2nd TP n°1 - Sciences de la Vie et de la Terre, Biologie Géologie

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TP n°1: La Terre, une planète habitée
Lors du développement du programme Appolo, la NASA se préparait à envoyer des astronautes sur la Lune qui
allaient y collecter des échantillons et les ramener sur Terre. N’y avait pas un risque que ces échantillons
contiennent des micro-organismes lunaires, susceptibles d’interagir avec la vie terrestre et la mettre en péril ?
Ainsi, la NASA a constitué un groupe de travail pour étudier cette question et fut introduit le mot « exobiologie
(astrobiologie) » pour désigner la science qui s’intéresse à la vie extraterrestre. Depuis, le domaine de
l’exobiologie
a largement
évolué,
sous l’impulsion
de
microbiologistes
mais
aussi de chimistes
et
d’astrophysiciens. Elle se définit actuellement comme : l’étude de l’origine, de la distribution et de l’évolution de
la vie dans l’Univers, ainsi que des processus et structures qui sont liés à la vie. C’est une science en plein essor…
De nombreux articles scientifiques sont publiés. Pour la Science, septembre 2015 :
« L’exoplanète Kepler-452b, découverte en juillet, se distingue de la Terre par peu de choses. Elle est située
dans la zone habitable- la région autour de l’étoile où l’eau est susceptible d’être liquide. Et contrairement aux
autres planètes connues dans cette zone, Kepler-452b est en orbite autour d’une étoile similaire au soleil. La
durée de sa révolution est de 385 jours. La différence la plus marquée est sa taille : un diamètre 60% plus
important que celui de la Terre. La composition rocheuse de cette super-Terre reste à confirmer. »
Problème posé : Quelles sont les particularités de la Terre ayant permis le développement de la vie à sa
surface ?
Compétences :
Extraire et organiser des informations pour comparer les caractéristiques des

planètes du système solaire (logiciel) et dégager les singularités de la Terre.
Extraire et analyser des informations pour relier les particularités de la planète

Terre à sa masse et sa distance au soleil et définir une zone d’habitabilité autour des étoiles.
Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : rédiger un rapport écrit et réaliser un

graphique (fiche méthode).

Exploiter un graphique.

Savoir les particularités de la Terre lui permettant d’être habitée.
Ressources :
-
Documents.
Logiciels : RAYSOL, CELESTIA
Animation effet de serre (biologie en flash)
Diaporama : photos télescope Hubble.
Site :
www.cnrs.fr/sciencesdelaterreaulycee/.htm
Matériel :
-
Matériel informatique.
Activité 1 : la Terre, une planète singulière parmi les autres planètes du système solaire.
Vous êtes exobiologiste (astrobiologiste) à la NASA, utilisez l’ensemble des documents et logiciels disponibles
pour expliquer sous forme d’un rapport scientifique (structuré):
-
Pourquoi la Vie est présente sur Terre soit les particularités de notre planète et ainsi ses conditions
favorables à la vie (documents 1 à 3).
-
Pourquoi Mars a été habitable et ainsi, pourquoi des missions Martiennes, pour la recherche de traces
d’une vie passée ou encore présente, sont prévues (documents 3 à 4).
1
Vous pouvez télécharger le logiciel Celestia (à la maison), simulateur spatial libre permettant d’observer le
système solaire et le reste de l’univers en temps réel, ceci en 3D.
Activité 2 : Devoir maison. Fiche méthode.
Des calculs ont permis de déterminer la température théorique à la surface des planètes en fonction de leur
distance. De nombreuses missions ont permis à l’aide de sondes spatiales de mesurer la température réelle
régnant à la surface des planètes. Les résultats sont dans le tableau ci-dessous :
Mercure
Vénus
Terre
Mars
1.
Distance au Soleil
(en UA)
0.4
0.7
1
1.5
Température théorique
(en °C)
+180
+30
-17
-60
Température mesurée
(en °C)
+180
+460
+15
-50
Réaliser un graphique avec une courbe représentant la température théorique à la surface des planètes
en fonction de la distance au Soleil. Tracer sur ce même graphique la courbe représentant la
température mesurée en fonction de la distance au Soleil (numéroter les courbes et indiquer le nom des
planètes pour qu’elles soient repérables). Vous pouvez faire le graphique soit sur du papier millimétré
soit avec un outil informatique (logiciel de votre choix Excel, Word…).
2. Exploiter le graphique.
2
Document 1 : les particularités de la Terre
1.
Ouvrir le logiciel RAYSOL :
a. Cliquer sur :
 LE SYSTEME SOLAIRE
 LES PLANETES DU SYSTEME SOLAIRE
 AFFICHER LA PHOTOGRAPHIE
 CARACTERES DES PLANETES
b. Compléter le tableau (p3) des paramètres physico-chimiques des planètes du système solaire. Vous
pouvez également cliquer sur comparer les planètes : des graphiques explicites sont disponibles.
c. Cliquer sur :
 LE SYSTEME SOLAIRE
 L’EAU ET LES PLANETES DU SYSTEME SOLAIRE.
Des simulations de situations expérimentales (conditions de pression et température) vont permettre de
savoir l’état de l’eau voire de son existence éventuelle sur les planètes du système solaire.
d. Placer sur le graphique ci-dessous « les états de l’eau sur les planètes telluriques selon les conditions de
pression et de température » des différentes planètes.
e. Cliquer sur
 LE SYSTEME SOLAIRE
 L’ETOILE SOLEIL
f. Relever la composition du soleil, l’origine de l’énergie solaire, son âge, le type d’étoile par son
rayonnement (important pour comprendre le graphique zone d’habitabilité).
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2. Tableau des paramètres physiques des planètes du système solaire.
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Distance au
Soleil
(en millions de
km)
Diamètre
(en km)
Masse
(fois la Terre)
Masse
volumique
(en g/cm3)
Température
moyenne de
surface
(°C)
Pression
atmosphérique
Moyenne
(en Pa)
Durée de
révolution
(en jours)
Durée de
rotation sur
elle-même
(en jour)
Composition
chimique
globale
Gravité
(en m/s2)
Composants
majoritaires
atmosphériques
Les astronomes utilisent l’unité astronomique (UA) comme mesure de distance. 1 UA est égale à une fois la
distance Terre/Soleil : 1UA= 150 millions de kms.
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Document 2 : Les conditions terrestres favorables à la vie.
1. Présence d’une atmosphère.
Selon une hypothèse assez communément admise, l’orbite devenue chaotique d’une planète naissante de la taille
de Mars, baptisée Théia, aurait percuté la Terre, il y a 4,526 milliards d’années. Sous la violence du choc, son
noyau ferreux aurait plongé au cœur de notre planète, tandis que le reste de la planète, ainsi qu’une partie du
manteau terrestre, auraient été éjectés dans l’espace. Ce matériau en orbite autour de la Terre se serait petit
à petit éloigné pour finir par donner naissance à notre satellite, la Lune, à quelque 22 500 km (contre près de
384 000 km aujourd’hui). (De Wever P. Beau livre de la Terre)
La force gravitationnelle (1,62 m/s2) de la Lune, trop peu massive (3476 km de diamètre), n’est pas suffisante
pour retenir les éléments légers de l’atmosphère (atmosphère quasi-inexistante).
Photographie prise par la mission Appolo 8 le 23 décembre 1968
2. Effet de serre : voir animation biologie en flash.
La température moyenne de la Terre est de 15°C contre -17°C sur le Lune. Pourtant, la planète et son satellite
sont à égale distance du soleil et reçoivent une énergie identique pour une valeur de surface donnée. Pourquoi ne
sont-elles pas à la même température ? L’atmosphère de la Terre, contrairement à la Lune, génère un
réchauffement de la surface par effet de serre. Sans cet effet de serre, la vie ne serait peut-être pas possible
sur Terre. Les principaux gaz à effet de serre présents dans l’atmosphère de la Terre sont le dioxyde de
carbone (CO2), le méthane (CH4), l’ozone (O3) et la vapeur d’eau.
3. L’oxygène, une particularité exploitée par les formes de vie actuelle.
La respiration, grâce au dioxygène, permet une production d’énergie utilisable par les cellules de la quasitotalité des êtres vivants (voir êtres vivants dits « extrêmophiles »).
Dans la haute atmosphère, entre 20 et 30 km d’altitude, le dioxygène se transforme en OZONE (O3) sous
l’effet des rayons ultraviolets du soleil. Les molécules qui constituent la matière vivante (protéines, ADN…) sont
photosensibles, c’est-à-dire qu’elles réagissent à la lumière et peuvent être détruites par certains rayonnements
comme les ultraviolets. Ainsi, l’ozone en absorbant une grande partie des rayons ultraviolets, protège les
organismes vivants de leurs effets délétères.
Vers – 600 millions d’années, un premier seuil d’oxygène, et donc d’ozone, est atteint correspondant à une
explosion de la diversité marine. Un autre seuil, équivalent à l’actuel, sera atteint vers -400 millions d’années. Il
correspond précisément à la sortie des eaux des premiers arthropodes terrestres !
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4. Eau liquide, milieu de vie
On sait aujourd’hui que c’est dans l’eau liquide que la vie a pu apparaître. L’eau, composant majoritaire des êtres
vivants permet que des molécules organiques simples régissent chimiquement ensemble et se transforment en un
agencement ordonné de molécules incroyablement complexes : un être vivant !
Document 3 : Détermination d’une zone d’habitabilité autour d’une étoile.
Si vous observez attentivement les étoiles à l’œil nu, vous pourrez constater qu’elles ont différentes couleurs,
les plus courantes étant rouge, orange, jaune, blanc et bleu clair. La couleur d’une étoile nous renseigne sur sa
température de surface et de son âge. Sur la constellation d’Orion ci-dessous, vous pouvez observer deux
étoiles : Bételgeuse (supergéante rouge) de couleur rouge orangé (32OO°C) et Rigel de couleur bleu blanc (1O
700°C).
Le soleil « notre étoile », après avoir consommé tout son hydrogène, va devenir plus grande, plus froide et donc
de couleur rouge soit « une géante rouge ». Notre planète…
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Document 4 : CAP SUR MARS
Au XIXème siècle, on a cru voir des traces de vie sur Mars. C’était une erreur, et pourtant. Les engins envoyés
depuis 40 ans, au cours des différentes missions, ont révélé que la planète a bien été, par le passé, propice à
l’apparition de la vie. Les rendez-vous se sont succédé et l’on a découvert de l’eau liquide, des argiles, les traces
de fleuves et de lacs. Les instruments en orbite depuis plus de dix ans ont montré que la glace d’eau forme sur
Mars des glaciers depuis plus de trois milliards d’années, qu’elle se cache encore aujourd’hui dans les sols et
sous-sols des moyennes et hautes latitudes, et qu’elle pourrait même encore fondre localement. Des petites
vallées se branchent sur des plus grandes, jusqu’à rejoindre une vallée principale (comme sur Terre les rivières
rejoignant les fleuves). Mieux, les agences spatiales espèrent d’ici 2020 rapporter des échantillons et préparer
des voyages habités. A suivre…
Pour la Science Juillet 2014
Différentes photos prises par sondes spatiales et satellites martiens en orbite.
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