Chapitre 3 : L'utilisation de l'énergie solaire par les...
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CHAPITRE 3 : L'UTILISATION DE L'ÉNERGIE SOLAIRE PAR LES VÉGÉTAUX
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CHAPITRE 3 : L'UTILISATION DEL'ÉNERGIE SOLAIRE PAR LESVÉGÉTAUX
LA PHOTOSYNTHÈSE À L'ÉCHELLE DE LA PLANÈTE
Bois LarvePic Martre
MerleBuse
Exemple d'une chaîne alimentaire de ce réseau trophique
Producteurs primaires Consommateurs primaires
Consommateur secondaires
Consommateur tertiaires
Bois Larve Pic MartreMerle Martre ou Buse
Feuilles Chenille Mésange bleue Buse
GlandsEcureuil Martre ou Buse
Campagnol Renard ou BuseLapin Renard
Matière organique morte Décomposeurs
Feuilles en décomposition
Microfaune, bactéries champignons
Déjections LapinCadavre Renard
Microfaune, bactéries champignons
LA PHOTOSYNTHÈSE À L'ÉCHELLE DE LA PLANÈTE
LA PHOTOSYNTHÈSE À L'ÉCHELLE DE LA PLANÈTE
5 248 617 100%
43 529 x %x= 43529 𝑋𝑋 100
5 248 617= 0.83 %
43 529 100%
6877 x %
x= 6877 𝑋𝑋 10043 529
= 15.8 %
Les végétaux utilisent moins de 1% de l’énergie solaire pour produire de la matière organique.
De ces 1%, seul 16% sont utilisés pour fournir la matière organique aux autres êtres vivants.
L’énergie solaire est donc indispensable à la totalité de la flore et de la faune de la biosphère
LA PHOTOSYNTHÈSE À L'ÉCHELLE DE LA PLANÈTE
La biomasse correspond à la quantité totale de matière organique constitutive des êtres vivants, elle dépend de la productivité primaire (qui permet l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère) qui dépend elle-même du soleil
LES ÉLÉMENTS DE LA PHOTOSYNTHÈSE
Les éléments nécessaires à la synthèse d'amidon sont donc : la lumière et le CO2.Cette synthèse ne s'effectue que dans les parties vertes (chlorophylliennes) du végétal.
On observe que la feuille témoin est entièrement bleu foncé après coloration à l'eau iodée. J'en déduis que la feuille a fabriqué de l'amidon.On observe que la feuille n°2 est colorée en bleu par l'eau iodée uniquement sur la partie éclairée. J'en déduis que la feuille a fabriqué de l'amidon grâce à la lumière. Cette fabrication n'a pas lei dans l'obscurité.
On observe que la feuille n°3 ne s'est pas colorée en bleu foncé sous l'action de l'eau iodée, elle n'a donc pas fabriqué d'amidon. J'en déduis que le CO2 est indispensable à la synthèse de l'amidon.
On observe que la feuille n°4 est colorée en bleu par l'eau iodée uniquement dans la partie verte de la feuille (chlorophylle). J'en déduis que la chlorophylle est indispensable à la synthèse d'amidon.
L'UTILISATION DE LA BIOMASSE
Les productions agricoles servent à faire des tissus, du papier, du bois de chauffage, des matériaux de construction mais aussi des biocarburants (agrocarburants).
Cette production ne cesse d'augmenter depuis les années 1975, mais elle s'est accélérée en 2003.Pour permettre cette production, il faut donc augmenter les surfaces cultivées.
Mais est-ce possible ?
L'UTILISATION DE LA BIOMASSE
L'irrigation de nouvelles surfaces pose un problème majeur. Elle augmente le prélèvement du volume d'eau, ce qui risque d'entraîner des déficits en eau à court terme.
De plus augmenter la surface cultivée pose là aussi un problème. En effet, La quantité des sols cultivables est faible à l’échelle de la planète : 1500 Mha + 1800 Mha (soit 3300 Mha) pour un total de surface de 29800 Mha (soit 11%)
Dans le futur pour augmenter la part de sol cultivable, il est nécessaire d’effectuer une déforestation. Or la déforestation risque d’entrainer une baisse de la biodiversité et donc des espèces vont disparaître. De plus, la déforestation fragilise les sols qui risquent de subir une érosion importante.
L'UTILISATION DE LA BIOMASSE
L'UTILISATION DE LA BIOMASSENous serons 9 milliards en 2050.L’Asie et l’Afrique sub-saharienne devront augmenter considérablement leurs productions (2440 M de tonnes et 1080 M de tonnes) d’ici 2050, sinon il risque d’y avoir un gros déficit alimentaire.La production d'agrocarburants entraîne la baisse du nombre de calories alimentaires disponibles, particulièrement en Amérique latine (-8%), Afrique du nord (-6.2%).Ainsi l’utilisation des cultures pour produire de l’agrocarburant augmente le prix de la céréale utilisée pour le faire et diminue l’accès alimentaire de cette ressource.
Culture de micro-algues à Hawaï
LA CULTURE DES MICRO-ALGUES
D’ici quatre ou cinq ans, la recherche aura suffisamment avancé pour mieux réussir à transformer les micro-algues en biocarburant. « C’est une culture qui n’entre pas en concurrence avec l’alimentation humaine, contrairement aux biocarburants d’origine végétale terrestre ». Pour produire tout cela, les algues ont besoin de soleil et de CO2
On entend de plus en plus souvent parler des alternatives possibles à la consommation des ressources fossiles, particulièrement concernant le pétrole brûlé par nos véhicules.Parmi les alternatives on voit apparaître la production de biodiesel par les algues. C’est une solution formidable et écologique puisqu’on produit alors du carburant, sans exploiter les ressources fossiles du sol. On utilise des énergies renouvelables dont les rayonnements solaires pour faire croître les algues. De plus, celles-ci fixent le gaz carbonique.
Néanmoins actuellement, le rendement est assez faible, ainsi on estime qu'il faudrait 9 fois la surface de Paris pour produire avec des algues 0.1% de la consommation mondiale en biodiesel.
LA CULTURE DES MICRO-ALGUES
L'île de la réunion met en place une filière de biocarburants de 3ème génération qui constitue une première mondiale.Cette nouvelle filière s'inscrit dans une vision : celle de parvenir à l'auto suffisance énergétique en 2030. Grâce à ses ressources naturelles (soleil, vent, houle), la Réunion est un territoire privilégié pour développer des énergies renouvelables. Une ambition qui va se concrétiser avec la production de carburant à base d'algues.
LES CONDITIONS DE FORMATION D'UN COMBUSTIBLE FOSSILE
Plantes tropicales fossilisées datées de 300 Ma dans du charbon de l'Illinois (États-Unis)
Rameaux de Mariopteris fossilisées datées de 300 Ma dans du charbon.
On observe donc dans les charbons des traces de végétaux. Cela montre qu'ils sont issus d'une biomasse.
LES CONDITIONS DE FORMATION D'UN COMBUSTIBLE FOSSILE
Au niveau moléculaire, on peut faire le même constat que précédemment. On retrouve des molécules dans le charbon et le pétrole très proches de molécules biologiques.Néanmoins, l'atome d'oxygène est absent des molécules d'hydrocarbures.
Comment l'atome d'oxygène a-t-il disparu ?
LES CONDITIONS DE FORMATION D'UN COMBUSTIBLE FOSSILE
A Graissessac (34) se trouve une ancienne carrière de charbon.On y trouve des restes d'arbres fossilisés et une alternance de couche de charbon et de roches sédimentaires : grès et argile
LES CONDITIONS DE FORMATION D'UN COMBUSTIBLE FOSSILE
Comment expliquer cette alternance de charbons et de roches sédimentaires ?
LES CONDITIONS DE FORMATION D'UN COMBUSTIBLE FOSSILE
1. La biomasse est représentée par une forêt marécageuse située dans un climat chaud et humide. Celle-ci se trouve en bordure d'un bassin sédimentaire.
2. Suite à une montée des eaux, la forêt est détruite. Les débris végétaux se retrouve sous l'eau à l'abri de l'oxydation (ce qui empêche la décomposition).Les bactéries anaérobies peuvent dégrader la matière organique végétale en prélevant l'O et l'N (dégradation biochimique). La MO se transforme en kérogène.
3. La couche de végétaux est recouverte d’une couche de sédiments. Le bassin sédimentaire s'enfonce (subsidence) permettant une augmentation de la température. La dégradation biochimique devient dégradation thermique.
4. Un ralentissement de la subsidence favorise le retour de la végétation.Ce phénomène se répète, expliquant l’alternance des couches de grès (sable sédimenté) ou d’argile et de charbon.
Bassin sédimentaire
LES CONDITIONS DE FORMATION D'UN COMBUSTIBLE FOSSILE
Un exemple d'une vue d'artiste qui représente la forêt marécageuse du Carbonifère (300 Ma) à l'origine des dépôts de charbon
LES CONDITIONS DE TRANSFORMATIONS
Au début de la sédimentation jusqu’à une profondeur d’environ 1 000 mètres sous le plancher océanique, la matière organique contenue dans les boues de sédimentation subit une transformation sous l’action de bactéries anaérobies (vivant en milieu privé d’oxygène). Elles en extraient l’oxygène et l’azote, aboutissant à la formation de kérogène.C'est la dégradation biochimique.
Au fur et à mesure de l’enfouissement il y a augmentation de la pression et de la température. Cette transformation aboutit à la formation de charbon. C’est la dégradation thermique (ou pyrolyse)Le premier stade de pyrolyse conduit à la tourbe. Lors de l'enfouissement, la pyrolyse conduit ensuite à du lignite, puis de la houille, puis de l'anthracite, qui est du carbone presque pur, débarrassé de l'essentiel de son hydrogène.
Il faut des milliers voire des millions d'années pour que la MO se transforme en charbon ou pétrole, il est donc impossible de reproduire lafabrication du charbon comme dans la nature à l'échelle humaine.
LES CONDITIONS DE FORMATIONS DU PÉTROLE
Charbon Pétrole
Points communEnfouissement rapide de matière organiqueDégradation biochimique par des bactéries anaérobies et formation de kérogène.Dégradation thermique lors d'un enfouissement
Différences
Matière organique provenant de végétaux supérieurs (arbre, fougère..)Peu de gaz formé (le grisou)
Formation à forte profondeur
Matière organique planctonique
Beaucoup de gaz
Formation à faible profondeur
Le pétrole se forme entre 1 km et 4 km de profondeur.Cette zone de formation se nomme : la fenêtre à huile.
Fenêtre à huile
LES CONDITIONS DE FORMATION D'UNE NAPPE DE PÉTROLE
Le pétrole après avoir été fabriquée en profondeur s’échappe de la roche ou il a été formé (roche mère) et migre vers la surface. S’il rencontre une couche de roche imperméable (roche piège), il s’accumule dans la roche réservoir et peut alors former une nappe de pétrole.
Couche imperméableSédiments et SablesRoche mère
Roche imperméable :
couverture
Roche mère
Roche réservoir
LES DIFFÉRENTS PIÈGES À PÉTROLE
Piège le long d'une couche imperméable
Piège le long d'une faille
Piège le long d'un dôme de sel
LOCALISATION ET EXPLOITATION D'UNE NAPPE DE PÉTROLE
Géophones
L’étude de la propagation des ondes sismiques (sismique réflexion) en profondeur permet de reconstituer les couches de roches du sous-sol. Les variations de vitesse de ces ondes peuvent indiquer la nature de la couche de roche traversée, et donc les géologues peuvent en déduire si il s’agit ou non de pétrole.Ils reconstituent alors un modèle en 3D des couches traversées pour permettre les forages
CONSÉQUENCES ENVIRONNEMENTALES DE L'EXPLOITATION DES COMBUSTIBLES FOSSILES
En mai 2010, une fuite de pétrole dans le golfe du Mexique a eu lieu suite à la rupture d'une valve anti-explosion à 1500m de profondeur.A l'origine de la plus importante marée noire qui a touché les côtes américaines.Entre 2 à 3 millions de litres de brut par jour pendant 37 jours.
CONSÉQUENCES ENVIRONNEMENTALES DE L'EXPLOITATION DES COMBUSTIBLES FOSSILES
Naufrage de l'Erika en 1999.37000 tonnes de fuel lourd ont été déversés ce qui a entraîné la pollution des fonds marins ainsi que celle de 400 km de côtes françaises (entre le Finistère sud (Lorient) et la Charente maritime (les sables d'Olone)) .
Explosion de la plateforme DeepwaterHorizon (États-Unis, 2010) Cet accident de plateforme a entraîné la fuite de 780 000 m3 de pétrole brut, affectant les écosystèmes marins et côtiers.
CONSÉQUENCES ENVIRONNEMENTALES DE L'EXPLOITATION DES COMBUSTIBLES FOSSILES
Rupture d'oléoduc à Saint-Martin-de-Crau (France, 2009) Lors de cet accident 4 000 m3 de pétrole brut on été déversés sur le sol. Les fuites d’oléoducs et accidents de forage entraînent des pollutions terrestres
Pollution par une centrale au charbon en Chine.
L'AVENIR DES COMBUSTIBLES FOSSILES
Champions de la consommation de pétrole : les Etats-Unis. Avec un peu moins de 5 % de la population mondiale, ils consomment le quart du pétrole produit chaque année. En Asie, c’est l’explosion de la consommation. La Chine a quasiment doublé la sienne en 15 ans, et elle ne s’arrêtera pas là. Durant cette période, la consommation de l’ensemble de la zone Asie-Pacifique a dépassé celle de la zone Amérique du Nord. Avec + 73 % d’augmentation en moyenne en 15 ans, l’Asie fait figure de nouvel ogre pétrolier
L'AVENIR DES COMBUSTIBLES FOSSILES
Au début du 21ème siècle, nous sommes à un tournant. L’exploration de nouveaux gisements n’est plus capable à elle seule de renouveler les réserves. Même si l’on peut encore compter sur une amélioration des récupérations, le pétrole viendra à s’épuiser d’ici quelques décennies. Mais avant cet épuisement, dans l’immédiat, c'est-à-dire d’ici 5 ans pour les pessimistes et d’ici 25 ans pour les plus optimistes, la menace est celle de pénuries : l’offre ne devrait plus être capable de répondre à la demande toujours croissante.
Ce sont donc quelques pays du Moyen-Orient, tous membres de l’OPEP (Organisation des Pays Exportateurs de Pétrole), qui concentrent les 2/3 des réserves mondiales de pétrole. Avec une mention spéciale à l’Arabie Saoudite qui possède presque un quart de ces réserves.
Conclusion logique : le Moyen-Orient, déjà zone stratégique pour la production de pétrole, va le devenir de plus en plus avec les années.
L’après pétrole, cela nous concerne donc dès aujourd’hui. C’est trouver rapidement des énergies de remplacement pour réserver le pétrole qui nous reste à des utilisations « nobles » (fabrication des plastiques, des fibres synthétiques…). Et surtout faire d’importantes économies d’énergie, en particulier dans les pays gros consommateurs.
DES SOLUTIONS…
Algenol estime que leur usine de démonstration serait en mesure de produire annuellement plus de 350 000 litres de biocarburants avec un coût estimé à 1 $ le gallon (3,78 litres).
