Conditions de Vie sur Terre

Etude des paramètres déterminant la température de surface d’une planète

On cherche à comprendre de quoi dépend l’intensité lumineuse (et donc la température) de surface d’une planète

Hypothèses des élèves:

• La distance au soleil influence la température.
• la pression atmosphérique la température.

Proposition d'un modèle

rappel un modèle est la représentation du réelle (maquette, programme informatique) afin de mieux le comprendre. Les scientifiques font sur ce modèle des mesures

• Les élèves ont proposé des modèles permettant de mesurer la température en fonction de la distance à une source de chaleur. Ici  2 appareils de mesures ont été utilisés: une règle pour la distance et un photomètre pour l'intensité lumineuse.
• Exemple de courbe obtenue:

Résultat: On observe que la température décroit rapidement avec la distance à la source de chaleur. (Décroissance non linéaire, mais exponentielle décroissante pour les matheux)

Notre modèle explique-t-il la température des planètes ?

La distance n’est pas un paramètre suffisant pour expliquer la température d’une planète. En effet, sur Vénus (2eme point de l acourbe ci-dessus), la température est bien plus élevée que la température attendue.

Quel autre paramètre peut entrer en jeu ?

Sur Vénus, la température est particulièrement élevée, or on remarque que la pression atmosphérique est elle aussi très forte.

• Importance de l’atmosphère

La présence d’une atmosphère contenant des gaz à effet de serre implique un réchauffement de la température de la planète.

QCM sur ENT

En simplifiant: les gaz qui composent l’atmosphère stockent une partie des rayons infra-rouges renvoyés par la surface de la planète. La température de surface augmente donc. C’est un phénomène naturel qui est actuellement amplifié par les rejets de GES par les Hommes : CO2, CH4 notamment.

Si pas d’atmosphère sur Terre, la température serait de -18°C. L’effet de serre permet de maintenir une température de 15°C

• Paramètres déterminants la pression de surface d’une planète

Toutes les planètes du système solaire, à l’exception de Mercure, ont une atmosphère constituée de molécules de gaz. Parmi les planètes telluriques (rocheuses), la Terre et Vénus possèdent une atmosphère épaisse alors que celle de Mars est ténue.

On cherche :

• Quelles sont les conditions qui ont permis à une planète de conserver une atmosphère ?
• à expliquer les compositions différentes de ces atmosphères.

La vitesse de libération d’une molécule est la vitesse minimale qu’il faut lui donner pour qu’elle puisse échapper à l’attraction de la planète. Sans chercher à rentrer dans les détails, la vitesse de libération d’une molécule dépend de la distance de la molécule au centre de la planète r, de la masse de la planète M et de son champ de gravité G est peut-être calculée grâce à la formule 

	Mercure	Terre	Mars	Jupiter
Présence d’une atmosphère et caractéristiques	non	oui épaisse	oui peu épaisse	oui épaisse
Principaux gaz de l’atmosphère		78% N2 21%O2	95,3% CO2 3%N2	78% H2 20%He
Masse de la planète (kg)	3.30 .1023	5.97 .1024	6.42 .1023	1.90 .1027
Température moyenne au sol (en Kelvins)	343.15	288.15	238 .15	128.15
Rayon de la planète (en km)	2439	6378	3397	71998
Vitesse de libération (km.s-1)	A calculer	A calculer	A calculer	A calculer

Les gaz sont donc maintenus à proximité d’une planète en fonction sa masse et de leur nature.

Ci-dessous, la vitesse de certians gaz en fonction de la planète à proximité de laquelle ils se trouvent (elle dépend de la température de la planète):

Résultat du calcul des vitesses de libération des molécules (km.s-1)		Terre	Mars	Jupiter
	N2	5.3	4.4	3.5
	CO2	4.2	3.5	2.8
	He	14.1	11.7	9.2
	H2	19.9	16.6	13.0

Il devient aisé de savoir quels gaz sont maintenus à proximité d'une planète

 

La Terre possède une atmosphère, une enveloppe gazeuse maintenue à la surface de la Terre grâce à l’attraction terrestre, c’est-à-dire grâce à la masse de la Terre.

Je dois savoir :

• Les notions
• Expliquer le principe de l’effet de serre à rien à voir avec la couche d’ozone
• Que les gaz sont des molécules chimiques qui se déplacent rapidement (qques km/s)
• Que le CO2 et le CH4 sont des gaz à effet de serre (ils participent au réchauffement de la planète)

Je dois savoir-faire :

• Appliquer une formule mathématique simple
• Répondre à un QCM simple à partir d’une vidéo
• Me servir de l’ENT pour accéder à un QCM

 

Conclusion : Notion de zone d’habitabilité

Finalement, les scientifiques définissent une zone d'habitabilité (Hart 1979 : zone permettant la présence d'eau liquide sur la planète. Graphique excel

Elle dépend de l'énergie lumineuse de l'étoile + énergie radiative de la planète (énergie émise par la planète) présence d'atmosphère et de la quantité d’énergie solaire réfléchie par la planète (albédo). (Supplément) Il faut nécessairement que l'orbite de la planète soit stable et que son excentricité soit faible pour maintenir la planète dans la zone d'habitabilité.

 

Cette atmosphère, couplée à la distance Terre/soleil permettre une température moyenne de 15°C et une pression compatibles avec la présence d’eau liquide

Je dois savoir :

• Les notions
• Ce qu’est la zone d’habitabilité
• Connaître l’unité UA (distance Terre-Soleil) qui sert de référence pour les très grandes distances

Je dois savoir-faire :

• Un histogramme dans Excel ou Calc en changeant l’échelle (logarithmique)

Savoir-faires "ENT" acquis lors de cette première partie :

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