Chapitre n°1 - Le soleil : une source d’énergie essentielle

I) Le soleil : source d’énergie à l’origine de la production de biomasse

Question n° 1 : Comment les végétaux peuvent-ils produire eux-mêmes leur matière organique ?

La matière organique correspond à la matière qui compose les êtres les êtres vivants. Elle est produite par les feuilles de végétaux grâce à un processus de fabrication appelé photosynthèse. L’équation bilan simplifiée de la fabrication d’une molécule de glucose par photosynthèse s’écrit donc :

Lumière

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 (glucose) + 6 O2

Pour produire leur matière organique, les végétaux ont donc besoin d’un sol dans lequel ils prélèvent l’eau et des minéraux et de dioxyde de carbone prélevé dans l’air par les feuilles. L’énergie lumineuse captée par la chlorophylle (pigment de couleur verte) est transformée en énergie utilisable par les cellules végétales pour réaliser des réactions chimiques permettant la production de molécules organiques glucidiques (sucres) à partir d’eau (H2O) et de dioxyde de carbone (CO2). La production de matière organique par photosynthèse s’accompagne de la libération de dioxygène (O2). La fabrication de matière organique n'est donc pas possible en absence d’énergie lumineuse.

Les végétaux chlorophylliens sont des producteurs primaires et leur matière organique sera ensuite utilisée par les producteurs secondaire (être vivant qui va à son tour produire de la matière organique et de l’énergie en utilisant celle produite auparavant par les producteurs primaires) : un cycle se forme ainsi, que l'on appelle réseau alimentaire (suite de relations alimentaires existant entre les êtres vivants : chaque être vivant mange celui qui le précède). La biomasse désigne l’ensemble de la matière organique produite dans un milieu donné (végétale, animaux, fongiques = champignons, bactéries…) qui peut devenir une source d’énergie par combustion comme le bois après des transformations.

Les végétaux et animaux non consommés par des producteurs secondaires meurent et sont en grande partie dégradés en matière minérale par des décomposeurs, notamment des bactéries et champignon du sol. Cette matière minérale est ensuite utilisée par les végétaux chlorophylliens pour produire leur matière par photosynthèse.

Transition : la matière organique des végétaux morts non dégradées car enfouies se transforme en combustibles fossiles

II) Le soleil, source d’énergie passée à travers les combustibles fossiles

Question n°2 : Comment les combustibles fossiles se forment-ils ?

La formation d’énergie fossile est due à la décomposition des végétaux depuis des millénaires, ce qui a formé des réserves naturelles. En effet, on remarque la présence de restes organiques dans les combustibles fossiles (charbon, pétrole) cela résulte de la fossilisation d’une biomasse produite il y a plusieurs millions d’années par des organismes chlorophylliens : brûler un combustible fossiles renvient en réalité à utiliser une énergie solaire du passé.

· Formation du charbon

Le charbon provient de la transformation de matière organique végétale, sa formation a débuté il y a 360 millions d’années dans les zones marécageuses. Les ressourcent s’épuisent de plus en plus et elles sont non-renouvelables.

· L’origine du pétrole

Le pétrole brut est un mélange de molécules riches en carbone et en hydrogène (hydrocarbures) à l’état liquide, solide et gazeux. Il se forme à partir d’un enfouissement de la matière organique (principalement de micro-organismes d’origine végétale (phytoplancton)) dans les mers et les océans. Il met plusieurs millions d’années à se former. A ce rythme d’ici, quelques années, les réserves seront épuisées.

Lors de la combustion de ces énergies fossiles, un gaz se crée : c’est du CO2. On peut donc conclure que ces énergies fossiles polluent et mettent énormément de temps à se renouveler. Il faut donc éviter d’en consommer pour ne pas polluer l’atmosphère et trouver d’autres alternatives pour nos activités. Les rejets de CO2 vers l’atmosphère liés à l’utilisation des combustibles fossiles par l’Homme perturbent le cycle du carbone : une partie de ces rejets est absorbée par la végétation et les océans (qui sont des puits de carbone), et l’autre s’accumule dans l’atmosphère. Ceci :

- accroit l’effet de serre naturel et entraine un réchauffement climatique de la planète ;

- acidifie les océans, suite à l’absorption du CO2, ce qui fragilise les écosystèmes marins et menace la biodiversité océanique.

III) Le soleil : source d’énergie à l’origine du cycle de l’eau et des mouvements atmosphérique et hydrosphérique

Question 3: Comment peut-on économiser les énergies fossiles afin de subvenir à nos besoins futurs ?

Afin d’économiser les énergies fossiles, il est nécessaire de les remplacer par des énergies renouvelables comme le vent, le soleil, les courants marins. L’énergie solaire a une place importante dans l’équilibre de la planète. En effet, la Terre étant ronde, la quantité d’énergie solaire n’est pas équitablement répartie : elle est plus intense à l’équateur et moins intense au niveau des pôles. Cette répartition de l’énergie est à l’origine des vents, des courants marins et du cycle de l’eau.

Schéma sur la répartition de l’énergie solaire.

En effet, l’air étant chauffé au niveau de la zone équatoriale devient moins dense (« moins lourd »), il va donc avoir un mouvement ascendant : on parle de basse de pression. Au niveau d’autres zones, l’air froid descend des hautes altitudes vers le sol (mouvement descendant) : on parle de haute pression. Cette différence de pression génère des mouvements d’air horizontaux des zones de haute pression vers les zones de basse: les vents. L'échauffement de l'air par l'intermédiaire du sol est dû à l'énergie solaire reçue (moins de 1% de l’énergie solaire est utilisé pour la photosynthèse). (même principe avec l’eau)

Schéma sur la formation des vents.

L’énergie solaire est aussi responsable du cycle de l’eau. L’eau s’évapore grâce à la chaleur et circule, sous forme de vapeur, grâce aux vents. Les précipitations, l’écoulement par gravité permettent le retour de l’eau dans les bassins océaniques.

Utiliser l’énergie des vents (éolienne) et des courants marins (hydrolienne) revient indirectement à utiliser l’énergie solaire.

Chapitre n°2 : Nourrir l’humanité en cultivant les sols

I) L’agriculture : une autre source d’énergie, d’origine chimique, essentielle pour la société humaine

Question 4: Sachant qu'il y a 1 milliards d'hommes sous-alimentés à l'avenir, comment ferons nous pour nourrir 9 milliards d'hommes en 2050?

Tous nos aliments proviennent, directement ou non, de la photosynthèse. Pour répondre à l’augmentation de la demande alimentaire, les pratiques agricoles s’intensifient et de nouvelles terres sont mises en culture. L’agriculture permet à l’humanité de se nourrir mais elle perturbe les écosystèmes naturels : elle est pour cette raison la principale cause de diminution de la biodiversité (ex : l’utilisation de pesticides pour lutter contre les parasites des cultures modifient la biodiversité naturelle du milieu). Bien que les cultures hors sol se développent, l’essentiel de la production agricole se fait et se fera longtemps au champ.

1) Eaux et sols, deux ressources essentielles

* L'eau est une ressource essentielle à la vie, il faut savoir qu'aucune récolte n'est possible sans eau. Dans les régions où les précipitations sont insuffisantes, on a recours à l’irrigation.

En Jordanie, on constate que l'irrigation a permis de faire pousser des plantations où, sans eau, elles n'auraient pas pu pousser, ce qui prouve que l'eau est essentielle à la culture.

http://desencyclopedie.wikia.com/wiki/Fichier:Agriculture-irrigation-wadi-rum%2Ben%2BJordanie%2B(YA%2BBertrand).jpg

* Le sol est le support des cultures, il est donc indispensable à la culture.

Les types de sol: l'humus ou terreau, l'argile, le sable, la terre...

Un sol adapté à la culture ne doit pas être trop sec, trop froid, trop humide... il doit être épais, riche et sur une surface plane.

Pour être cultivable, un champ doit présenter de nombreuses qualités :

· Etre suffisamment profond, aéré et pas trop compact pour que les racines puissent s’y enfoncer ;

· Contenir des substances nutritives et de l’eau en quantité suffisante ;

· Ne pas contenir d’éléments chimiques nuisibles aux cultures (sel, aluminium…)

Un exemple de sol infertile à toute culture en Tunisie.

source: encyclopédie larousse

2) Des ressources limitées et inégalement réparties

L'eau est très inégalement répartie dans le monde.

Plus de 2/3 des sols de notre planète sont impropres à l'agriculture (trop froid, trop sec, trop en pente, pauvres...)

eco-fr,monsite,com

Seulement moins d'1/3 des sols de notre planète sont cultivables avec des terres arables dans des milieux humides.

UVED-cours

A l’échelle planétaire, les réserves en terres cultivables et en eau semblent suffisantes pour compenser la croissance démographique. Ce qui n’est pas toujours le cas à l’échelle régionale. L’Asie du sud ou le Proche-Orient exploitent déjà la quasi-totalité des sols aptes à l’agriculture et plus de 40 % de leurs ressources en eau renouvelables. On estime qu’en 2030, un pays de développement sur cinq sera confronté à des pénuries d’eau.

De nombreux problèmes interviennent dans l'exploitation des sols: la qualité des sols (80% des sols sont non productifs), l'urbanisme (de nombreux sols sont productifs mais ils sont exploités par l'urbanisme), et la disponibilité en eau (1ere carte).

3) La biomasse végétale, source d'aliments et d'énergie

L'agriculture assure principalement l'alimentation des humains mais elle peut aussi fabriquer du carburant que l'on appelle des agrocarburants.

L'agriculture (culture, élevage, pêche, aquaculture,...) est actuellement la principale source de nourriture pour les humains, elle nourrit 90% de la population mondiale, le reste de la population peut être nourri grâce à des agricultures sauvages, non gérées.

Les agrocarburants subviennent au manque des énergies fossiles (pétrole...), seulement ils exigent une énorme demande de production agricole en France, par exemple il faudrait dédier 23 % du territoire français à la culture de la betterave (principal acteur dans la production d'agrocarburants) si on voulait couvrir uniquement les besoins du transport routier.

La production d'agrocarburants dans le monde

maxicours.com

Le développement de la production d'agrocarburants entre en concurrence avec la production d'aliments:

· Réduction de la surface cultivée pour couvrir les besoins alimentaires.

· nécessité de nourri 9 M d'hommes mais énergies fossiles bientôt épuisées.

Définitions:

biomasse: La biomasse est l'ensemble de la matière organique d'origine végétale ou animale.

agrocarburants (ou biocarburants):carburant produit à partir de matériaux organiques non fossiles, provenant de la biomasse.

Bilan: Pour nourrir 9 milliards d'hommes en 2050, il va donc falloir accroître la production agricole. Les principaux acteurs de la production agricole sont la qualité et la quantité de sols et d'eaux, pour augmenter la production agricole il faudrait donc développer des cultures plus rapides en prenant en compte les nombreux enjeux environnementaux.

II) La gestion des sols

Question 5: Comment l’Homme peut-il satisfaire tout ses besoins sans abimer le sol ?

1) La composition du sol

Il existe différents sols selon la nature des roches, la couverture végétale et les climats. Le sol est divisé en 5 couches (horizons), la première appelée « litière » est celle qui se trouve à la surface : on y trouve des résidus végétaux. L'humus est la couche se trouvant juste en dessous, celle-ci est composée d'une terre très noire se formant avec la décomposition des végétaux et des animaux. Elle est riche en nutriments, utile pour le développement des végétaux. On trouve ensuite le sous-sol pauvre en humus et en êtres vivants. La dernière couche est la roche mère, est uniquement minérale et on y trouve aucune trace de vie.

Coupe schématique d’un sol

Dans un mètre cube de terre on trouve 260 millions de minuscules animaux indispensable à l'équilibre du sol. On y trouve aussi d'autres êtres vivants tels que des champignons, virus et bactéries.

2) Rôle du sol

Le sol est une ressource riche en biodiversité surtout dans l'humus. Il est indispensable au développement des plantes. Il leur apporte l'azote, le phosphore et le potassium nécessaire à leur croissance. Le sol sert de tampon il permet de filtrer l'eau et de la rendre potable. Il empêche les inondations, il nous sert principalement à nous nourrir. Nous cultivons 12 % des terres émergées. Il nous fournir un support pour les bâtiments et les matériaux qui les constituent.

3) Dégradation du sol

La dégradation est due surtout à l'Homme. Il le dégrade surtout à cause de l'agriculture en utilisant des engrais et des pesticides. Les tracteurs sont la cause des tassements du sol ce qui empêche l'eau et l'air de passer donc les végétaux de pousser. Les sols laissés nus après diverses perturbations (déforestation et incendies) provoquent l'érosion du sol puisque le ruissellement de l’eau entraine la terre avec elle. Les rejets d'objets dans la nature et les véhicules sont également des causes de la pollution des sols. La construction de bâtiments, de routes couvrent le sol et le condamnent à mort. D'après FAO plus de la moitié des sols sont déjà dégradés.

4) Solutions pour le préserver

Il faut surveiller les taux de pH des sols pour pouvoir choisir les cultures les plus adaptés à ceci. Pour dépolluer il existe plusieurs traitements : le traitement physico-chimique permet de stabiliser les polluants en utilisant des agents chimiques. Le traitement biologique avec l'apport l'oxygène stimule le développement des micro-organismes qui permettent la dégradation des polluants du sol. Mais cela ne suffira pas il faut aussi aménager les sols cultivés en terrasse (végétaux toute l'année), un apport raisonné en minéraux, un labourage réduit, une irrigation maîtrisée et une utilisation de fertilisant organique.

Bien adapter l’occupation des sols (choix des cultures, choix au niveau de l’urbanisation…) est la meilleure façon de les protéger. Une prise de conscience au niveau mondiale est nécessaire et une gestion durable des sols représente un enjeu majeur pour l’Humanité.