\thumb

%%% EXERCICE 1

\enlargethispage*{10mm}
\begin{qcm}{Vérification des connaissances}{5}
 Choisir la bonne réponse parmi les propositions suivantes.
 
 \begin{questions}
\item Au niveau d'une feuille chlorophyllienne :

\choix l'énergie absorbée est totalement diffusée ;

\choix l'énergie transmise traverse entièrement la feuille d'où sa couleur 
verte ;

\choix l'énergie incidente est en grande partie utilisée pour fabriquer des 
molécules carbonées ;

\choix l'énergie incidente provoque une évapotranspiration foliaire.

\item Le spectre d'absorption des chlorophylles et le spectre d'action de la 
photosynthèse :
\resetchoix

\choix sont superposables globalement ;

\choix sont globalement différents, un pic d'absorption correspondant à peu de 
production de O$_2$ ;

\choix ont un maximum au niveau des longueurs d'onde du vert d'où la couleur 
verte des feuilles.

\item La photosynthèse nécessite:
\resetchoix

\choix principalement les longueurs d'onde du bleu et du rouge en plus du 
O$_2$ ;

\choix principalement les longueurs d'onde du bleu et du rouge en plus du 
glucose ;

\choix principalement les longueurs d'onde du bleu et du rouge en plus du 
CO$_2$.

\choix principalement les longueurs d'onde du vert en plus du O$_2$.

\item L'énergie lumineuse :
\resetchoix

\choix n'est pas vitale aux végétaux verts (autotrophes);

\choix est convertie en énergie incidente par les végétaux verts lors de la 
photosynthèse ;

\choix est utilisée lors de la respiration ;

\choix est utilisée pour produire des glucides dont le glucose qui sera utilisé 
dans les mitochondries pour la respiration cellulaire.

\item Les végétaux verts :
\resetchoix

\choix permettent la production de matière minérale par photosynthèse ;

\choix sont uniquement terrestres ;

\choix sont à la base de nombreux écosystèmes de la biosphère ;

\choix sont à la base de toutes les chaînes alimentaires.

\item La matière organique produite par photosynthèse :
\resetchoix

\choix sert uniquement à réaliser la croissance de la plante ;

\choix sert en partie à synthétiser de nouvelles molécules organiques ;

\choix est une source de matière et énergie inutilisable par la cellule.

\vfill
\text{}

\newpage

\item \`A l'échelle de la planète, les végétaux utilisent pour réaliser la 
photosynthèse :
\resetchoix

\choix 20 \% de l'énergie solaire arrivant en surface ;

\choix 0,5 \% de l'énergie solaire arrivant en surface ;

\choix 0,1 \% de l'énergie solaire arrivant en surface.

\item Les combustibles fossiles :
\resetchoix

\choix ne peuvent pas fournir d'énergie par combustion ;

\choix se forment rapidement, en quelques milliers d'années ;

\choix sont le résultat d'une transformation de la matière organique pendant 
des millions d'années.

\item Les combustibles fossiles sont une source :
\resetchoix

\choix d'énergie renouvelable ;

\choix utilisée par l'homme à une vitesse supérieure à celle de leur formation
;

\choix d'énergie surtout d'origine animale.

\item Les combustibles fossiles :
\resetchoix

\choix sont des sédiments pauvres en carbone ;

\choix proviennent de matière minérale enfouie ;

\choix sont issus d'une transformation lente de la matière surtout végétale ;

\choix n'ont aucun lien avec les produits de la photosynthèse.
\end{questions}

\end{qcm}

\begin{corrige}
 \begin{questions}
 \item Réponse \choix[d].
 \item Réponse \choix[a].
 \item Réponse \choix[c].
 \item Réponse \choix[d].
 \item Réponse \choix[c].
 \item Réponse \choix[b].
 \item Réponse \choix[c].
 \item Réponse \choix[c].
 \item Réponse \choix[b].
 \item Réponse \choix[c].
 \end{questions}

\end{corrige}


%%% EXERCICE 2

\begin{exo}{Rayonnement absorbé par une feuille}{Lycée Petitval, 
Sucy-en-Brie}{1}{10}
\label{exo:ch6exo2}
 Un végétal chlorophyllien absorbe environ 70 \% de l'énergie lumineuse qu'il 
reçoit. 70 \% de cette énergie absorbée causent une 
évapotranspiration et 29 \% 
sont émis sous la forme de rayonnements (majoritairement infrarouges). Le reste 
de l'énergie absorbée permet de réaliser la photosynthèse.

\Par

\begin{questions}
 \item Déterminer le pourcentage représenté par l'évaporation, le 
rayonnement émis et 
la part de la photosynthèse.
\item \`A partir de vos connaissances et de ces calculs, réaliser un schéma 
indiquant comment est répartie l'énergie solaire reçue par une feuille de 
végétal chlorophyllien.
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
 \item   L'évapotranspiration représente 70 \% des 70 \% du rayonnement solaire 
incident 
donc :
\[\frac{70 \times 70}{100} = 49\ \%.\]
Le rayonnement IR (et fluorescence) représente 29 \% de 70 \% donc :
\[\frac{29\times 70}{100} = 20\ \%.\]


Ces 70 \% absorbés se répartissent en trois parties qui sont 
l'évapotranspiration, l'émission de rayonnement (IR), et la photosynthèse.
La part de la photosynthèse est donc : $70  - 20 - 49 = 1\ \%$.

\item Le schéma demandé est le suivant :

\vspace{-.4\baselineskip}
\begin{center}
\includegraphics{159_06E-01}
\end{center}
\end{questions}


\end{corrige}

%%% EXERCICE 3

\begin{exo}{Photosynthèse à l'échelle planétaire}{Lycée La Bruyère, 
Versailles}{1}{15}
\label{exo:ch6exo3}
 On a mesuré les productions primaires brutes à l’échelle de la planète des 
océans et de végétaux terrestres. La productivité primaire correspond 
à la biomasse végétale produite par unité de temps et par unité de 
biomasse déjà 
présente dans un écosystème. Elle traduit donc une vitesse de production de la 
matière végétale sèche par les végétaux chlorophylliens. Les résultats sont 
consignés dans le tableau ci-dessous.

\Par

\begin{center}
 
\begin{tabular}{|>{\centering\arraybackslash}P{5cm}|*2{>{
\centering\arraybackslash}p{2cm}|}} \hline
\tabulartitle & Organismes océaniques & Organismes terrestres \\ \hline
Productivité primaire brute des organismes photosynthétiques \linebreak
(en GigaTonnes de carbone par an) & \text{} \linebreak 242,5 Gt / an 
& 
\text{} \linebreak 282 Gt / an \\ \hline
\end{tabular}
\end{center}

\Par

Cette matière sèche végétale contient des molécules carbonées riches en énergie. 
On peut ainsi convertir la productivité primaire exprimée en Gt de carbone/an en 
productivité exprimée en joule/an/m\up{2}. Le pouvoir calorifique du carbone 
est le suivant : 1 kg de carbone équivaut à 32 Méga Joules. On peut 
déduire des 
valeurs précédentes, les données suivantes qui sont exprimées en quantité 
d’énergie (kJ/an/m\up{2}) :
\begin{itemize}
 \item puissance énergétique solaire annuelle : $5,4.10^6$ 
kJ/an/m\up{2} ; 
\item productivité Primaire Brute océanique et continentale : 
$3,35.10^4$ kJ/an/m\up{2} ; 
\item perte par décomposition dans le sol : $1,1.10^4$ kJ/an/m\up{2} 
; 
\item perte par respiration des êtres-vivants : 
$1,5.10^4$ kJ/an/m\up{2} ; 
\item productivité Primaire nette océanique et continentale : 
$6,6.10^3$ 
kJ/an/m\up{2}.
\end{itemize}

\begin{questions}
 \item  Calculer la productivité primaire nette (en Gt de carbone/an) des 
organismes photosynthétiques sachant que seulement 20\% de ce que produit un 
organisme photosynthétique est disponible pour les consommateurs 
primaires. Vous ferez le calcul pour les organismes océaniques puis 
pour les organismes terrestres.
\item Comparer les deux valeurs obtenues. 
\item Calculer la proportion (en \%) d’énergie solaire annuelle 
réellement accumulée par les organismes chlorophylliens. 
\item Vous expliquerez ce faible taux à l’aide des indications données à propos 
des pertes et de vos connaissances sur la photosynthèse. 
\item La Terre a une surface de $510.10^6$ km\up{2}. Calculer la quantité 
d’énergie stockée par tous les organismes chlorophylliens sur Terre et 
utilisable par les organismes non-chlorophylliens. 
\end{questions}
\newpage
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item  La productivité primaire nette des organismes photosynthétiques est la 
quantité de matière qui est disponible pour les consommateurs primaires. Cette 
productivité nette représente 20 \% de la productivité brute :
Donc :

$\begin{aligned}
 \text{PPN} & = \dfrac{20 \times \text{PPB}}{100} \\
  \text{PPN océans} & = \dfrac{20 \times 242,5}{100} = 0,2 \times 242,5 = 56,4 
\text{ Gt / an.} \\
   \text{PPN terrestre} & = \dfrac{20 \times 282}{100} = 0,2 \times 282 = 48,5 
\text{ Gt / an.} \\
\end{aligned}$
\item On peut constater que les deux valeurs sont proches : la PPN terrestre est 
équivalente à celle des océans. 
\item Pour calculer la proportion (en \%) d’énergie solaire annuelle 
réellement accumulée par les organismes chlorophylliens, on 
doit estimer la proportion que représente la productivité primaire nette 
océanique et continentale par rapport à l’énergie solaire fournie. Donc cette 
proportion $P$ se calcule de la façon suivante : 
$$\begin{aligned}
 P &  = \dfrac{\text{PPN} \times 100}{\text{énergie solaire reçue}} \\
 & = \dfrac{6,6.10^{3} \times 100}{5,4.10^6} = 0,12\%.
\end{aligned}$$
\item Sur toute l’énergie solaire reçue par les producteurs primaires, seulement 
1\% est utilisée pour la photosynthèse. Toute l’énergie utilisée n’est pas 
convertie en énergie chimique car il y a des pertes d’énergie lors de la 
conversion d’énergie solaire en énergie chimique. Ensuite, toute l’énergie 
convertie n’est pas investie dans la biomasse. Elle est aussi utilisée pour la 
reproduction de l’organisme, la respiration. Enfin, la biomasse est utilisée par 
les décomposeurs. Au final seulement 0,1 \% de l’énergie solaire reçue par les 
producteurs primaires est disponible pour les consommateurs primaires. 
\item La Terre a une surface de $510.10^6$ km\up{2}. La quantité d’énergie 
stockée par les organismes chlorophylliens est de $6,6.10^3$ kJ/an/m\up{2}. On 
fait donc :
\begin{align*}
 Q_{\text{Terre}} & = Q \text{ par m\up{2}} \times \text{surface de la Terre} \\
 & = 6,6.10^3 \text{ kJ/an/m\up{2}} \times 510.10^{12} \text{ m\up{2}} 
= 
3,4.10^{18} \text{ kJ/an}.
\end{align*}
Cette quantité est très importante.
\end{questions}
\newpage
\end{corrige}

%%% EXERCICE 4

\begin{exo}{\'Energie dans un agrosystème}{Lycée Sophie Germain, 
Paris}{1}{15}
\label{exo:ch6exo4}
 Un agrosystème est un écosystème exploité par l’Homme. Dans les différents 
éléments de la chaîne alimentaire, on a mesuré la quantité d’énergie présente, 
ramenée à 1 m\up{2} sur une année. 

\Par

Les résultats sont dans le tableau ci-dessous. 

\Par

\begin{table}
\begin{tabular}{|>{\centering\arraybackslash}p{1.5cm}|>{
\centering\arraybackslash}p{6.5cm}|>{\centering\arraybackslash}p{1.5cm}|} \hline
 \tabulartitle   \multicolumn{2}{|c|}{\'Eléments de la chaîne alimentaire} & \\ 
\hline
    Numéro de l'élément & \text{} \linebreak Nom de l'élément & Quantité 
d'énergie (kJ/m\up{2}/an) \\ \hline
1 & Énergie reçue par les producteurs primaires & \numprint{87000} \\ \hline
2 & Producteurs primaires (luzerne) & \numprint{14000} \\ \hline
3 & Consommateurs primaires (vache) & \numprint{1600} \\ \hline
4 & Consommateurs secondaires (Homme) & \numprint{90} \\ \hline
\end{tabular}
 \tabcaption{Tableau présentant les quantités d’énergie estimées dans chaque 
élément d’une chaîne alimentaire d’un agrosystème.}
\end{table}

\begin{questions}
 \item Sous quelle forme se trouve l’énergie dans chaque élément de la 
chaîne alimentaire ? 
 \item Exposer brièvement comment se fait le changement de forme d’énergie lors 
du passage de l’élément 1 à l’élément 2. 
\item Expliquer pourquoi la quantité d’énergie n’est pas la même dans chaque 
élément de la chaîne alimentaire.
\item Calculer le rendement énergétique du passage de 
l’énergie solaire reçue à l’Homme. 
\end{questions}

\end{exo}

\begin{corrige}
 \begin{questions}
  \item L’énergie reçue par les producteurs primaires est de l’énergie solaire. 
L’énergie présente dans les producteurs primaires, consommateurs primaires et 
consommateurs secondaires est de l’énergie chimique contenue dans des molécules 
comme les glucides. 
\item L’énergie solaire est convertie en énergie chimique par les végétaux 
chlorophylliens au cours de la photosynthèse. Cet ensemble de réactions 
chimiques a lieu dans le chloroplaste. Elles permettent la fabrication de 
glucides (CH$_2$O)$_n$ à partir de CO$_2$ et d’eau, molécules minérales. Le 
dioxygène O$_2$ produit est libéré par la plante. L’énergie chimique est 
contenue dans les liaisons qui unissent les atomes des composés fabriqués à 
partir des glucides. La rupture des liaisons produit de l’énergie. 
\item Quand un consommateur consomme les individus du maillon précédent, 
il ne prélève pas toute la quantité d’énergie présente dans ce maillon. 
En outre, le consommateur n’assimile pas tout ce qu’il mange : ce qui n’est pas 
assimilé constitue les excréments. 

\Par

Enfin, toute l’énergie qui est assimilée n’est pas utilisée pour faire de la 
biomasse : une partie est utilisée pour les activités (reproduction, mouvements) 
et le reste est perdue sous forme de chaleur. 

\Par

Il y a donc de nombreuses pertes d’énergie lors du passage d’un maillon de la 
chaîne au suivant. Ces pertes expliquent la diminution de la quantité d’énergie 
présente dans les éléments de la chaîne alimentaire. 
\item La quantité d’énergie dans le maillon « Homme » est de 90 KJ/m\up{2}/an, 
et celle de l’énergie reçue est de \numprint{87000} KJ/m\up{2}/an. On a donc 
\begin{align*}
 \text{Rendement} & = \dfrac{\text{énergie dans le maillon 
Homme}}{\text{énergie solaire reçue}} \\ & = 
\dfrac{90}{\text{\numprint{87000}}} = 1.10^{-3}
\end{align*}
c'est-à-dire environ $0,1\%$, ce qui est faible.
 \end{questions}

\end{corrige}

%%% EXERCICE 5

\begin{exo}{Purificateur d'air}{Lycée Lavoisier, Paris}{1}{15}
\label{exo:ch6exo5}
La mairie d'une grande ville teste un système de purification de l'air ambiant 
sous forme d'un édifice en forme de colonne en verre d'un volume d'un m\up{3}, 
qui contient dans de l'eau une culture de microalgues spécialement 
sélectionnées. Ces microalgues doivent utiliser l'air pollué de la ville qui 
entre dans la colonne (un air riche en CO$_2$ et NO$_2$) et, grâce à la lumière 
ambiante, le purifier par photosynthèse et rejeter un air contenant du 
dioxygène O$_2$.

Le 
bioréacteur devrait permettre de fixer 1 tonne de CO$_2$ par an. Dans cette 
colonne, les microalgues peuvent croître et créer de la biomasse. Celle-ci 
est 
évacuée vers une station d'épuration puis transformée en biométhane pour 
chauffer les villes.

\begin{questions}
 \item Sachant qu'un arbre fixe en moyenne 10 kg de CO$_2$ par an, calculer le 
nombre d'arbres auquel cet équipement peut se substituer.
\item Préciser la forme d'énergie utilisée par les microalgues pour leur 
croissance et celle obtenue après le recyclage.
\item Indiquer en quoi le biométhane est une source d'énergie renouvelable.
\end{questions}

\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
 \item  La colonne est censée fixer une tonne de CO$_2$ par an, soit 
\numprint{1000} kg 
par an, tandis qu'un arbre en fixe 10 kg par an.

La colonne correspond donc à $\text{\numprint{1000}}/10 = 100$ arbres.
\item Les microalgues utilisent l'énergie lumineuse qui passe à 
travers les 
parois en verre pour produire du O$_2$ et absorber du CO$_2$ via la 
photosynthèse. 
La forme d'énergie utilisée est donc lumineuse, en provenance du Soleil.

\Par

Après recyclage, la biomasse obtenue sera transformée en biométhane donc en 
molécules contenant une énergie chimique. Puis ce biométhane sera utilisé pour 
le chauffage à l'origine d'une énergie thermique après combustion. 
\item Par combustion, le biométhane fournit une énergie thermique. Il 
est 
produit par transformation de biomasse c'est-à-dire excès d'algues produites 
dans la colonne. Cette matière est produite par utilisation de CO$_2$, H$_2$O 
et une énergie solaire qui est une énergie renouvelable grâce à la 
photosynthèse. A l'échelle d'une vie humaine, cette biomasse peut, par 
photosynthèse, se reformer rapidement ce qui en fait une énergie renouvelable.
\end{questions}

\end{corrige}

%%% EXERCICE 6

\begin{exo}{Photosynthèse VS panneaux solaires}{Lycée Saint-Martin, 
Rennes}{2}{10}
\label{exo:ch6exo6}
Les panneaux solaires photovoltaïques ont pour but de transformer l’énergie 
solaire en énergie électrique. Le rendement des ces panneaux varie en fonction 
de plusieurs facteurs dont la durée d’ensoleillement du lieu d’installation. Les 
panneaux solaires sont une alternative à l’utilisation des énergies fossiles ou 
nucléaires, pour produire de l’électricité. Le problème majeur de l’électricité 
est la difficulté que pose son stockage. Les panneaux solaires posent 
aussi le problème de leur production qui utilise des matériaux non renouvelables 
et polluants. L’un des composants des panneaux photovoltaïque est le silicium. 
Il faut beaucoup d’énergie pour l’extraire. On estime qu’il faut environ 2 ans 
d’utilisation des panneaux voltaïques pour compenser l’énergie dépensée pour 
leur construction. 

\Par

On cherche à calculer le rendement de ces panneaux photovoltaïques. 

\Par

La production annuelle moyenne de 10 m² de panneaux solaires est d'environ 
\numprint{2400} kWh à Marseille et de \numprint{1500} kWh à Lille. Pour un 
ensoleillement de 8 h par jour, un panneau solaire peut recevoir jusqu'à 
\numprint{1000} W/m\up{2}.

\begin{questions}
\item Calculer le rendement de ces panneaux solaires. Puis le comparer à celui 
de la photosynthèse. 
\item Comparer les caractéristiques des transformations d’énergie par un 
panneau photovoltaïque et par une cellule de végétal chlorophyllien. 
\end{questions}

\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item Le panneau de $10$ m\up{2} reçoit $\text{\numprint{1000}} \times 
10 
= 10$ 
kW.

On sait que $E = P \times t$ donc $E_{\text{reçue}} = 10\text{kW} \times 
8\text{h} = 80\text{kWh}$ par jour donc $80 \times 365,25 = 
\text{\numprint{29220}}$ 
kWh en un an.

Pour Marseille :
\[\text{Rdt} = \frac{E_{\text{récupérée}}}{E_{\text{reçue}}} = 
\frac{\text{\numprint{2400}}}{\text{\numprint{29220}}} \times 100 = 8,2\ \%.\]
Pour Lille :
\[\text{Rdt} = \frac{E_{\text{récupérée}}}{E_{\text{reçue}}} = 
\frac{\text{\numprint{1500}}}{\text{\numprint{29220}}} \times 100 = 5,1\ \%.\] 

Ce faible rendement est cependant plus important que celui de la 
photosynthèse : en 
effet, sur une quantité d'énergie de 100 \% reçue par une feuille, 
environ 1 \% seulement donne 
de la matière organique (énergie récupérée). 
\item   Une cellule chlorophyllienne convertit l’énergie lumineuse en 
énergie chimique, énergie stockée dans les molécules de la matière 
organique, au cours de la photosynthèse. Les cellules photovoltaïques 
convertissent 
l’énergie lumineuse en énergie électrique, énergie que l’on ne sait 
pas facilement stocker. 
Donc ces deux types de cellules utilisent l’énergie lumineuse et la 
convertissent en une autre énergie ; mais la forme d’énergie produite n’est pas 
la même et, celle produite par les cellules photovoltaïques a le désavantage de 
ne pas pouvoir être facilement stockée. 

\Par

Une cellule chlorophyllienne a besoin d’eau et de sels minéraux, qu’elle trouve 
dans le sol ainsi que de dioxyde de carbone de l’air. Ces éléments sont en 
quantité suffisante, renouvelables, non polluants et ne nécessitent pas une 
grande dépense énergétique pour être prélevés dans le milieu. À l’inverse, pour 
fabriquer une cellule photovoltaïque, il faut des éléments du type silicium. Le 
prélèvement de ce matériau est coûteux en énergie puisqu’il faut deux 
ans de 
production électrique pour amortir le coût du panneau. Au niveau écologique, 
l’extraction et le recyclage de cet élément sont polluants. Donc la 
production 
d’énergie par les panneaux photovoltaïques a des conséquences néfastes sur 
l’environnement à l’inverse de celle de la photosynthèse.

\Par

Enfin le rendement des cellules photovoltaïques est plus important que celui de 
la photosynthèse. 
\end{questions}

\end{corrige}

%% EXERCICE 7

\begin{exo}{L’expérience historique d’Engelman}{Lycée Evariste Galois, 
Sartrouville}{2}{10}
\label{exo:ch6exo7}
Engelman a réalisé une expérience en 1885 en utilisant une méthode biologique 
pour la détermination du spectre d’action de la photosynthèse. Il a utilisé une 
algue filamenteuse, la Spirogyre, pourvue sur toute sa longueur d’un ou 
plusieurs chloroplastes rubanés et spiralés. Il a placé l’algue dans un milieu 
contenant une suspension de bactéries, \textit{Bacterium thermo}. Ces bactéries 
sont dotées d’un chimiotropisme positif pour l’oxygène : elles se déplacent vers 
les zones riches en dioxygène. Lorsqu’il éclairait la Spirogyre, les bactéries 
se rassemblaient tout le long de l’algue. En effet, éclairée, l’algue produit du 
dioxygène grâce à la photosynthèse, et ce dioxygène attire les bactéries.

% \vspace*{0.5cm}
% \begin{center}
%  \textit{Voir schéma page suivante.}
% \end{center}
% \vspace*{0.5cm}
% \newpage

 \begin{center}
\includegraphics{153_06E-02}
 \end{center}
 
 Ensuite Engelman a éclairé la préparation au travers d’un prisme qui décompose 
la lumière. Les bactéries se sont rassemblées contre l’algue mais 
essentiellement dans les régions soumises à des radiations bleues ou rouges. Il 
en a déduit que ce sont ces radiations qui sont les plus efficaces pour la 
production de dioxygène donc pour la photosynthèse. 

 \begin{center}
\includegraphics{153_06E-03}
 \end{center}
 
 Interprétez les résultats de cette expérience. 

\end{exo}

\begin{corrige}
  Au départ, lors de la première observation, Engelman constate que les 
bactéries 
sont dispersées à l’obscurité alors qu’à la lumière les bactéries se 
rassemblent à proximité de l’algue. Ces bactéries sont attirées par 
le dioxygène. Cela 
signifie qu’à la lumière les algues ont produit du dioxygène qui a attiré les 
bactéries. Ceci montre qu’à la lumière, les algues produisent du dioxygène par 
photosynthèse. 

\Par

Ensuite Engelman décompose la lumière blanche avec un prisme : chaque portion 
de l’algue est éclairée par une seule couleur. Engelman a noté alors que les 
bactéries se situent autour des zones de l’algue éclairées par le bleu et le 
rouge. Cela signifie que le dégagement de dioxygène est plus fort 
sans l'effet des 
lumières bleues et rouges. Donc la photosynthèse est plus importante 
sans l'effet des longueurs d’onde correspondant à la lumière bleue 
et rouge. 

\Par

Engelman venait de mettre en évidence le spectre d’action des pigments 
chlorophylliens contenus dans l’algue Spirogyre.  
\end{corrige}

%% EXERCICE 8

\begin{exo}{La photosynthèse chez les algues}{Lycée Montaigne, 
Bordeaux}{3}{45}
\label{exo:ch6exo8}
 Il existe 3 types d’algues différentes : les algues vertes, rouges et brunes. 
Elles ne vivent pas toutes à la même profondeur. On cherche à expliquer leur 
répartition en considérant que leur milieu de vie apporte la quantité 
de 
lumière nécessaire à leur maintien dans cet environnement. 

\vspace*{0.5cm}
\begin{center}
 \textit{Voir documents page suivante.}
\end{center}
\vspace*{0.5cm}
\newpage


\subsubsectionnn{Document 1 : Répartition des algues et des longueurs d’onde de 
la lumière en fonction de la profondeur.}

\begin{center}
\includegraphics{154_06E-04}
\end{center}

\subsubsectionnn{Document 2 : Spectres d’absorption de différents pigments 
photosynthétiques.}

\enlargethispage{1cm}

\begin{center}
\includegraphics{154_06E-05a} \hfill \includegraphics{154_06E-05b}
\end{center}

% \vspace*{0.5cm}
% \begin{center}
%  \textit{Voir l'autre spectre page suivante.}
% \end{center}
% \vspace*{0.5cm}
% \newpage

\begin{center}
\includegraphics{154_06E-05c}
\end{center}


\subsubsectionnn{Document 3 : Spectres d’absorption des pigments et spectre 
d’action chez différentes algues.}

\begin{center}
\includegraphics{155_06E-06}
\end{center}

\subsubsectionnn{Document 4 : Les pigments présents chez les différentes 
algues (isolés par chromatographie).}

\begin{center}
 \includegraphics{155_06E-07a}
\end{center}
% 
% \vspace*{0.5cm}
% \begin{center}
%  \textit{Voir les autres schémas page suivante.}
% \end{center}
% \vspace*{0.5cm}
% \newpage

\begin{center}
 \includegraphics{155_06E-07b}
\end{center}

\begin{center}
 \includegraphics{155_06E-07c}
\end{center}

\`A partir de l’ensemble des informations recueillies dans les documents et de 
vos connaissances sur la photosynthèse, expliquer la répartition des algues le 
long des pentes des littoraux. 

\end{exo}

\begin{corrige}
On cherche à expliquer la répartition des algues vertes, brunes et rouges. 

\Par

Le document 1 montre que les algues vertes vivent en surface entre 1 et 5 m de 
profondeur, les algues brunes dans la zone des 10 à 25 m, et les algues rouges 
dans la zone des 25-50 m . La profondeur de leur aire de répartition n’est donc 
pas la même : du moins profond au plus profond on trouve d’abord les algues 
vertes, puis les brunes, puis les rouges. 

\Par

Dans ce même document, on voit que les toutes les longueurs d’onde de la lumière 
ne sont pas absorbées de la même façon par l'eau :
\begin{itemize}
 \item les algues rouges n’ont que les radiations bleues et vertes à 
disposition, 
 \item les algues brunes n’ont pas de violet et pas de rouge, mais du 
jaune, du vert et du bleu
 \item et les algues vertes ont tout le spectre visible à disposition en 
surface, sans rouge et sans UV à 5 mètres de profondeur.
\end{itemize}
Pour vivre ces algues ont besoin de faire la photosynthèse. Le document 3 
indique les spectres d’action photosynthétiques, c'est-à-dire 
l'efficacité des différentes longueurs d'onde de la lumière sur la 
photosynthèse. La photosynthèse est la plus intense :
\begin{itemize}
 \item entre 500 nm et 600 nm pour les algues rouges ;
 \item vers 450 nm et 700 nm pour les algues brunes ;
 \item dans les bleus (450 nm) et rouges (750 nm) pour les algues vertes.
\end{itemize}
Le document 4 indique les pigments que possède chaque type d’algue. 
Elles ont 
toutes de la chlorophylle. Mais les algues rouges sont les seules à posséder de 
la phycoérythrine, les algues brunes sont les seules à posséder de la 
fucoxanthine et les algues vertes sont les seules à posséder des xanthophylles. 
Or, on sait que ce sont les pigments qui absorbent la lumière utilisée lors de 
la photosynthèse.  D’après le document 2, ces pigments ne sont pas excités par 
les mêmes longueurs d’onde : 
\begin{itemize}
 \item les chlorophylles absorbent majoritairement les longueurs d’onde 450 nm 
et 750 nm ; 
\item la phycoérythrine des algues rouges absorbent les longueurs d’onde entre 
400 et 600 nm avec un maximum entre 480 et 580 nm ; 
\item enfin la fucoxanthine des algues brunes absorbent les longueurs d’onde 
entre 400 et 580 nm. 
\end{itemize}
La spécificité des spectres d’action photosynthétique de chaque type d’algues 
correspond aux pigments présents. En outre, les spectres d’action correspondent 
aux lumières qui traverse l'eau et parviennent aux algues. 

\Par

Donc les algues vertes, qui ne possèdent que de la chlorophylle, ne peuvent pas 
vivre en dessous de 5 mètres car les longueurs d’onde bleues et 
rouges indispensables 
à leur photosynthèse n’arrivent plus au-delà de cette profondeur. 

\Par

Les algues brunes possèdent de la fucoxanthine qui leur permet de faire la 
photosynthèse avec les longueurs d’ondes orangers jaunes. Au-delà de 25 mètres 
ces longueurs d’onde sont absentes : les algues brunes ne peuvent pas faire la 
photosynthèse, elles ne peuvent pas vivre en dessous de 25 mètres de 
profondeur. 

\Par

Enfin,  les algues rouges possèdent de la phycoérythrine qui leur 
permet de faire 
la photosynthèse dans le vert/bleu, seules longueurs d’onde présentes au-delà de 
25 mètres de profondeur. 
\end{corrige}

%% EXERCICE 9

\begin{exo}{Une fabrication de biopétrole}{D'après annales de 
baccalauréat, BAC S SVT, Nouvelle-Calédonie 2017}{3}{45}
\label{exo:ch6exo9}
 Face à l’épuisement progressif des réserves planétaires de pétrole fossile, 
différents protocoles de fabrication de biopétrole ont vu le jour depuis 
quelques années. Ces pétroles industriels auraient les mêmes propriétés 
énergétiques que le pétrole fossile, et constitueraient une alternative durable.

\Par

L’un de ces protocoles permettrait la fabrication d’un biopétrole à partir de 
millions de microalgues photosynthétiques collectées en mer et placées dans de 
grands tubes. 

\Par

La première étape de ce protocole a pour but de stimuler la multiplication de 
ces microalgues pour en obtenir un nombre beaucoup plus important.

\begin{flushright}
 \textit{D'après www.maxisciences.com}
\end{flushright}

\vspace*{0.5cm}
\begin{center}
 \textit{Voir documents page suivante.}
\end{center}
\vspace*{0.5cm}
\newpage

% \begin{multicols}{2}
% \begin{minipage}{5cm}
\subsubsectionnn{Document 1 : Activité photosynthétique en 
fonction de la 
longueur d’onde de la lumière chez une algue photosynthétique.}
% \end{minipage}
\begin{center}
\includegraphics{157_06E-08}
\end{center}
% \end{multicols}

\subsubsectionnn{Document 2 : Taux de croissance et de photosynthèse de 
microalgues photosynthétiques ($\text{\it Scenedesmus}$ $\text{\it 
crassus}$) en fonction de 
l’intensité lumineuse et de la température.}

Le taux de croissance de la population de microalgues (par jour) 
est 
proportionnel à leur multiplication dans le milieu de culture.

\Par

Le taux de photosynthèse a été mesuré en masse (mg) de carbone 
assimilé par mg 
de chlorophylle a et par heure (mg C.mg.chla\up{-1}.h\up{-1}).

\vspace*{0.5cm}
\begin{center}
 \textit{Voir graphiques page suivante.}
\end{center}
\vspace*{0.5cm}
\newpage

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.9]{158_06E-09}
\end{center}

À partir de l’étude des documents et de l’utilisation de vos connaissances, 
préciser les conditions de culture à privilégier par les industriels pour 
obtenir une production optimale de biopétrole. 

\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{itemize}
 \item  Il est dit en introduction que la première étape consiste à 
multiplier les microalgues. Dans le document 2, on compare trois 
températures de 
culture des microalgues : 10, 20 et 30 °C. On constate que le taux de 
croissance 
est plus important à 30 °C. En même temps, on fait varier la longueur 
d’onde 
d’éclairage des algues. On constate que la multiplication des microalgues est 
plus efficace entre 200 et 400 nm c’est-à-dire dans les bleus. 

\Par

\textit{Ainsi, la 1ère étape qui consiste à stimuler la multiplication 
des 
microalgues est favorisée à 30 °C et avec un éclairage bleu.}

\item Ensuite, il faut fabriquer du biopétrole à partir des ces 
algues. Il 
convient alors de stimuler la photosynthèse des algues pour qu’elles produisent 
de la biomasse. Pour cela, il leur faut de la lumière et du CO$_2$. Le document 
1 montre que l’activité photosynthétique est plus importante dans les lumières 
bleues et rouges. En d’autres termes, la conversion de l’énergie solaire en 
énergie chimique contenue dans la biomasse est plus importante dans ces lumières 
bleues et rouges. Le document 2 complète les conditions optimales de la 
photosynthèse : on mesure le taux de photosynthèse en mg de carbone assimilé par 
mg de chlorophylle a et par heure (mg C.mg.chla\up{-1}.h\up{-1}). On voit que 
ce taux est plus important à 30 °C qu’à 20 ou 10 °C. 

\Par

\textit{Pour favoriser la photosynthèse, il faut donc éclairer les 
microalgues 
avec une lumière bleue et chauffer les tubes contenant les algues 
à 30 °C. Ainsi la photosynthèse sera plus importante et donc la 
production de 
biomasse aussi.}

\Par

 Pour fabriquer du biopétrole à partir de microalgues, les 
industriels doivent donc éclairer les tubes avec des lumières bleues 
et chauffer les tubes contenant les microalgues à 30 °C. Ces deux 
conditions vont favoriser la 
multiplication des microalgues et aussi la photosynthèse. La biomasse produite 
sera alors importante, permettant la fabrication de biopétrole en quantité 
suffisante pour rentabiliser l’exploitation.
\end{itemize}

\end{corrige}


\thumb
\AfficheCorrige
