Partie 1 • CO₂ et coraux

▶ 1. Les deux organismes en présence sont :

un animal, le polype, capable de produire un squelette calcaire ;

une algue verte microscopique, la zooxanthelle, capable d'effectuer la photo­synthèse.

Une symbiose est une association où chaque organisme tire un bénéfice de son association avec l'autre.

La zooxanthelle produit par photosynthèse des nutriments et du dioxygène que le polype peut utiliser.

Le polype protège les zooxanthelles présentes dans son corps, leur fournit du CO₂ et les nourrit des déchets de son métabolisme.

▶ 2. 

D'après le document 1, le corail, pour bien se développer, doit être dans une eau peu profonde, transparente et à une température entre 25 et 30 °C.

Le blanchissement des coraux est dû à l'expulsion des algues en symbiose avec les polypes au sein du corail à cause des changements de température de l'eau, à sa pollution et à la surexposition aux rayons du soleil. Le corail est alors décoloré, plus exposé aux maladies, mais surtout le polype n'est plus nourri par les produits de la photosynthèse de l'algue et dépérit.

Le texte ajoute que le polype du corail est incapable de construire son squelette lorsque l'eau est trop acide.

Les causes de la destruction et du blanchissement des coraux sont donc liées à la pollution et aux changements de température de l'eau, mais aussi à l'acidification de l'eau qui empêche la formation du squelette par le polype.

On peut ajouter :

la baisse du niveau de l'eau qui entraîne une exposition aux rayons solaires trop forte ;

l'élévation du niveau de l'eau ou la perte de sa transparence qui entraînent une exposition aux rayons solaires trop faible pour assurer la photosynthèse et la survie des coraux.

▶ 3. a) L'augmentation de la température des océans succède à l'augmentation du taux de CO₂ atmosphérique. Le taux de CO₂ commence à augmenter dès 1945, la température à partir de 1975.

b) L'acidification des océans est due à l'augmentation du taux de CO₂ atmo­sphérique. En effet, celui-ci se dissout dans l'eau et entraîne une augmentation en ions hydrogène H⁺ responsables de l'acidité de l'eau.

▶ 4. Le blanchissement des coraux est principalement dû au réchauffement de l'eau et à son acidification. Nous cherchons à relier ces phénomènes à l'augmentation du taux de CO₂ atmosphérique due à l'activité humaine.

D'après le graphique du document 2 a., l'augmentation du taux de CO₂ atmo­sphérique et celle de la température de l'eau suivent une même évolution avec une augmentation surtout depuis les années 1970. Le texte rappelle que le CO₂ fait partie des gaz à effet de serre et que l'augmentation de sa quantité dans l'atmosphère entraîne un réchauffement à la surface de la Terre. Une part de l'énergie thermique est absorbée par l'eau et la température des océans augmente aussi.

Le texte du document 2 b. explique que le CO₂ atmosphérique se dissout dans l'eau et forme de l'acide carbonique. Cette réaction entraîne la formation d'ions hydrogène, ce qui se traduit par une acidification de l'eau. L'augmentation de la quantité de CO₂ atmosphérique entraîne donc l'augmentation de l'acidité de l'eau.

Nous avons vu précédemment que le blanchissement des coraux était dû au réchauffement et à l'acidification de l'eau. Comme ceux-ci sont provoqués par l'augmentation du taux de CO₂ atmosphérique, nous avons donc démontré que l'augmentation du taux de CO₂ atmosphérique liée à l'activité humaine est une cause du blanchissement des coraux.

Partie 2 • Production d'électricité sans combustion

▶ 5. a) L'énergie apportée par les rayons solaires est thermique. Cette énergie chauffe l'eau de la chaudière qui se vaporise.

b) Le diagramme de conversion énergétique de la centrale est :

▶ 6. La centrale solaire thermique Noor III utilise le mode de fonctionnement expliqué dans le document 3 : l'énergie solaire est concentrée en un point en haut de la tour. Puis, comme l'explique de document 4, elle accumule cette énergie thermique reçue du rayonnement solaire dans un récipient de stockage contenant du sel fondu. Cette énergie peut être utilisée la nuit en l'absence du Soleil pour engendrer de la vapeur d'eau. C'est pourquoi on peut en effet confirmer que Noor III peut se passer du Soleil pour produire de l'électricité.

▶ 7. a) Un héliostat est un miroir capable de pivoter sur ses axes pour suivre le déplacement du Soleil et capter ainsi son rayonnement sans, ou avec un minimum de pertes. En effet, la puissance des rayonnements reçus est maximale lorsque l'angle d'incidence des rayons est minimal, ce qui est possible si les miroirs pivotent et suivent le Soleil dans son mouvement. Ceci participe à l'optimisation du rendement de la centrale.

b) Le rendement d'une centrale est donné par :

$\text{η}=\frac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}}$

Nous cherchons la puissance reçue par les miroirs. Sachant que P_utile = 150 MW et en considérant que η = 50 % pour une telle centrale, on obtient :

$P_{\text{reçue}}=\frac{P_{\text{utile}}}{\text{η}}=\frac{150}{\mathrm{0,50}}=\text{300 MW}$

La puissance reçue par les miroirs de la centrale est de 300 MW.

▶ 8. Une centrale solaire thermique ne produit pas de CO₂ certes, mais elle possède quelques inconvénients :

La restriction géographique : il n'est pas possible de construire une telle centrale dans les régions où il y a peu d'ensoleillement (par exemple, où les nuages diffusent la lumière solaire et la rendent inutilisable par les miroirs de ces centrales). Elles sont en effet placées dans les régions désertiques ou les pays à fort ensoleillement, comme le Maroc ou les pays du sud de l'Europe.

L'intermittence : l'énergie solaire reste intermittente, ce qui réduit sa capacité productive. Une centrale comme Noor III qui se passerait du Soleil utilise des procédés de stockage qui, certes, remédient à cet inconvénient en partie, mais ces procédés sont eux aussi polluants (produits chimiques comme les sels de potassium).

L'entretien et le nettoyage des miroirs : pour maintenir le rendement, de grandes quantités d'eau, pas toujours disponibles dans les zones désertiques, sont nécessaires ainsi que des produits chimiques qui sont polluants.

Le transport de l'électricité : les sites géographiques propices à ces centrales sont situés au Sud ou dans les déserts comme le Sahara. Il faut transporter l'électricité de ces sites jusqu'aux pays destinataires ce qui augmenterait le prix de cette électricité.

On constate, en effet, que malgré une très faible empreinte carbone lors de sa phase de fonctionnement, une centrale solaire thermique n'est pas encore une solution parfaite pour produire de l'énergie partout, à moindre coût et sans aucune pollution.