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AccueilArticlesSeconde - Géologie  Cycle biogéochimique du carbone
Seconde - Géologie
  Cycle biogéochimique du carbone - TP/TD

Posté le 20 juin 2010 à 16:45 par FB  -  Info Auteur

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Sinon un nouveau TP, plutôt un "portage" sous forme de fiche d'activité OpenTBi de type "tâches complexes" d'un ancien document dont l'objectif général est, a partir de petites manips et de quelques documents courts, d'établir un schéma fonctionnel des principaux réservoirs et flux de carbone à l'échelle de la planète. Par la suite, il sera facile d'y ajouter des valeurs chiffrées de transferts annuels. (ainsi que d'autres éléments)

Cette fiche est au format OpenTBi... Si vous l'imprimez, pensez à ne pas laisser sur la même page les "Aides à la réalisation" afin de ne pas les distribuer dès le début. (dernière sous-partie)

Remarque : Le document de fond de schéma-bilan est également disponible en taille plus grande (format png) dans la Galerie médias du site.



Situation initiale - Problématique

Aujourd'hui, les publicités automobiles mettent largement en avant le taux d'émission de CO2 d'un véhicule... Cette valeur traduit, pour un kilomètre parcouru, la quantifié de carbone passant de sa forme de stockage "combustible fossile" à celle de "carbone atmosphérique". C'est une illustration de l'un des transferts possibles d'un réservoir naturel de carbone à un autre.

PROBLÉMATIQUE : Quels sont les principaux réservoirs et flux de carbone à l'échelle du globe ?

 

Consignes de travail élève

[ Durée de l'activité :  1 heure ]

A l'échelle du globe, il existe quatre grands réservoirs de carbone, l'hydrosphère, la lithosphère, la biosphère et l'atmosphère, en interactions permanentes... Dans cette activité, à partir des expériences à réaliser, des informations fournies et de vos connaissances, vous devrez compléter le schéma du cycle du carbone fourni en y indiquant les différentes formes chimiques du carbone puis en y nommant chacune des flèches symbolisant un transfert de carbone.

Compétences - Capacités Domaines
Recenser, extraire et organiser des informations.
Manipuler et expérimenter.
Comprendre qu’un effet peut avoir plusieurs causes.
Manifester de l'intérêt pour la vie publique et les grands enjeux de la société.
Comprendre la nature complexe des équilibres des flux de carbone.
s'Informer
aliser
Raisonner
Communiquer
Être Autonome
Être Responsable

 

Documents et données

Documents à compléter :

 

RAPPELS :

- Le rouge de Crésol (RC) vire au jaune lorsqu'il est enrichi en CO2 et au violet dans le cas contraire.
- L'eau de chaux se trouble lorsqu'elle est enrichie en CO2.
- L'ébullition provoque un brusque dégazage des eaux.
- Les eaux de pluie ont un pH légèrement acide.

 

Exp 1 : Un fragment d'être vivant autotrophe est placé (à la lumière) durant 48 heures dans un tube à essai fermé contenant du rouge de Crésol. (Expérience déjà réalisée, lecture directe du résultat)

Exp 2 : Un fragment d'être vivant hétérotrophe est placé (à la lumière) durant 48 heures dans un tube à essai fermé contenant du rouge de Crésol. (Expérience déjà réalisée, lecture directe du résultat)

Exp 3a : Ajouter dans un tube à essai contenant de l'eau bouillie laissée 48 heures à l'air libre quelques gouttes d'eau de chaux pour y observer un éventuel précipité.

Exp 3b : Ajouter dans un tube à essai contenant de l'eau fraîchement bouillie quelques gouttes d'eau de chaux pour y observer un éventuel précipité.

Exp 4 : Mettre dans un premier tube à essai 1 à 2 cm d'eau de chaux puis, dans un second tube, un morceau de craie (calcaire). Déposer quelques gouttes d'acide (HCl) sur la craie et fermer RAPIDEMENT le tube avec le dispositif à dégagement (bouchon + tube fin coudé) en faisant barboter l'extrémité du tube à dégagement dans l'eau de chaux du premier tube à essai. Observer.

 

Info 1 : Les roches silicatées ne sont pas totalement solubles dans l’eau. Elles sont altérées de façon différentielle… L’eau, acide car chargée de CO2 dissous, attaque les silicates situés dans et sous le sol. Si l’on prend le plus fréquent des silicates de la croûte, le plagioclase, on peut résumer le bilan de son altération de la façon suivante : 

2 Al2Si2O8Ca + 4 CO2 + 6 H2O → 2 Ca++ + 4 HCO3-  + Si4O10Al4(OH)8   

(Al2Si2O8Ca étant le plagioclase (anorthite) et Si4O10Al4(OH)8 l'argile produite (kaolinite) par altération)

 

Info 2 : Le carbonate de calcium (CaCO3), principal constituant des roches calcaires, se forme dans les milieux aquatiques (le plus souvent dans l'eau de mer). Ils résultent de la précipitation d'ions dissous. Cette précipitation suit la réaction :

Ca2++ + 2(HCO3-) → CaCO3 + CO2 + H2O. Cette équation est réversible.

Cette précipitation est facilitée par les organismes à coquille ou carapace (mollusques, oursins, coraux, algues planctoniques...), par la respiration des êtres vivants et par le brusque dégazage des eaux.

 

Info 3a : Dans un écosystème, les liens qui unissent les espèces sont le plus souvent d'ordre alimentaire. On distingue trois catégories d'organismes :

- les producteurs. Ce sont surtout les végétaux chlorophylliens, capables, grâce à la photosynthèse, de fabriquer de la matière organique à partir de dioxyde de carbone et de lumière solaire. (il existe aussi d'autres organismes autotrophes, certains étant à la base de chaînes alimentaires totalement indépendantes de l'énergie solaire.)

- les consommateurs (animaux). Il existe trois types de consommateurs :

  • les consommateurs primaires (herbivores)
  • les consommateurs secondaires, qui se nourrissent des précédents (carnivores primaires)
  • les consommateurs tertiaires, qui se nourrissent des carnivores primaires (carnivores secondaires)

- les décomposeurs (bactéries, champignons) qui dégradent les matières organiques par respiration et fermentations de toutes les catégories et restituent au milieu les éléments minéraux.

 

Info 3b : La formation des combustibles fossiles (charbon, hydrocarbures et gaz) est une conséquence naturelle, à très long terme, de la sédimentation dès lors que les sédiments de départ sont assez riches en matière organique. Cette sédimentation produit un corps particulier : le kérogène, capable lui-même de produire, avec le temps, charbon ou pétrole et/ou gaz suivant les différentes conditions environnementales. (Bien qu'il ne soit présent qu'en faibles proportions dans les sédiments en règle générale, le kérogène représente, à l'échelle de la planète, une masse totale de 107 Gt. Seulement 0,1 % de ce kérogène se transforme en charbon ou pétrole et/ou gaz.)

 

Info 4 : Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.

CHn+2 + n O2 → n CO2 + n H2O + énergie   (équation exemple pour un hydrocarbure)

La plupart des matériaux d'origine organique sont des combustibles. Par exemple, le bois (20 000 kilojoules par kilo), le charbon, le pétrole (42000 kilojoules par kilo pour l'essence) sont des combustibles. On distingue :

- les combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz...), issus de matières organiques préhistoriques fossilisées. Leur combustion rejette dans l'atmosphère du dioxyde de carbone qui provient de la combinaison d'atomes de carbone issus du sous-sol et d'oxygène atmosphérique. Ces rejets de CO2 participent à l'effet de serre et aux changements climatiques actuels.

- les biocombustibles (biocarburants liquides, copeaux ou granulés de bois, céréales et autres aspects de la biomasse), issus de plantes vivantes. Leur combustion présente un bilan CO2 beaucoup plus faible (pour autant qu'on replante ce qui a été coupé) puisqu'elle rejette le CO2 atmosphérique qu'ils ont accumulé au cours de leur croissance par photosynthèse... C'est donc une énergie renouvelable. (Mais pas non-polluante)

 

Évaluation

Vous avez mené à bien la tâche demandée si :

  • La forme chimique du carbone est indiquée pour chaque réservoir (et juste)
  • Chaque flèche est correctement légendée
  • votre schéma comporte un titre en rapport avec la problématique (et le document)

 

Aides à la réalisation

Aide 1 : Prenons l'exemple de l'expérience n°1. On en déduit que les végétaux autotrophes puisent du carbone (sous forme de CO2) dans le milieu extérieur. Du reste, on sait qu'ils l'utilisent pour produire, par photosynthèse, leur propre matière organique... On peut donc indiquer MATIÈRE ORGANIQUE comme former chimique du C au niveau des autotrophes, et PHOTOSYNTHÈSE au regard de la flèche "Exp.1".

Aide 2 : Pour les formes chimiques du carbone, les mots clés sont : Matière organique - dioxyde de carbone (CO2) - carbonates (CaCO3) - combustibles fossiles (hydrocarbures...)

Aide 3 : pour les flux, les mots clés sont : photosynthèse - combustion - fossilisation - consommation - respiration et fermentation - précipitation - solubilisation - dissolution - dégazage - sédimentation


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