La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant - SVT Seconde

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Cours complet de Sciences de la vie et de la Terre sur la Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant. Le cours est composé de trois grandes parties : la Terre dans le système solaire, les particularités de la planète Terre et la zone habitable autour d'une étoile.

Publié le : lundi 16 décembre 2013
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Seconde 2011-2012
Fabien DUBOIS
Thème 1 : La Terre dans l'Univers, la vie et l'évolution du vivant.
Chapitre 1 : La Terre, une planète habitable. SOMMAIRE
1- La Terre dans le système solaire :
1-1 : Le Soleil, étoile centrale du système solaire :
1-2 : Les autres composants du système solaire :
1-2-1 : Une planète est un corps céleste, qui :
a- Les planètes telluriques : Mercure, Vénus, Terre, Mars
b- Les planètes gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune
1-2-2 : Une "planète naine" est un corps céleste
1-2-3 : Les astéroïdes et les comètes
1-3 : Distance de la planète au Soleil et énergie reçue
2- Les particularités de la planète Terre :
2-1 : Distance et température d'une planète
2-2 : La présence d'une atmosphère
2-3 : L'effet de serre et la température en surface de la Terre
2-4 : La présence de dioxygène libre dans l'atmosphère
2-5 : La présence d'eau liquide
3- La zone habitable autour d'une étoile
1
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1- La Terre dans le système solaire :
Fabien DUBOIS
Le système solaire fait partie d'une galaxie de l'Univers appelée Voie Lactée. Une galaxie comprend environ 200 milliards d'étoiles, de poussières et de gaz regroupés en une sorte d'immense disque.
1-1 : Le Soleil, étoile centrale du système solaire :  
Le système solaire comprend une étoile : le Soleil. C'est une étoile naine jaune-orange de 700 000 km de rayon et de masse 1,9,1030kg (soit 31,6,104fois la masse de la Terre). Le Soleil est constitué de 92,1% d'hydrogène et de 7,8% d'hélium. Sa température est de 6000 kelvin (environ 6273°C) en surface et de 15,106kelvin en son centre. Il se déroule en son cœur des réactions thermonucléaires qui dégagent de grandes quantités de chaleur : 4 atomes d'hydrogène fusionnent pour donner 1 atome d'hélium ainsi qu'une énorme quantité d'énergie.
Sites consultables : http://system.solaire.free.fr/soleil.htm http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/univers-1/d/soleil 3727/ _
1-2 : Les autres composants du système solaire :
L'union Astronomique Internationale (UAI) s'est longuement penchée sur la définition des planètes lors de sa 26èmeassemblée générale qui s'est tenue à Prague du 14 mai au 25 août 2006. Il devenait en effet urgent que la nomenclature des objets reflète l'ensemble des corps que les performances des instruments actuels nous permettent de détecter dans le Système solaire, alors que celle-ci était restée pratiquement figée depuis l'antiquité, lorsque que le mot "planète" désignait étymologiquement tout "vagabond" du ciel, c'est-à-dire les points de lumière qui bougeaient par rapport aux étoiles. En conséquence, l'Union Astronomique Internationale a décidé de répartir les corps de notre Système solaire en trois grandes catégories distinctes.
1-2-1 : Une planète est un corps céleste, qui :
a. Est en orbite autour du Soleil ; b. Possède une masse suffisante pour que sa gravité l'emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique, sous une forme presque sphérique ; c. A éliminé tout corps susceptible de se déplacer au voisinage de son orbite.
Doc.1 : Soleil, planètes et planètes naines du système solaire.
2
0,72
Doc.2 : Quelques caractéristiques des planètes telluriques. Mercure Vénus
Distance moyenne au Soleil (en UA) Diamètre (en km)
0,39
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a- Les planètes telluriques : Mercure, Vénus, Terre, Mars Elles sont de petites tailles et ont une masse volumique élevée. Elles possèdent une surface solide constituée principalement de roches silicatées. Remarque : la Lune possède les mêmes caractéristiques et constitue ainsi un satellite tellurique. Elles constituent aussi les planètes internes car ce sont les planètes les plus proches du Soleil. Certaines de ces planètes possèdent des enveloppes externes gazeuses ou atmosphère (Vénus, Terre, Mars) et une seule possède une enveloppe liquide ou hydrosphère (Terre).
Remarque : Il existe des moyens mnémotechniques pour apprendre l'ordre des planètes, je vous laisse trouver le vôtre.
Oui
Doc.3 : Quelques caractéristiques des planètes gazeuses.
6787
1,52
Oui
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Elles sont de grande taille et ont une faible masse volumique. Elles sont essentiellement composées de gaz comme l'hélium et l'hydrogène. De par leur position éloignée du Soleil, on les appelle aussi planètes externes.
4
Atmosphère
Densité globale
12104
5,2
4878
5,4
Non
Autres EauEau liquide sous forme de glace L’unité astronomique(UAouua) est une unité utilisée pour mesurer les distances, surtout entre les objets du système solaire. Elle est historiquement basée sur la distance entre la Terre et le Soleil qui vaut environ149 597 870,7 km. b- Les planètes gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune  
9,5
Jupiter
120536
Densité globale
Atmosphère
Autres
0,69
Distance moyenne au5,2 Soleil (en UA) Diamètre (en km)142984
1,32
Oui Oui Oui Présence d'anneaux Présence d'anneaux Présence d'anneaux 16 satellites 18 satellites 15 satellites
1-2-2 : Une "planète naine" est un corps céleste, qui : Est en orbite autour du Soleil ;a. que sa gravité l'emporte sur les forces de cohésion du corps solide et leb. A une masse suffisante pour maintienne en équilibre hydrostatique, sous une forme presque sphérique; c. N'a pas éliminé tout corps susceptible de se déplacer au voisinage de son orbite ; d. N'est pas un satellite.
Terre
1
Oui
5,5
12756
3
Mars
49528
4,6
Neptune
30,1
19,2
Uranus
1,3
51118
Saturne
Oui Présence d'anneaux 8 satellites
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Tous les autres objets en orbite autour du Soleil, à l'exception des satellites, sont appelés "petits corps du système solaire". On notera que conformément à la définition ci-dessus, Pluton se classe dans la catégorie 2, parmi les "planètes naines", et s'identifie donc comme le prototype d'une nouvelle catégorie d'objets tansneptuniens dont la dénomination est depuis Juin 2008 celle de plutonisme. On pourra également remarquer l'absence de toute définition concernant les objets planétaires gravitant autour d'autres étoiles (exoplanètes, ou planètes extrasolaires). Il est probable que l'Union Astronomique Internationale ait simplement préféré s'abstenir en l'absence d'une description précise et complète des systèmes mis en évidence jusqu'à présent, et cela jusqu'au moment où nous disposerons de suffisamment d'éléments pour pouvoir transposer les définitions nouvellement approuvées. :
1-2-3 : Les astéroïdes et les comètes :
Les astéroïdes, objets rocheux de diamètres inférieurs à 1 000 km sont regroupés en deux ceintures :
la première entre les orbites de Mars et de Jupiter la deuxième dans la ceinture de Kuiper (entre 40 et 500 UA)
Site consultable:leicrt/afrs.lipoortsa.www//:ptthtsa/onor-eime-urasd'roteesidems-loiaerc/ietns/etude-du-syste ceinture-asteroides.html
Les météorites sont des fragments d'astéroïdes tombant sur Terre ou sur une autre planète. Les comètes sont localisées dans le nuage d'Oort (entre 104et 105et sont formées de glace et deUA) poussières et décrivent des orbites qui recoupent celles des planètes.
Site consultable : http://www.astronomes.com/le-systeme-solaire-externe/les-cometes/
1-3 : Distance de la planète au Soleil et énergie reçue :
Le rayonnement solaire détermine pour chaque planète qui le reçoit une énergie reçue, cette énergie diminue avec l'éloignement de la planète par rapport au Soleil. La quantité d'énergie reçue par une planète est inversement proportionnelle au carré de la distance au Soleil :
P soleil : 3,83.1026 Watts Preçue= Psoleil/(4π.R2)   en mètres : Distance Soleil-planète R P est en watts/m2
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Soleil.
Le graphe ci-dess
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ous montre l'évolution de la quantité d'énergie solaire reçue en fonction de la distance au
Doc.4 : Graphe de l'énergie reçue par une planète en fonction de la distance au Soleil
Le tableau suivant indique la quantité d'énergie solaire reçue pour les 8 planètes du système solaire :
PLANETES
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Distance au Soleil (en Puissance reçue en UA) W/m2
0,39
0,72
1
1,52
5,2
9,5
19,2
8908
2613
1355
586
50
15
3,7
Neptune30,1 1,5 Doc.5 : Tableau indiquant la quantité d'énergie solaire reçue pour chaque planète du système solaire
La quantité d'énergie solaire reçue détermine en partie la température théorique de surface des planètes, cette température est seule fonction de la distance de la planète au Soleil. On observe des différences entre les températures réelles et les températures théoriques, ces différences s'expliquent notamment par la présence d'une atmosphère possédant une composition particulière en gaz. Site consultable :http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOMchimiatmosp.xml
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2- Les particularités de la planète Terre :
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La planète Terre est la seule planète du système solaire où la vie est présente. Les conditions physico-chimiques suivantes permettent cette présence : la distance au Soleil la présence d'une atmosphère (enveloppe gazeuse retenue par gravité en surface d'une planète) et sa composition en gaz à effet de serre permettant un effet de serre une température de surface moyenne de + 15°C la présence d'eau liquide ( hydrosphère ou ensemble des masses aquatiques terrestres) permettant la présence et le développement de la vie terrestre
2-1 : Distance et température d'une planète :
L'énergie solaire reçue par une planète explique en partie la température à la surface d'une planète. Le tableau ci-dessous présente les températures théoriques (en prenant comme simple facteur, la distance de la planète au Soleil) et les températures réelles (Doc.2 p 20 de votre manuel). Les différences observées entre la température théorique et la température réelle s'explique par la présence d'une atmosphère. La température terrestre moyenne à la surface de la Terre est de + 15°C, particularité qui explique en partie la présence de vie.
2-2 : La présence d'une atmosphère :
La composition et les caractéristiques de l'atmosphère des planètes telluriques varie, le tableau suivant donne des informations sur les différences essentielles :
Planète et satellite de la Terre Distance moyenne au Soleil (en 106km)
Diamètre (en km) Durée de la révolution autour du Soleil (en jours)
Composition chimique
Présence Atmosphère
Mercure
57
4878
88
Silicates, fer, nickel Non
Vénus
108
12104
Terre
150
12756
Lune
150
3476
Mars
228
6794
224,7 325,26 Tour de la 687 Terre en 27,32 jours Silicates, fer, Silicates, fer, Silicates, fer, Silicates, fer, nickel nickel nickel soufre Oui, épaisse Oui, épaisse Non Oui, très mince (350 km (500 km (120 km d'épaisseur) d'épaisseur) d'épaisseur) 5 95.10 Pa 105Pa 6.102Pa
Pression atmosphérique CompositionCO2: 96,5 N2: 78 (en %)N2 O; 3,52: 21 H2O : 10-4CO2: 0,03 Nuage d'acide H2O : 10-4 sulfurique Doc.6 : Comparaison de l'atmosphère des planètes telluriques et de la Lune
6
CO2: 95 N2: 5 H2O : 0,03
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Il ressort de ce tableau les particularités de l'atmosphère de la Terre : présence de dioxygène, faible quantité de CO2et richesse en N2. L'absence d'atmosphère sur Mercure est liée à sa proximité avec le Soleil, l'absence sur la Lune est liée à la faible masse du satellite terrestre qui ne peut retenir une atmosphère. La composition de l'atmosphère des planètes telluriques montre la présence en proportions variables de gaz à effet de serre que sont le CO2et la vapeur d'eau. L'effet de serre explique en partie les différences entre les températures théoriques et les températures réelles observées.
2-3 : L'effet de serre et la température en surface de la Terre :
L'énergie solaire qui parvient au sol réchauffe la Terre et se transforme en rayons infrarouges. Comme les vitres d'une serre, d'où le nom donné à ce mécanisme, des gaz présents dans l'atmosphère piègent une partie de ces rayons qui tendent à la réchauffer. Ainsi, sans effet de serre, la température moyenne sur la Terre serait de -18 °C et peu d'eau serait sous forme liquide. Cet effet a donc une influence bénéfique puisqu'il permet à notre planète d'avoir une température moyenne de 15° C. L'effet de serre est un mécanisme naturel, amplifié par les activités humaines.
Les principaux gaz à effet de serre sont les suivants : 55% H2O = la vapeur d'eau produite par exemple par évaporation 39% CO2= le dioxyde de carbone produit par la nature et par l'homme 1% CH4= le méthane, moins abondant que le CO2 mais piège la chaleur 25 fois plus 4% N2 nitreux, à base d'azote d'origine naturelle deO l' = oxy 1% O3= l'ozone qui se forme dans les villes polluées CFC = les chlorofuorocarbures qui sont des gaz industriels fabriqués pour produire le froid
Doc.7 : Gaz atmosphériques et effet de serre
Animation sur l'effet de serre :h.wicet-tt:p//ww sciences.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/planete/portail/labo/carbone/effet_serre.html
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La température moyenne sur Vénus (+ 360 °C) s'explique en partie par la concentration très élevée de l'atmosphère de cette planète en CO2, ce qui explique un fort effet de serre expliquant cette température très élevée. Sur Mars, du fait de la faible épaisseur de l'atmosphère et malgré une composition chimique très riche en CO2, l'effet de serre est plus faible, ce qui explique une température moyenne faible (- 50 °C).
Site consultable:ww/wea.cr/.funjeth/:ptmatset/ehem/selc_il, voir l'animation expliquant l'effet de serre.
2-4 : La présence de dioxygène libre dans l'atmosphère :  
Suite à la formation de la Terre il y a 4,55 milliards d'années environ, la Terre se refroidissait, d'énormes quantités de méthane, d'ammoniac, de vapeur d'eau et de gaz carbonique furent expulsés du centre de la Terre vers l'extérieur. Cela constitua la première atmosphère de la Terre. Cette atmosphère, agissant comme une serre, permit de réduire la perte de chaleur de la Terre vers l'espace et notre planète demeura ainsi assez chaude pour que puisse naître la vie. Sa température se situait probablement entre 15 et 30°C. Ensuite, il y a environ 4,5 milliards d'années, la vapeur d'eau s'est condensée pour former les océans. Le gaz carbonique se combina à des minéraux et fut absorbé par les océans, et il fut utilisé par les premiers êtres vivants. L'azote est resté dans l'atmosphère parce que cet élément réagit peu avec les autres. Il y a 3 milliards d'années, l'atmosphère contenait encore peu d'oxygène. Des réactions chimiques compliquées entre le méthane, l'ammoniac, l'eau et le rayonnement solaire donnèrent naissance à une couche d'ozone. Celle-ci joue un rôle important dans l'évolution de la vie sur Terre, car elle empêche une grande partie des rayons solaires ultraviolets, qui sont nuisibles à la vie, de se rendre jusqu'au sol. Les premières plantes apparurent il y a 2 milliards d'années et transformèrent une grande partie du gaz carbonique en oxygène. Ce processus se poursuit toujours et l'atmosphère d'aujourd'hui contient environ 78 % d'azote et 21 % d'oxygène.
2-5 : La présence d'eau liquide :
La Terre est la seule planète du système solaire à posséder de l'eau sous forme liquide. Cette caractéristique est due à la présence d'une atmosphère suffisamment dense, qui renferme des gaz permettant de maintenir une température moyenne constante. Elle est également due à la taille de la planète permettant de retenir par gravité l'ensemble de ces gaz.
3- La zone habitable autour d'une étoile :
Si on ne considère la vie qu'au sens «petits oiseaux, petites fleurs et petits poissons», symbole de la vie superficielle complexe, la Terre est le seul corps du système solaire réunissant les conditions de son existence actuelle. Pour que cette vie superficielle existe, il faut de l'eau liquide, donc une température comprise entre 0 et 100°C (pour P =1atm.), et une pression pas trop faible pour permettre l'existence de l'eau à l'état liquide en surface. La pression est elle-même reliée à la gravité, donc à la masse de la planète ou du satellite qui ne doit pas être trop petite pour pouvoir garder son atmosphère. Pour Vénus et en deçà, il fait bien trop chaud. Pour Mars et au delà, il fait bien trop froid; Pour des corps situés entre Vénus et Mars, là où la température est a priori correcte, il faut en plus que la masse de la planète ou du satellite soit suffisante pour q ' e tmosphère dense existe, maintienne une certaine pression à la surface, et u un a permette ainsi l'existence d'eau liquide en surface. C'est pour cela que la Lune, idéalement placée, mais trop petite, n'a pas de vie car pas d'eau liquide. Depuis plus d'un siècle, les astronomes ont ainsi défini la notion de «fenêtre d'habitabilité», «zone d'habitabilité» fenêtre concernant la distance étoile-planète ou satellite. Et dans le système solaire, le système Terre-Lune est le seul à être dans la «fenêtre . »
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Doc.8 : Représentation très incomplète de la notion de zone habitable (ou fenêtre d'habitabilité)
La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l'existence d'eau liquide et d'une atmosphère compatible avec la vie. Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire. Ces conditions peuvent exister sur d'autres planètes qui possèderaient des caractéristiques voisines sans pour autant que la présence de vie y soit certaine.
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