Correction exercice I Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice I
1. c; 2. d; 3. b; 4. d; 5. c; 6. b; 7. a; 8. c; 9. b; 10. a; 11. b; 12. a; 13. a; 14.c ; 15.a ; 16.d ; 17.c ; 18.a ; 19.b ; 20.a
Correction exercice II Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice II
A Questions à réponses ouvertes.
1. Les producteurs primaires.
2 La pyramide des productivités représente la biomasse de chaque niveau trophique par unité de masse et de surface alors que, la pyramide des biomasses représente la biomasse de chaque niveau trophique disponible à un instant donné.
3. La production nette.
4. Autotrophie. .
5. La pyramide des biomasses est parfois inversée dans les milieux aquatiques car, le taux de renouvellement des producteurs primaires est plus rapide que celui des consommateurs.
6. La productivité nette est égale ‘a la productivité brute diminuée de la quantité de matière utilisée par la respiration.
7. Une partie des aliments ingérés par un consommateur n’est pas assimilée. La partie assimilée est utilisée pour produire l’énergie ou pour participer à la production secondaire.
B.1.Complétons le tableau suivant:
Carbone | ||
Organique | Minéral | |
Roches carbonées | \(\circledast\) | |
Roches carbonatées | \(\circledast\) | |
Dioxyde de carbone | \(\circledast\) | |
Protides | \(\circledast\) | |
Lipides | \(\circledast\) | |
Glucides | \(\circledast\) | |
Ions hydrogénocarbonates \((HCO_{3}^{-})\) | \(\circledast\) | |
Acides aminés | \(\circledast\) | |
Acide gras | \(\circledast\) |
2 - C’est la capacité d’un être vivant à fabriquer ses substances organiques à partir de la matière minérale et de l'énergie. Si l'énergie est d'origine lumineuse, l'être est dit phototrophe, si l’énergie est d'origine chimique l’être est dit chimiotrophe.
3 - La couche d'ozone arrête les radiations ultraviolettes du soleil et permet ainsi à la vie de coloniser le milieu terrestre.
4. Un gaz à effet de serre est un gaz comme le dioxyde de carbone, la vapeur d'eau le méthane qui n’absorbe pas les radiations visibles de la lumière incidente, mais absorbe les radiations infrarouges réémises par le sol, provoquant ainsi une élévation de la température.
5. Un écosystème est l'ensemble formé par des êtres vivants en interdépendance (producteurs, consommateurs et décomposeurs) et leur milieu de vie.
6. Une chaîne trophique est une suite ordonnée d’êtres vivants liés par leurs relations alimentaires. La matière organique des producteurs est mangée par les consommateurs de premier ordre (herbivores), ensuite mangée par les consommateurs de deuxième ordre (carnivores)...
C) Construction des phrases
a) La productivité nette est égale à la productivité brute diminuée de la quantité de matière organique utilisée au cours de la respiration.
b) Le rendement écologique de croissance des endothermes est plus faible que celui des ectothermes car ils dépensent une importante quantité d'énergie pour maintenir leur température corporelle constante.
c) Dans un écosystème la productivité des producteurs primaires est toujours supérieure à celle des consommateurs.
d) Les producteurs primaires en captant l'énergie solaire et en la convertissant en énergie chimique sont responsables de l'entrée du flux d'énergie dans les écosystèmes.
e} La teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère dépend des capacités des échanges physico-chimiques avec les océans.
f) Le forçage radiatif ou accroissement de l'effet de serre lié aux activités humaines provoque une augmentation de la température du globe.
g) Le flux de matière existant entre les différents réservoirs du carbone assure un recyclage plus ou moins rapide de la forme organique de cet élément.
Correction exercice III Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice III
1. Une chaîne alimentaire.
2 - a) La photolyse de l’eau.
Une partie de l’énergie lumineuse captée par la chlorophylle va servir à la photolyse de l’eau avec libération de \(O_2\) et de protons (\(H^+\) ). Les électrons qui sont libérés s’engagent dans une chaîne de transporteurs au bout de laquelle l'énergie lumineuse est transférée dans les molécules d’ATP et de \(NADPH_2\) sous forme chimique.
b) \(2H_O\rightarrow O_2\) \(+H_2O+4e^-\)
c) Le dioxygène est libéré et va servir la respiration. Les protons \(H^+\) vont contribuer à la synthèse de la matière organique en s’associant au \(CO_2\)
3.a : Nitrosation
\(\underset{Annoniac}{NH_3}+\frac{3}{2}O_2\) \(\longrightarrow\) \(\underset{Acide..nitreux}{HNO_2}+H_2O+\) Énergie
Ou
\(NH_4+3O_2+H_2O\) \(\longrightarrow\) \(2NO_2+4H_3O^++\) Énergie
Nitratation
\(\underset{Acide..nitreux}{HNO_2}+\frac{1}{2}O_2\) \(\longrightarrow \underset{Acide..nitrique}{HNO_3}+\) Énergie
Ou
\(2NO_{2}^{-}+O_2\) \(\longrightarrow 2NO_{3}^{-}+\) Énergie
b) Nitrosation \(\longrightarrow\) Bactéries nitreuses
Nitratation \(\longrightarrow\) Bactéries nitriques
Correction exercice IV Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice IV
1. Cycle de carbone
a) La photosynthèse,
b) La respiration.
3- a) Quantité de \(CO_2\) absorbé : 100 + 104 = 204 milliards de tonnes.
Quantité de \(CO_2\) rejeté : 5 + 50 +2 + 50 +100 = 207 milliards de tonnes.
Bilan : la quantité absorbée est intérieure à la quantité rejetée.
b) il y a enrichissement de l'atmosphère en \(CO_2\).
4. Création d’espaces verts en reboisement,
- Combattre la déforestation,
- Diminuer la pollution industrielle.
Correction exercice V Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice V
1 Courbe biomasse en fonction du temps
2. Un objectif global de cette série d’expériences est de montrer l’influence des microorganismes du sol dans l'accroissement de la biomasse des légumineuses.
3. Ces résultats sont différents parce que la chaleur a détruit en (a) les microorganismes alors qu'en (b) les microorganismes sont encore vivants.
4. Oui.
5. Les racines des légumineuse (b) et (c) portent des nodosités alors que celles des plantes (a) et (d) en sont dépourvues.
6. Oui; car les légumineuses vivent en symbiose avec les Rhizobia (pluriel de Rhizobium), bactéries fixatrices d’azote atmosphérique. À la mort de ces plantes, le sol s’enrichit en substances azotées.
Correction exercice VI Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice VI
1. Ce sont les cycles B et C qui représentent, schématiquement, le cycle de la matière au niveau d'un écosystème.
Remarque :
• Le cycle B est le cycle dans lequel les êtres vivants autotrophes utilisent l'énergie chimique des composés minéraux pour réaliser la synthèse de molécules organiques. Ces êtres vivants, généralement des bactéries, réalisent la réduction du carbone minéral grâce à cette énergie chimique. On dira d'eux qu'ils sont chimiolithotrophes.
• Le cycle C est identique au précédent, sauf au niveau de la source de l'énergie permettant la réalisation de la réduction du carbone minérale. Il s'agit de l'énergie lumineuse. Ces êtres vivants sont photolithotrophes. Dans les deux cas, il s'agit d'êtres vivants autotrophes pour le carbone.
2. Les phénomènes biologiques qui participent à la minéralisation de la matière organique sont:
Pour le carbone
La respiration cellulaire,- les fermentations \(\longmapsto\) \(CO_2\)
Pour l’azote
L’humification \(\longmapsto\) Acide humique
L’ammonisation
(Acides aminés) \(\longmapsto\) \(\underset{Ammoniac}{NH_3}\) \(\longmapsto\) \(\underset{Ions..Ammonium}{NH_{4}^{+}}\)
La nitrification
\(NH_{4}^{+}+\frac{3}{2}\) \(\longrightarrow 2H^++NO_{2}^{-}\) \(H_2O+\) Energie
\(NO_{2}^{-}+\frac{1}{2}O_2\) \(\longmapsto NO_{3}^{-}+\) Energie
Dans les processus biologiques de minéralisation de l'azote, les bactéries du sol jouent un rôle fondamental.
3. Le cycle de la matière organique montre une diminution du rendement dans la transformation des molécules assimilées d'un niveau trophique à l'autre.
Un consommateur n'ingère pas la totalité de la production du niveau trophique précédent
Sur la totalité des aliments ingérés, seule une partie est absorbée au niveau de l'intestin (par exemple, 30% chez les herbivores); le reste est rejeté (excréments).
Les molécules organiques absorbées seront:
o Soit dégradées avec libération d'énergie ;
o Soit assimilées pour former la matière organique de l’herbivore: c'est la production secondaire.
Les pertes respiratoires dépendront de l'activité de l'animal. On doit donc évaluer la production secondaire, au niveau de l'animal herbivore, sous une forme énergétique: PS.
PS = Equivalent énergétique des aliments absorbés moins énergie libérée par la respiration
Tous les organismes n'ont pas la même aptitude à utiliser les aliments pour accroître leur biomasse : elle est en général, égale à 10%.
Les transferts de matière sont équivalents à un flux" d'énergie, chaque molécule organique étant porteuse d'une énergie chimique potentielle. La source d'énergie est la lumière chez les organismes photolithotrophes. Une très faible partie de la lumière reçue est absorbée par la plante (1%) pour la réalisation de sa production primaire brute. Chez les plantes, la respiration occasionne une perte énergétique.
On peut traduire les transferts de la matière par le flux d'énergie correspondant.
Correction exercice VII Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice VII
1. Formes d’énergie reçue :
• pour l’organisme végétal chlorophyllien : énergie lumineuse,
• pour l’organisme animal : énergie chimique des molécules organiques.
2. Mode de nutrition de chaque organisme :
• végétal chlorophyllien : autotrophie. Car, en utilisant uniquement des substances minérales et de 1 énergie lumineuse, fabrique les substances organiques nécessaires à sa vie.
• organisme animal : hétérotrophie. Car, il ne peut fabriquer sa propre matière organique qu’à partir de la matière organique préexistante qu’il doit trouver dans sa nourriture.
3. La production nette est qualifiée de photosynthèse apparente chez les plantes vertes, parce qu'une partie de celle-ci est utilisée pour la respiration.
Sachant que le produit net : \(PN=PB-RI\)
4. Structures correspondant a la partie M : feuilles mortes, inflorescence grappe de fruits.
Structures correspondant au point d'interrogation. Reste du végétal constitué par l’appareil végétatif.
5 - Diverses correspondances
NU | NA | PN | |
Banane Oranges + Mangues | Peau + pépins + noyaux | Fibres et parties non digérées qui se retrouvent dans les selles. | Accroissement de la biomasse de l'enfant. |
Viande avec os Pain |
os néant. |
# | # |
Correction exercice VIII Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice VIII
1. Le renseignement fondamental est que: d'un niveau trophique à un autre il y a transfert de matière et d'énergie.
2. L'énergie des matières organiques est libérée par respiration ou par fermentation.
3. Les déchets rejetés contiennent des matières organiques non encore transformées ou non transformables (cellulose).
4. a) Il s'agit de la pyramide des énergies.
b) Elle indique pour chaque niveau trophique la quantité d'énergie réellement accumulée et les pertes accusées en passant à un autre niveau.
Correction exercice IX Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice IX
1.a Signification des abréviations
• P : Producteurs primaires
• C1 : Consommateurs de premier ordre
• C2 Consommateur de 2nd ordre
b) Phénomènes biologiques représentés par les chiffres 1 à 4.
1 : photosynthèse,
2 : respiration,
3 : fermentation,
4 : combustion vive.
2 a) Justification de l’affirmation « le charbon et le pétrole sont du carbone immobilisé ».
Ce carbone est dit « immobilisé » parce qu’il reste stocké pendant de longues périodes géologiques et ne peut être recyclé que grâce aux combustions naturelles (volcanisme) et industrielles (usines).
b) Ce sont des roches sédimentaires d’origine biologique.
3. Arguments justificatifs de cette affirmation :
1er argument: l'énergie solaire est la source qui permet la réalisation de la photosynthèse avec production de dioxygène et de carbone organique nécessaires aux êtres vivants.
2éme argument: sans le soleil, le carbone serait uniquement converti en roches calcaires et carbonatées non disponibles pour les êtres vivants.
3eme argument : l'oxygène produit au cours de la photosynthèse entretient les phénomènes de la respiration et de la combustion nécessaires pour la vie.
4ieme argument: la photosynthèse, la respiration. la fermentation et la combustion sont des phénomènes biologiques entretenant le cycle du carbone.
5ieme argument : la photosynthèse qui utilise le dioxyde de carbone contribue à la diminution de l’effet de serre, rendant la vie possible sur terre.
Correction exercice X Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice X
1. L'efficacité photosynthèse (EP) d'une prairie est égale à :
Production primaire nette (PPN)
Énergie solaire reçue (ESr)
\(EP=\frac{PPN}{ESr}\times 100\) \(=\frac{30160\times100 }{4163280}\) \(=0,76 \) %
2. Le rendement écologique de croissance est de :
Bovins : 15,.6%
Invertébrés phytophages : 9,1%
Consommateurs secondaire : 27%
La sélection des bovins par l'homme en vue d'une amélioration de leur production secondaire permet d'expliquer la supériorité de leur rendement écologique de croissance par rapport à celui des invertébrés phytophages.
3. Les différences de rendements observées sont liées à la nature des aliments ingérés: les végétaux contiennent de nombreuses fibres non assimilables, les aliments d'origine animale sont mieux assimilés. '
4. Le transfert d'énergie se fait avec des pertes à chaque niveau trophique.
Correction exercice VI Le flux d’énergie, cycle du carbone et de l’azote dans les écosystèmes
Correction exercice XI
1. L’effet de serre est le processus par lequel les gaz des couches les plus basses de l’atmosphère forment une barrière à la réémission des rayons calorifiques renvoyés par la terre.
Exemples : le dioxyde de carbone (\(CO_2\)), le méthane (\(CH_4\)), la vapeur d’eau, le chlorofluorocarbure (CFC).
2 - Réduire les émissions des gaz à effet de serre (ou de minimiser le réchauffement global de la Terre).
3 - encourager les économies des énergies,
- développer les énergies renouvelables et nucléaires,
- remplacer le charbon par le gaz naturel.
4 Le taux de \(CO_2\) relativement stable et faible jusqu’en 1800.
Accroissement rapide à partir des années 1800.
Raison : activités humaines, surtout l'industrialisation qui se développe en Europe et en Amérique des le 19ieme siècle, puis se généralise dans le monde au 20e siècle.
5 Énergie fossile : charbon, pétrole, gaz naturel,
Énergie renouvelable : bois, vent, soleil, eau.
Pourcentage d’énergie fossile : 33% + 15% + 5% = 53%
Pourcentage d’énergie renouvelables : 40% + 4,3% + 0.35% + 0,02% + 2.296 — 46,87% =47%
L’énergie fossile est plus utilisée.
6. Le \(CO_2\) et la vapeur d’eau.
Ils se forment par combustion des carbures d’hydrogène.
Hydrocarbure \(\longmapsto\) $\(CO_2\) + \(H_2O\)$
7 a) Pour les pays en développement, leur industrialisation est à l’étal embryonnaire, le taux de gaz à effet de serre est négligeable.
Obligations attendues de ces pays: protection de l’environnement par une limitation de la déforestation (forêt: poumon de la nature).
8 - Risque de développement de l'arme nucléaire,
Risque de dissipation des éléments radioactifs en cas d’accident nucléaire (Tchernobyl en Ukraine (1986), Fukushima au Japon (2011))
9 Oui. Car les énergies obtenues à partir de l’eau, du vent et du soleil (énergies hydraulique, éolienne et solaire) n’émettent pas de gaz à effet de serre. Ce sont ces trois sources d'énergie qu'il convient de développer.