Energies fossiles, origine et conséquence de leur

T2 – Chap 1
SVT – 2nde
1. Energies fossiles : origine et conséquence de leur utilisation
Objectifs de la séance
Combustibles fossiles - utilisation des combustibles - Conséquences cycle du carbone
MISSION 1
L’augmentation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère a une conséquence
sur la température globale de la Terre. Or depuis 100 ans, cette concentration
atmosphérique ne cesse d'augmenter.
Vous travaillez au ministère de l’environnement et de l’énergie : vous devez
réaliser un schéma montrant les conséquences des actions anthropiques
sur le cycle du carbone et notamment la concentration en CO2 atmosphérique.
Document commun : Le carbone stocké et échangé sous différentes formes sur Terre
Le CO2 atmosphérique n’est qu’une des formes chimiques sous laquelle se trouve le carbone sur notre
planète. Cet élément chimique est stocké sous d’autres formes dans plusieurs compartiments terrestres
qualifiés de réservoirs de carbone. Les principaux réservoirs de carbone sont : la lithosphère
(450 000 000 Gt de carbone), l’hydrosphère (38 000 Gt de carbone), l’atmosphère (800 Gt de carbone)
et la biosphère (2300 Gt de carbone). Les molécules carbonées sont soumises à des échanges
permanents entre ces réservoirs où elles séjournent pendant des durées très variables appelés temps de
séjour. Ces transferts impliquent des processus divers dont la vitesse est mesurée par des flux de
carbone annuels (Gt de carbone/an).
(d’après Belin 2010)
1ère PARTIE : PHASE D’EXPERT : le groupe envoie un expert dans chaque atelier
20 min
LISTE DES ATELIERS (indiquer pour chacun le nom de l’expert)
ATELIER 1
ATELIER 2
Biosphère-atmosphère
Biosphère-lithosphère
ATELIER 3
Atmosphère-hydrosphère
et atmosphère-lithosphère
ATELIER 4
Activités anthropiques
GUIDE POUR LES EXPERTS




identifier les réservoirs impliqués parmi les 4 précisés dans le document 1
identifier le sens des flux de carbone entre les réservoirs impliqués
nommer chaque flux de carbone de manière rigoureuse
préciser l’ordre de grandeur du temps nécessaire pour les échanges :
 rapide = de l’ordre de l’instantané
 lent = de l’ordre du million d’années
2ème PARTIE : MISE EN COMMUN ET PRODUCTION
40 min
Chaque expert retrouve son groupe. Ensemble, vous reconstruisez le cycle du carbone naturel et les impacts des
actions anthropiques pour répondre à la mission.
Capacités
Comprendre,
s’exprimer en
utilisant les
langages
mathématiques,
scientifiques et
informatiques
Critères de réussite
Niveau de maitrise
Insuffisant
Fragile
Satisfaisant
Excellent
□ titre et légende
□ les réservoirs sont tous présents et
□ la taille des réservoirs est précisée
□ les flux de carbone entre les réservoirs sont
correctement placés et chaque flux est nommé




atmosphère-hydrosphère
atmosphère-lithosphère
biosphère-atmosphère
biosphère-lithosphère
□ l’ordre de grandeurs des échanges est précisé
□ les actions anthropiques sont correctement
placées
□ la conséquence de ces actions de l’Homme est
mise en évidence dans le schéma
0-1
2-3
4-5
6-7
critère
critères
critères
critères
ATELIER 1 : BIOSPHERE-ATMOSPHERE
Le rouge de Crésol est un composé chimique dont la couleur varie en fonction de la teneur en dioxyde de carbone :
 jaune : milieu riche en CO2
 rose/violet : atmosphère terrestre
 rouge foncé : milieu appauvri en CO2
On réalise l’expérience présentée ci-dessous.
Lots
LOT 1
LOT 2
LOT 3
Composition du
lot
rouge de Crésol
rouge de Crésol +
salade
rouge de Crésol +
champignon*
Résultats après
1h30
(= couleur du rouge de
Crésol)
rose-violet
rouge foncé
jaune
* : le résultat est le même si on place un morceau de viande ou
des bactéries
Aide :
 la respiration est un métabolisme pratiqué par tous les êtres vivants. Elle leur permet de produire de
l’énergie.
 la photosynthèse est un métabolisme énergétique pratiqué par les êtres vivants chlorophylliens uniquement.
Elle leur permet de fabriquer leur propre matière organique à partir de matière minérale et grâce à l’énergie
de la lumière.
ATELIER 2 : BIOSPHERE-LITHOSPHERE
Les roches carbonées , comme les combustibles fossiles, sont issues de la fossilisation de la matière organique
végétale qui compose la biosphère. Il y a donc bien échange de carbone de la biosphère vers la lithosphère mais cet
échange nécessite des millions d’années.
Les roches carbonatées comme le calcaire sont des roches sédimentaires composées majoritairement de carbonate
de calcium (CaCO3-). Le calcaire se forme essentiellement en milieu marin, par accumulation des débris de coquilles.
Certains organismes marins utilisent le calcium dissout dans l'eau (Ca2+) et l'hydrogénocarbonate (HCO3-) issu du
CO2 dissout dans l’eau également pour former leurs coquilles.
Ces coquilles sont ainsi constituées de carbonate de calcium (CaCO3-).
Ca2+ + 2 HCO3- ———> 2 CaCO3- + 2 H2O + 2 CO2
A la mort de ces animaux, les coquilles s'accumulent sur le fond marin formant des boues carbonatées. Elles se
transforment en roche calcaire grâce à la pression et au temps (plusieurs millions d'années). Les roches carbonatées
sont donc issus la sédimentation de coquilles d’êtres vivants.
Calcaire à foraminifères au microscope optique
Les foraminifères sont des eucaryotes unicellulaires
possédant une coquille de carbonate de calcium
Droits réservés - © 2008 ENS Lyon / Damien Mollex
ATELIER 3 : ATMOSPHERE-LITHOSPHERE et AMMOSPHEREHYDROSPHERE
ATMOSPHERE-LITHOSPHERE
La lithosphère relâche du carbone dans l’atmosphère selon deux processus :
 le volcanisme qui libère brutalement une quantité importante de carbone, sous forme de CO 2, de manière
ponctuelle.
 l’érosion/altération des reliefs, notamment les reliefs composés de calcaire et silicates, qui prélève du
carbone à l’atmosphère.
ATMOSPHERE-HYDROSPHERE
On fait bouillir de l’eau et on ajoute de l’eau de chaux :
 soit immédiatement après
 soit au bout de 48 heures
Résultats de l’expérience
Note :
 faire bouillir de l’eau provoque un dégazage de l’eau qui ne contient alors
plus de gaz.
 l’eau de chaux devient trouble en présence de CO 2 même si celui-ci est
dissous dans l’eau
Le carbone se retrouve sous diverses formes dans l’hydrosphère : en effet en milieu aqueux le CO2 est en équilibre
avec les formes hydrogénocarbonate (HCO3−) et ion carbonate (CO32−).
ATELIER 4 : ACTIONS ANTHROPIQUES
La déforestation par les feux de forêts (combustion de matière organique) participe activement à l’apport de CO 2
dans le réservoir atmosphérique.
On réalise l’expérience ci-dessous :
Montage expérimental montrant l’effet de la combustion d’un morceau de charbon
Rappel : l’eau de chaux se trouble en présence de CO 2
Q. A l’aide du document ci-dessous, répondre à la question suivante : est-ce que le cycle naturel du carbone peut
compenser les échanges liés à l’activité humaine ?
Document : le cycle naturel est-il équilibré ou déséquilibré actuellement ?
Le flux de carbone associé à la déforestation est d’environ 1,64 Gt/an tandis que
le flux de carbone associé à la combustion des combustibles fossiles est
d’environ 5,4 Gt/an.
Une partie du surplus de CO2 peut être absorbée par les océans (dissolution) à
hauteur de 1,9 Gt/an environ ou par la photosynthèse des organismes végétaux
(biosphère) à hauteur de 1,9 Gt/an.
T2 – Chap 1
1. Energies fossiles : origine et conséquence de leur utilisation
Objectifs de la séance
SVT – 2nde
Combustibles fossiles - utilisation des combustibles - Conséquences cycle du carbone
Un combustible est une matière qui peut brûler pour produire de l’énergie. Les combustibles fossiles (pétrole, charbon,
gaz) sont issus de la fossilisation d’une biomasse végétale sur des millions d’années. Ils sont riches en carbone et ce
sont des roches carbonées.
On trouve des indices de cette matière organique végétale dans les combustibles fossiles : fossiles de feuilles/troncs
dans le charbon, molécules proches de la chlorophylle dans le pétrole par exemple.
Pour obtenir un combustible fossile, plusieurs conditions sont nécessaires :
1. la production d’une grande quantité de biomasse
2. des conditions géologiques particulières : la biomasse doit être recouverte par des sédiments et ne pas être
décomposée
3. il doit y avoir une subsidence (enfoncement) de cette biomasse. Cet enfouissement augmente la température et la
pression, ce qui transforme progressivement cette matière organique en combustible fossile.
Le charbon (combustible solide) est issu d’une matière continentale : des débris de végétaux terrestres déposés dans
des lacs, lagunes ou marécages alors que le pétrole (combustible liquide) et le gaz naturel (combustible gazeux) sont
issus d’une matière océanique : le phytoplancton déposé au fond des océans.
La connaissance du mode de formation des combustibles fossiles permet de découvrir les gisements et de les exploiter.
L’utilisation de combustibles fossiles libère de l’énergie, mais libère également du CO 2 dans l’atmosphère tout comme la
déforestation.
L’augmentation rapide de la concentration de CO 2 dans l’atmosphère est liée aux activités humaines et interfère avec le
cycle naturel du carbone.
Le cycle naturel du carbone indique les flux de carbone dans ses différents réservoirs (atmosphère, biosphère,
hydrosphère, lithosphère). Ce cycle est normalement équilibré mais à cause des activités anthropiques, il est aujourd’hui
perturbé et on observe une accumulation rapide de CO 2 dans l’atmosphère, ce qui va avoir une conséquence sur le
réchauffement de la planète.
LES CONNAISSANCES, ce que je dois connaître
Energies fossiles : origine et conséquence de leur formation
□ Définir un combustible fossile
□ Donner des exemples d’indices montrant qu’ils sont issus d’une biomasse végétale
□ Expliquer la formation d’un combustible fossile
□ Expliquer la différence entre le charbon et le pétrole
□ Donner deux actions anthropiques actuelles qui interfèrent avec le cycle naturel du carbone
□ Expliquer la conséquence de ces actions anthropiques