucose. (61 x 100) / 2 840 = 2,15 %.

La fermentation tire 2,15 % de l’énergie chimique contenue dans le glucose. Le rendement de la respiration est bien meilleur que celui de la fermentation. Remarque pour les non spé Maths et les non spé PC… Remarque pour les spé PC : Ici la notion de rendement est différente du rendement habituel défini en PC. Document 2 : Trois exemples d’utilisation de la matière organique produite par le blé par photosynthèse. 3.

Montrer que le fonctionnement d’un organisme, appartenant à un écosystème, repose sur des molécules issues de la photosynthèse. La poule tire son énergie par respiration cellulaire de ce qu’elle consomme : les grains riches en amidon (réserve de glucose, document 1).

Ces graines ont été fabriquées par les plants de blé qui produisent leur matière organique par photosynthèse. Même remarque pour l’Homme qui transforme les blés en farine, puis les farines en aliments et tire.... »