Enjeux planétaires contemporains

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre - La plante domestiquée
Type : Restitution des connaissances | Année : 2015 | Académie : France métropolitaine
Corpus Corpus 1
Enjeux planétaires contemporains

France métropolitaine 2015

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Sujet complet

1

France métropolitaine • Juin 2015

restitution des connaissances • 8 points

Question de synthèse (5 points)
Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

Dans certaines régions du globe, l’énergie géothermique est exploitée par l’humanité pour couvrir une partie de ses besoins énergétiques.

> Précisez l’origine de l’énergie interne de la Terre, présentez ses modes de transfert vers la surface et expliquez pourquoi certaines zones du globe sont favorables à son exploitation géothermique.

QCM (3 points)
La plante domestiquée

> Cochez la bonne réponse pour chaque série de propositions.

1. La sélection exercée par l’homme sur les plantes cultivées est un processus :

a) réalisé au départ à partir d’espèces sauvages.

b) qui a commencé avec la découverte des gènes.

c) permettant de sélectionner uniquement de façon empirique des caractéristiques semblables aux plantes sauvages.

d) exclusivement basé sur les techniques de mutagenèse et de transgenèse.

2. Des plantes possédant de nouvelles propriétés peuvent être obtenues par :

a) le croisement de variétés différentes et homozygotes pour obtenir des hybrides homozygotes.

b) le croisement de variétés différentes et homozygotes pour obtenir des hybrides hétérozygotes.

c) l’autopollinisation d’une même variété.

d) la pollinisation d’une variété intéressante par des insectes.

3. La transgenèse consiste à :

a) obtenir des organismes génétiquement modifiés en les soumettant à des agents mutagènes.

b) croiser deux individus d’espèces différentes.

c) introduire dans le génome de la plante un ou plusieurs gènes provenant d’une autre espèce.

d) obtenir des organismes génétiquement modifiés après de multiples croisements.

Les clés du sujet

Il s’agit d’un sujet original pour une question de type 1 : il se rapporte à deux thèmes différents, faisant toutefois partie du même domaine du programme, les enjeux planétaires contemporains. Un tel sujet, rare, rentre bien dans le cadre du bac.

Synthèse

Comprendre le sujet

  • Le libellé du sujet de synthèse est assez précis et comprend plusieurs sous-questions qui fournissent le plan à suivre.
  • Il faut bien veiller à situer les mécanismes de transfert thermique (conduction et convection) dans le cadre de la structure du globe (lithosphère et asthénosphère) et de sa dynamique (tectonique des plaques). Cela permet d’expliquer les différences dans l’intensité du flux thermique suivant les régions et, par là, pourquoi certaines zones du globe sont particulièrement favorables à l’exploitation géothermique, notamment à celle de haute énergie.

Mobiliser ses connaissances

  • Un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre. Gradients et flux géothermiques varient selon le contexte géodynamique.
  • À l’échelle globale, le flux fort dans les dorsales est associé à la production de lithosphère nouvelle. L’énergie géothermique utilisable par l’homme est variable d’un endroit à un autre.

QCM

Comprendre le sujet

  • C’est un QCM pour lequel il est facile d’obtenir le maximum, c’est-à-dire 3 points, à condition de réserver un temps minimum à chaque affirmation.
  • En particulier, lorsque vous pensez qu’une affirmation est juste sans en être toutefois certain(e), vérifiez bien que les trois autres affirmations sont fausses sans ambiguïté.
  • Faites attention aux adverbes, comme « uniquement » ou « exclusivement », qui sont très importants pour juger de la validité d’une affirmation.

Mobiliser ses connaissances

  • La sélection exercée par l’homme sur les plantes cultivées a retenu des caractéristiques génétiques différentes de celles qui sont favorables aux plantes sauvages.
  • Les techniques de croisement permettent d’obtenir de nouvelles plantes qui n’existent pas dans la nature (nouvelles variétés, hybrides…).
  • Les techniques du génie génétique permettent d’agir directement sur le génome des plantes cultivées.
Corrigé
Corrigé

Question de synthèse

Introduction

La Terre est une machine thermique qui, en permanence, libère un flux thermique à sa surface. Le transfert thermique du manteau vers la surface s’effectue par convection et conduction.

Après avoir indiqué l’origine de l’énergie interne de la Terre, nous allons préciser ces mécanismes de transfert thermique en relation avec la structure du globe terrestre (lithosphère et asthénosphère). Nous envisagerons ensuite les variations de l’intensité de ces transferts en relation avec la dynamique du globe, ce qui permettra de situer les régions les plus favorables à la géothermie.

I. L’origine de l’énergie interne de la Terre

  • La surface de la Terre reçoit un double flux d’énergie : le flux d’énergie solaire d’une part, le flux thermique d’origine interne d’autre part. Ce dernier est très inférieur au flux solaire et n’intervient pas dans la température de surface de la Terre. Ce flux thermique est dû au fait que l’intérieur de la Terre est plus chaud que sa surface : le transfert thermique se faisant toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, c’est-à-dire d’une température élevée vers une température plus basse.
  • Les températures élevées de l’intérieur du globe impliquent des sources de chaleur. Une première source réside dans la chaleur initiale qui a été engrangée par la Terre au début de son histoire, lors de sa formation et de sa différenciation.
  • Une deuxième source, active durant toute son histoire et encore actuellement, est la chaleur libérée par la désintégration des éléments radioactifs à longue période : uranium 238 et 235, thorium 232, potassium 40, contenus dans les roches du manteau et des croûtes.
  • Vu sa masse, le manteau est de très loin la zone du globe produisant le plus de chaleur, mais la croûte continentale, riche en éléments radioactifs, en produit aussi. Le manteau est donc essentiellement chauffé dans sa masse par la radioactivité et seulement un peu par « en dessous » c’est-à-dire par le noyau.

II. Les modes de transfert thermique vers la surface

Info

Le gradient géothermique est la variation de température par unité de longueur (de profondeur) ; on l’exprime souvent en °C par kilomètre.

  • La figure 1 indique les variations de la température interne du globe au moins pour les 600 premiers kilomètres. On distingue deux régions : l’une entre 0 et 100 km environ, où le gradient géothermique est élevé, et une deuxième, au-delà de 100 km, où le gradient géothermique est nettement plus faible.

 

Figure 1 Le gradient géothermique des 600 premiers kilomètres

  • La zone où le gradient géothermique est élevé (0 à 100 km) est la lithosphère, au-delà, c’est l’asthénosphère.
  • Cela correspond à deux modalités différentes de transfert thermique. Dans la lithosphère, les transferts thermiques s’effectuent par conduction, alors que dans l’asthénosphère et le reste du manteau, ils s’effectuent surtout par convection.
  • La conduction est un transfert thermique qui s’effectue de proche en proche suivant un gradient de température, sans déplacement de matière.
  • La convection est un transfert thermique engendré par un déplacement de matière : la matière en mouvement transporte avec elle sa chaleur.

III. Les zones du globe favorables à l’exploitation du flux thermique

  • À l’échelle mondiale, le flux thermique est d’intensité variable à la surface du globe. L’axe des dorsales est le lieu du globe où le flux thermique est le plus important (figure 2). Cela s’explique par la montée du manteau asthénosphérique à l’axe de ces dorsales.
  • Cette montée se fait par convection, le manteau asthénosphérique transportant avec lui sa chaleur et gardant presque sa température jusqu’au voisinage de la surface.
  • Dans les zones de subduction, le flux thermique est faible à la verticale de la zone de plongement de la plaque lithosphérique (fosse) mais est élevé dans l’arc volcanique associé (figure 2).

 

Figure 2 Flux thermique et dynamique du globe

  • Les zones de volcanisme de point chaud et les rifts sont aussi des zones où le flux géothermique est fort.

C’est la proximité d’un magma chaud à faible distance de la surface qui explique, pour les dorsales comme pour les arcs volcaniques, la valeur élevée du flux thermique.

Conclusion : les techniques de la géothermie appliquée

  • Les zones où le flux géothermique est élevé sont les plus propices à l’exploitation du flux thermique venant de l’intérieur de la Terre.
  • Cependant, on ne peut utiliser le flux thermique de surface car il est beaucoup trop faible. Il faut donc aller chercher des objets géologiques en profondeur et les ramener en surface pour exploiter la chaleur qu’ils contiennent. C’est généralement l’eau, sous forme liquide ou de vapeur, qui est utilisée en étant ramenée en surface à partir de nappes plus ou moins profondes.
  • Récemment, on a pu exploiter la chaleur de roches profondes en injectant de l’eau, laquelle est récupérée après les avoir baignées.
  • L’énergie géothermique utilisable par l’homme varie d’un endroit à l’autre. La géothermie de basse et moyenne énergie consiste à capter de l’eau naturellement chaude (jusqu’à 150 °C environ) à relativement faible profondeur (1 000 m) dans les régions volcaniques à fort gradient géothermique, ou à plus grande profondeur (2 000 à 4 000 m) sous les bassins sédimentaires. Cette forme d’exploitation est surtout utilisée pour le chauffage urbain.
  • La géothermie de haute énergie (régions volcaniques et dorsales comme en Islande) permet la production d’électricité. Elle exige de l’eau à haute température (supérieure à 250 °C) directement captée dans un sous-sol volcanique, ou à grande profondeur dans les autres régions, en injectant de l’eau, récupérée après passage dans des roches sèches chaudes et fissurées.

QCM

1. a)Exact. Les premiers maïs ont par exemple été sélectionnés à partir des plants de la téosinte.

b)Faux. La domestication des plantes par sélection massale a débuté il y a 10 000 ans, à une époque où l’on ignorait totalement la notion de gène. Celle-ci résulte des travaux de Mendel au milieu du 19e siècle, et des recherches de Morgan relatives à la théorie chromosomique de l’hérédité au début du 20e siècle.

c)Faux. L’homme, au cours de la domestication des plantes, a sélectionné des caractéristiques qui lui étaient utiles, différentes de celles de la plante sauvage : l’absence d’égrenage, l’augmentation du nombre de graines et de leur dimension, par exemple.

d)Faux. Il existe aussi des techniques de croisement, comme par exemple l’hybridation.

2. b)Exact. Chez les plantes allogames, les hybrides F1 présentent notamment une vigueur hybride : croissance plus importante, épis plus gros, à grains plus nombreux et avec une combinaison des caractères recherchés des deux lignées pures.

a)Faux. Les hybrides ne sont pas homozygotes.

c)Faux. L’autopollinisation permet d’obtenir des lignées pures, et non des plantes possédant de nouvelles propriétés.

d)Faux. Cela n’a pas de rapport direct avec l’obtention de plantes ayant de nouvelles propriétés.

3. c)Exact. La transgenèse crée une variété nouvelle par un mécanisme qui ne fait pas appel à la reproduction sexuée. Cette caractéristique indique tout de suite que les affirmations b) et d) sont fausses. L’affirmation a) est aussi fausse car elle correspond à la définition de la mutagenèse, et non de la transgenèse.