M16S2_RE

Site:	Moodle CSSRDN
Cours:	Science 4e secondaire (ST / STE) - 2023-2024 - Douance
Livre:	M16S2_RE

Imprimé par:	Visiteur anonyme
Date:	vendredi 18 juillet 2025, 02:54

Description

Tu dois parcourir l'ensemble des chapitres de ce cahier de ressources pour bien te préparer au test de validation de cette station.

1. Flux énergétique du Soleil

1.1 Étudions notre étoile

D'abord, le Soleil est une étoile s'étant formée il y a plus de 4,5 milliards d'années. Le Soleil a une grande masse (99,8% de la masse total du système solaire). Celle-ci est la cause de la force gravitationnelle importante qui retient autour de lui les planètes et leurs satellites naturels (lunes), plusieurs dizaines de planètes naines, des comètes et des astéroïdes. Il faut dire que tu n'as probablement jamais vu un système solaire à l'échelle puisque, malheureusement, la Terre y serait si petite que tu ne la verrais simplement pas, ni aucune autre planète d'ailleurs. Pour te donner une idée, l'ensemble des planètes entrent environ 600 fois dans le volume du Soleil.

Comme la Terre, le Soleil possède un champ magnétique qui enveloppe et protège le Système solaire des rayons cosmiques, mais ce n'est pas tout. Le Soleil a une force gravitationnelle si grande que la matière est écrasée, fusionnée. Ces réactions nucléaires libèrent une grande quantité d'énergie, et la chaleur ainsi produite transforment la matière en plasma, un état de la matière qui s'apparente à celui d'un gaz. Tu peux étudier ce qu'est la fusion nucléaire dans cette section du cours, mais pour l'instant, nous nous contenterons de dire que c'est lorsque deux atomes légers (ici l'hydrogène) s'assemblent et donnent un atome plus lourd (hélium), libérant ici une très grande quantité d'énergie.

Le Soleil ne brillera pourtant pas toujours. S'il possède actuellement assez de carburant pour produire la chaleur nécessaire à la fusion nucléaire, sa réserve en hydrogène diminue avec le temps. Si on se fie à ce que l'on observe des étoiles de masse similaire, un jour, il gonflera pour avaler Mercure, Vénus et la Terre avant de s'effondrer sur lui même et de former une naine blanche. Pourtant, nous avons encore bien du temps devant nous. Les scientifiques estiment que cet évènement devrait se passer dans environ 6,5 milliards d'années.

1.2 Les rayonnements

L'énergie émise par le Soleil prend plusieurs formes, mais celles qui nous intéressent ici, ce sont les rayonnements qu'il émet. Pour voyager dans l'espace, ces rayonnements doivent avoir une nature électromagnétique. Ainsi, on ne parle pas ici d'onde sismique ou d'onde sonore. En effet, malheureusement pour les amateurs de cinéma, le son ne voyage pas dans le vide de l'espace. Pourtant, la lumière, les rayons infrarouges ou ultraviolets peuvent voyager dans le vide et c'est ainsi qu'il atteignent la Terre. Les ondes émises par le Soleil sont classées selon leur longueur d'onde.

Notre Soleil émet dans un large spectre, mais nous nous concentrerons ici sur les rayonnements infrarouges , la lumière visible et les rayonnements ultraviolets.

1.2.1 Le rayonnement infrarouge

Parmi les rayonnements que nous étudierons, les infrarouges sont ceux qui possèdent la plus grande longueur d'onde. Ils ne sont pas visibles à l'œil nu, mais ils permettent le transport de la chaleur. Ainsi, un corps plus chaud, comme un sol réchauffé par le Soleil par exemple, émet des rayons infrarouges.

1.2.2 La lumière visible

La lumière visible est, comme son nom l'indique, visible à l'œil nu. Elle possède toutes les couleurs de l'arc-en-ciel qui, une fois bien mélangées, forme la lumière blanche. Un prisme ou un filet d'eau peut décomposer la couleur et former un arc-en-ciel. C'est la raison pour laquelle ceux-ci se forment lorsqu'il pleut par temps ensoleillé.

1.2.3 Le rayonnement ultraviolet

Les rayonnements ultraviolets se regroupent en sous-divisions selon leur longueur d'onde et leur énergie. Certains d'entre eux sont visibles par les oiseaux, les insectes ou les poissons, mais aucun ne sont visibles pas l'homme. Plus ils possèdent de l'énergie, plus ils sont dangereux et plus il faut réduire notre temps d'exposition à ceux-ci. Ces types de rayonnements sont nécessaires à la production de vitamine D par le corps, mais ils sont aussi nécessaires à la survie des plantes. En outre, lorsqu'elles sont exposées aux rayons UV, les cellules épithéliales (cellules de la peau) sécrètent de la mélanine, substance qui donne à la peau une couleur plus foncée et protège des rayons solaires. C'est le bronzage.

Pourtant, l'exposition aux rayons UV accélère le vieillissement de la peau et l'apparition de rides. Elle peut aussi causer des mutations, des cancers ou une dégradation de la vision, spécialement chez les enfants. Il existe trois types de rayonnements UV. Ceux-ci sont présentés dans le tableau ci-dessous.

Rayons	Longueur d'onde	Énergie	Dans l'atmosphère
UVA	315 - 400 nm	+	Ils se rendent à la surface de la Terre.
UVB	280 - 315 nm	++	Une partie des rayons est transformée par la couche d'ozone et une partie atteint la surface de la Terre.
UVC	100 - 280 nm	+++	Ils sont tous absorbés par la couche d'ozone.

1.3 Le flux d'énergie

Le flux énergétique, c'est en quelque sorte la quantité d'énergie qui circule à un endroit donné. Le flux d'énergie est-il toujours le même ? Si ce n'est pas le cas, qu'est-ce qui modifie la quantité d'énergie reçue ?

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Comme on l'a vu, l'angle avec lequel les rayons solaires frappent la surface influence la densité de ceux-ci. Ainsi, la latitude, le moment de la journée et la saison sont trois éléments à considérer lorsqu'on évalue la dangerosité de l'exposition au Soleil.

Il existe cependant deux autres éléments à considérer. Le premier, c'est la surface au sol. Ainsi, certaines surfaces, comme la neige par exemple, peuvent refléter les rayons du Soleil. C'est ce qu'on appelle l'albédo. Nous reverrons ce concept lorsque nous traiterons du réchauffement climatique.

Le deuxième facteur, c'est l'altitude. Ainsi, en montagne, la colonne d'air est plus petite, moins haute et la quantité de rayonnements absorbés par l'atmosphère est plus faible. En avion, les rayonnements sont encore plus nombreux et les astronautes sont exposés à certains rayonnements qui n'atteignent jamais la surface de la Terre.

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2. Le réchauffement climatique

2.1 L'effet de serre, c'est naturel et nécessaire.

As-tu déjà constaté qu'il faisait plus chaud dans la voiture stationnée au Soleil qu'à l'extérieur de celle-ci ? Est-ce que tu t'es déjà demandé comment on pouvait cultiver des légumes au Québec lorsque nous sommes hors saison ? Le phénomène de l'effet de serre est, a priori, essentiel à notre survie et tout à fait naturel. Voici comment il fonctionne.

Comme nous l'avons vu, le Soleil est notre source de lumière et de chaleur. Ainsi, le flux d'énergie dont il a été question dans la page précédente atteint la face de la Terre qui est exposée au rayonnement solaire, là où il fait jour. En vérité, ce ne sont pas tous les rayons du Soleil qui atteignent la surface de la Terre. Une partie d'entre eux sont reflétés sur les molécules d'air pour ensuite être retournés à l'espace. Parmi ceux qui atteignent le sol, une partie est reflétée. C'est ce qu'on appelle l'albédo. La neige et la glace ont des albédos plus élevés que le sol ou la surface de l'eau et reflètent donc facilement la lumière.

L'eau ou les sols plus foncés absorbent l'énergie et la transforment en rayonnement infrarouge qu'ils réémettent vers l'espace. Lorsque l'atmosphère emprisonne ces rayonnements infrarouges, les empêchant de retourner dans l'espace, c'est ce qu'on appelle l'effet de serre. La vapeur d'eau, le dioxyde de carbone ou le méthane sont des gaz qui, naturellement, nous aident à conserver notre énergie grâce à l'effet de serre. Sans cet effet de serre, la température à la surface de la Terre, et plus spécifiquement la température la nuit, serait si froide qu'elle ne permettrait pas à la vie telle qu'on la connait de se perpétuer.

Cependant, les activités humaines et plus spécifiquement, l'utilisation des combustibles fossiles perturbe le cycle lent du carbone et provoque une augmentation non négligeable de la proportion de dioxyde de carbone atmosphérique. De plus, la décomposition de matière organique dans les centres de traitement de déchets, la production alimentaire liée à l'élevage de bêtes et l'épandage de lisier ou de fumier sur les terres agricoles dégagent une quantité importante de méthane, autre gaz à effet de serre. Finalement, les engrais libèrent aussi de l'oxyde d'azote (N₂O). Ces perturbations amplifient l'effet de serre, ce qui cause une augmentation de la température moyenne mondiale.

2.2 Les effets du réchauffement.

Quand il fait chaud, la glace fond. Ainsi, la fonte des glaces a principalement trois effets sur la vie sur Terre. D'abord, les habitats des écosystèmes locaux s'en retrouvent grandement perturbés. Pour les animaux vivants sur la banquise, la situation est d'autant plus grave, car ils perdent progressivement leur habitat et, dans certains cas, leur source de nourriture.

Ensuite, la fonte des glaces apporte à l'océan une grande quantité d'eau douce. Non seulement l'océan est-il dilué, mais la circulation thermohaline s'en retrouve carrément menacée, risquant de créer un déséquilibre au niveau de l'apport en nutriments et de la température des écosystèmes de l'ensemble de la planète .

Finalement, la fonte des glaciers aura un effet sur le niveau de la mer, provoquant immanquablement son élévation. Il faut aussi mentionner que la fonte de la glace (blanche) pour faire face à la mer (foncée) diminue l'albédo, soit la capacité à refléter les rayons du Soleil. L'océan absorbe davantage de rayons et se réchauffe plus rapidement. Une augmentation de la température augmente aussi l'évaporation de l'eau et la vapeur d'eau est aussi un gaz à effet de serre. Malheureusement, la glace n'est pas la seule à fondre. En effet, le pergélisol, un sol gelé à l'année et chargé de poches de méthane, fond lui aussi libérant une quantité importante de gaz à effet de serre.

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3. Contaminations (STE)

3.1 La contamination de l'atmosphère

Comme nous l'avons vu, la circulation atmosphérique et la composition même de l'atmosphère a une grande influence sur la température et le climat. De plus, les vents peuvent permettre à des gaz de parcourir une grande distance sans être nécessairement détectés. Il est très difficile d'agir pour retirer un contaminant de l'atmosphère et les conséquences d'une contamination peut s'échelonner sur des décennies.

3.1.1 Les pluies acides

Une activité volcanique, des feux de forêts, la décomposition de la matière organique ou même la foudre sont des sources d'émission de dioxyde de souffre (SO₂) et d'oxydes d'azote (NO_x). L'Homme aussi émet ces gaz par la combustion de combustibles fossiles pour le transport, les différents secteurs industriels ou pour produire de l'énergie électrique dans des centrales thermiques sont autant de sources . Ces gaz, une fois en contact avec la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère, se transforment en acide nitrique (HNO₃) et en acide sulfureux (H₂SO₃). Ces acides ont des effets dévastateurs puisqu'ils dissolvent les calcaires.

Nous avons déjà traité des conséquences des pluies acides lorsque nous avons abordé la contamination de la lithosphère et de l'hydrosphère. Nous avions vu que certaines plantes sont sensibles au pH du sol et que les écosystèmes aquatiques pouvaient être grandement affectés par les variations de pH des eaux. En effet, les eaux acides dégradent les récifs coraliens et dissolvent les coquilles des animaux marins. Comme ces zones ont une importance particulière dans le cycle du carbone, notamment en ce qui a trait à la séquestration de celui-ci dans la lithosphère, la destruction de ces écosystèmes pourraient aggraver les problèmes liés au réchauffement climatique.

Or, les pluies acides causées par le rejet de NO_X et de SO₂ dans l'atmosphère est la cause principale de l'acidification des eaux de surfaces et des océans, mais contribuent aussi à détériorer notre patrimoine (l'acidité des pluies abime le marbre et le calcaire des monuments historiques et accélèrent la corrosion des métaux) et nuisent à la stabilité des sols (la dégradation des roches à base de calcaire peut provoquer des affaissements).

3.1.2 Le smog

Le smog est un mélange de différents gaz polluants qui forme une nappe jaunâtre au-dessus des grands centres urbains. Il est fréquent dans les mégalopoles comme Los Angeles ou Beijing, mais Montréal et Québec peuvent vivre des épisodes de smog lorsque les conditions requises pour le phénomène sont présentes.

Généralement, les polluants émis par l'activité industrielle, par le secteur du transport ou par les centrales thermiques montent dans l'atmosphère et retombent avec la pluie, notamment sous forme de pluies acides comme nous venons de le voir. Or, lors de la formation d'un anticyclone, une masse d'air froid descend vers le sol et provoque une zone de haute pression. L'anticyclone est généralement lié au temps ensoleillé, et ce, en été comme en hiver, mais lorsqu'il y a du smog, celui-ci forme un nuage semblable à une nappe de brouillard. En effet, comme l'air est retenu, voire poussé au sol, les contaminants gazeux et les poussières en suspensions dans l'air s'y accumulent. On assiste donc à une élévation de la concentration de NO_X et de SO₂, mais aussi de particules fines et d'autres gaz comme l'ozone dans l'atmosphère. Si l'ozone a un rôle des plus importants dans la stratosphère, il est un gaz nocif lorsqu'il est dans la troposphère.

3.1.3 L'amincissement de la couche d'ozone

Comme nous l'avons vu, nous sommes protégés naturellement d'une partie des rayons UVB et des rayons UVC par une couche de gaz, l'ozone, située dans la stratosphère, qui absorbe ces rayons et les transforment en rayonnements moins nocifs. Si l'ozone troposphérique est un contaminant important de la troposphère, il a une importance capitale lorsqu'il est dans la stratosphère.

Or, des études scientifiques ont démontré que la couche d'ozone s'amincissait, et ce, de façon plus importante aux pôles. Les scientifiques se sont alors aperçus que cet amincissement était dû à l'interaction de l'ozone avec les atomes de chlore libérés par la décomposition des CFC lorsqu'ils sont soumis à des rayons UV. Ce gaz utilisé notamment dans les aérosols et dans les systèmes de réfrigération a alors vu son utilisation réduite, voire carrément aboli. La réaction mondiale rapide suite à la signature du Protocole de Montréal en 1987 permet de croire que la situation est désormais en voie de se rétablir.

Les cavernes creusées par l'eau de pluie

Dans certaines régions où le sol est principalement constitué de calcaire, l'acidité des pluies contribue à dissoudre les sols. Il se forme alors des galeries souterraines de taille très variable qui peuvent créer une instabilité dans le sol, mais qui peuvent aussi créer des sites extraordinaires comme celui des cavernes de St-Elzéar dans le sud de la Gaspésie. À cet endroit, l'eau a creusé des cavernes reliées par de canaux souterrains. Certaines de ces cavernes sont à peine assez grandes pour qu'un homme s'y introduise, mais d'autres permettent à un homme de marcher debout sans problème. Il faut se méfier des points d'accès. En effet, si certaines cavernes peuvent être une tanière pour des animaux sauvages. Il faut aussi noter que ces points d'accès sont souvent cachés par la végétation et peuvent représenter un risque de chute. Les ossements qu'on découvre à l'intérieur des cavernes démontrent bien que le danger de telles chutes ne s'applique pas seulement aux humains. Si les cavernes de St-Elzéar n'ont pas été creusées par l'eau de pluie acidifiée par l'activité humaine, il n'en reste pas moins que l'acidification des pluies accélère la dissolution des calcaires.

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4. Synthèse

Astuce!

Tu veux réussir mieux ! Prends le temps de consigner dans le cahier de notes l'ensemble de tes apprentissages. Tu auras ainsi un cahier non seulement ordonné, mais aussi imprimable. De plus, le fait de résumer, d'expliquer, de synthétiser la matière te permet de mieux l'assimiler. Ton temps d'étude en sera sans aucun doute réduit!

Important : Lorsque tu prends des notes dans ton cahier, tu dois toujours cliquer sur "enregistrer" pour les conserver. Une fois tes notes compilées, n'oublie pas de cocher la boite à côté de cette ressource afin d'avoir accès au test de validation de la station.

Voici ce que je retiens de la station 2

Flux énergétique et contamination

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