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PARTIE 2 : LA PLANETE TERRE ET SON ENVIRONNEMENT
L'environnement de la planète Terre correspond à tous les éléments du Système Solaire dont
elle fait partie.
L'environnement de la Terre a pu être découvert par des observations à l'œil nu ou avec des
instruments optiques, ou plus récemment grâce à des sondes, des satellites artificiels.
Chapitre 1 : LES OBJETS DU SYSTÈME SOLAIRE ET LEURS
CARACTÉRISTIQUES
La Terre est une planète du système solaire.
Qu’appelle-t-on système solaire ?
Quels sont les différents “objets” qui le constituent ?
Quelles sont leurs principales caractéristiques, comparées à la Terre ?
I] Les différents corps célestes du système solaire
Activité 1 : Rechercher les objets constituant le Système Solaire
Source documentaire : Site Futura-Sciences
http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/univers-1/d/systeme-solaire_3728/
1) En utilisant les différentes informations obtenues à partir du site Futura-Sciences,
compléter le document ci-dessous en donnant une définition générale des cinq
constituants (corps célestes) principaux du système solaire.
LE SYSTEME SOLAIRE
Comète
Soleil
Satellite
Terre
Astéroïdes
1
LE SOLEIL
Étoile
- Siège de réactions thermonucléaires
- Production de lumière
- Production d’énergie (chaleur)
LES PLANETES
Corps de forme sphérique en orbite autour d'une étoile. Ce corps
n'est pas lumineux par lui-même mais il réfléchit la lumière de
l'étoile.
Le système solaire est composé de 8 planètes
Les planètes gravitent autour du soleil sur des orbites elliptiques,
disposées plus ou moins dans un plan. Les planètes ont le même
sens de rotation autour du soleil : le sens inverse des aiguilles d’une
montre.
Les comètes
petits corps glacé contenant
beaucoup d’eau
Les astéroïdes
petits corps rocheux, très
pauvres en gaz. Présence
d’une ceinture d’astéroïdes
entre Mars et Jupiter
Les satellites
taille entre 200 et 2600 km
corps céleste en orbite autour
d’une planète
2) Bilan de l’activité 1 : Résumer en quatre phrases maximum l’organisation du système
solaire.
Bilan :
Le système solaire est constitué d’une étoile le Soleil, de 8 planètes avec leurs satellites,
d'astéroïdes, de comètes et de poussières de gaz.
Le soleil est l’une des 100 milliard d’étoiles qui constitue notre galaxie, la Voie Lactée.
L’âge du système solaire est d’environ 4,6 milliards d'années, il s'est sans doute formé par
condensation d'une nébuleuse.
Activité 2 : Découverte des caractéristiques des planètes du système solaire
1) A l’aide du logiciel Planet 3D, compléter pour les planètes le tableau suivant :
Distance moyenne au
soleil en millions de
km
Distance moyenne au
soleil en UA*
Diamètre en km
Masse volumique
(kg/dm3)
Principaux
composants
chimiques
Mercure
Vénus
Terre
Mars
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
57,9
108,2
149,6
227,9
778,6
1433,5
2872,5
4495,1
0,337
0,723
1
1,523
5,202
9,538
19,181
30,057
4 879
12 104
12 756
6 794
142 984
120 536
51 118
49 528
5,42
5,24
5,51
3,93
1,32
0,68
1,27
1,63
Silicates
Fer
Nickel
Silicates
Fer
Nickel
Silicates
Fer
Nickel
Silicates
Fer
Soufre
Hydrogèn Hydrogèn Hydrogèn Hydrogèn
e
e
e
e
Hélium
Hélium
Hélium
Hélium
2
Epaisseur de
l’atmosphère (km)
Absente
350
Satellites
500
120
1000 ?
1000 ?
6500 ?
4500 ?
1
Lune
2
28
Europe,
Io
30
Titan
21
8
Très
jeune
+ de 2 Ga
/
/
/
≈ de 0,7
Ga
UA* = unité astronomique 1UA ≈ 150 000 000 de km ≈ 1,5.108 km (distance Terre-Soleil)
Age de la surface de
la planète
Vieille
4 à 3 Ga
Jeune
- de 1 Ga
/
Doc. 1 : Graphique montrant le diamètre des planètes et leur position par rapport au soleil
2) Exploiter les données recueillies pour classer les objets du système solaire.
3) A l’aide du graphique obtenu, indiquer s’il est possible de distinguer différents
groupes de planètes.
Il est possible de distinguer 2 groupes de planètes : des planètes géantes (masse volumique
faible, diamètre important), des planètes plus petites (masse volumique comprise entre 3,9 et
5,5, diamètre plus petit)
4) Mettre en relation les données obtenues avec le doc. 1 : graphique montrant la position
des planètes par rapport au soleil.
Les planètes géantes sont externes situées au-delà de la ceinture d’astéroïdes, les plus petites
planètes sont proches du soleil : planètes internes.
5) Bilan de l’activité : A l’aide du tableau complété et du graphique réalisé, indiquer s’il
est possible de distinguer différents groupes de planètes et quelles sont les
caractéristiques des planètes sur lesquelles reposent cette classification.
Similitudes entre certaines planètes quant-à leur dimension et leur densité ou leurs principaux
composants chimiques.
Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune présentent des similitudes :
3
-
planètes géantes
masse volumique faible de 0,68 à 1,63
présence d’anneaux et de nombreux satellites
les + proches du soleil
essentiellement d’hydrogène et d’hélium
Mercure, Vénus, la Terre et Mars présentent des similitudes :
- masses volumiques comprises entre 3,93 et 5,51
- peu ou pas de satellites et pas d’anneaux
- composées essentiellement de silicates et de fer
- les plus éloignées du soleil
Activité 3 : Ce que nous apporte l’étude des impacts météoritiques
Document 1 : La formation des planètes du système solaire.
Elle s’est réalisée il y a 4,6 milliards d’années (Ga).
A partir d’un nuage de gaz et de poussières (la nébuleuse solaire) la plupart des ces
poussières se sont agrégées pour former un protosoleil. Les autres grains de poussières se
sont aussi attirés et formés des corpuscules de plus en plus gros : les planétésimaux. Les
corpuscules s’attirent à leur tour et se soudent pour former les planètes.
La première partie de l’histoire de notre système solaire est marquée par un immense
bombardement météoritique autour de 4 Ga.
1) A l’aide du document 1, indiquer quelle est l’origine des cratères visibles sur les
planètes et la Lune.
Le bombardement météoritique qui a eu lieu lors de la formation des planètes.
2) A l’aide des planches du dossier F3D1, F3D2, F4D3, F5D1, F6D1 et de vos
connaissances remplir le tableau suivant :
Planètes
ou
satellite
Nombre de cratères
météoritiques
Mercure
Nombreux cratères
Traces d’activité
interne (volcan,
faille…)
Vénus
Faible nombre de
cratères
météoritiques
Présence de
volcans, de failles
Terre
170 cratères
Présence de
volcans, de failles
Lune
Nombreux cratères
Présence de
plissements
Laves basaltiques
sombres les mers
Mars
Très nombreux
cratères dans
l’hémisphère Sud.
Hémisphère Nord
peu cratérisé.
failles et de graben
Traces d’activité
externe (eau,
vent…)
Fleuves, océans,
vent
Réseau fluviatile,
effet du vent
Date
d’arrêt de
l’activité
interne
Présence
d’une
atmosphère
il y a 3,4 Ga
Absente
toujours
présente
actuellement
toujours
présente
actuellement
Age de la
surface de la
planète ou
du satellite
Vieille
+ de 3,5 Ga
Présente
Jeune
- de 1 Ga
Présente
Très jeune
- de 0,7 Ga
il y a 3,2 Ga
Absente
Vieille
+ de 3,5 Ga
il y a 0,5 Ga
Peu épaisse
+ de 1 Ga
3) Proposer une hypothèse expliquant pourquoi, il y a moins de cratères sur Terre que sur
Mars ou la Lune.
4
Je suppose qu’il y a moins de cratères sur Terre car la surface de la planète est plus jeune et
que l’activité interne et l’activité externe effacent les traces des cratères.
4) En quoi la présence d’eau et d’atmosphère sur Terre est défavorable à la conservation
des cratères météoritiques ?
Car ils provoquent un phénomène d’érosion des paysages.
5) La présence d’eau et d’atmosphère est-il le seul paramètre défavorable à la
conservation des cratères météoritiques ? Justifier.
(Aide : Mettre en relation les traces d’activité interne avec l’âge de la surface de la
planète)
L’activité interne de la Terre en permettant le renouvellement de la croûte terrestre entraîne la
disparition des impacts de météorites.
6) Bilan de l’activité : Expliquer que le nombre de cratères d'impact météoritique soit
différent d'une planète à l'autre alors que toutes les planètes ont subi le même
bombardement à l’origine de la formation du système solaire.
La surface des planètes est plus ou moins cratérisée suivant qu’il y ait présence d’eau ou
d’une atmosphère ainsi que la présence d’une activité interne. En effet l’activité interne
provoque le renouvellement de la croûte terrestre, tandis que l’activité externe par l’érosion
qu’elle provoque entraîne la disparition des impacts météoritiques.
Bilan :
Les planètes sont des corps célestes non lumineux par eux-mêmes.
Les planètes gravitent autour du soleil sur des orbites elliptiques.
Le système solaire est composé de 8 planètes que l'on divise en 2 catégories :
- Les planètes telluriques ou rocheuses
- Les planètes gazeuses ou géantes
Planètes telluriques
Mercure, Venus, la Terre et Mars (la lune).
- Planètes internes les plus proches du Soleil
- taille modeste
- densité comprises entre 3,9 et 5,5
- composées de roches (silicates, fer)
- peu ou pas de satellites
Planètes gazeuses
Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune
- Planètes externes les plus éloignées du Soleil
- taille élevée
- densité faible moins de 1,7
- composées de gaz : hélium et hydrogène
- présence d’anneaux et de nombreux satellites
Les bombardements météoritiques, très importants entre 4,5 et 4 Ga au début du système solaire,
ont laissé des traces sous forme de cratères météoritiques.
Le nombre de cratères visibles à la surface d’une planète permet :
- de dater la surface de la planète qui est d’autant + vieille q le nb de cratères
météoritiques est +++.
- d’évaluer l’+++ des remaniements de la surface liés à l’activité interne et externe
des planètes.
En effet, toutes les planètes du système solaire se sont formées en même temps, elles ont donc
le même âge, mais l’âge de la surface des planètes telluriques n’est pas le même en effet une
activité géologique récente (activité interne : volcan) et les phénomènes atmosphériques
(pluie, vents) participent à l’effacement des anciens cratères de météorites.
5
II] Le soleil : une source d’énergie et de chaleur
1) A l’échelle du système solaire
Activité 5 : L’énergie reçue par les planètes
 Partie 1 : Relation entre température de surface et distance planète-soleil
Doc. 1 : Rayonnement solaire reçu à la surface des planètes Question 1 :
du système solaire en fonction de la distance au soleil
Interpréter le graphique.
Lorsque la distance au soleil augmente
l’énergie lumineuse reçue diminue.
La courbe n’est pas une droite,
quelle conclusion peut-on en tirer
sur la relation entre l’intensité
lumineuse et la distance de la
planète au soleil
La quantité d’énergie lumineuse reçue
par les planètes n’est pas inversement
proportionnelle à la distance au soleil.
Conclure en indiquant de quoi
dépend l’énergie solaire reçue par
les planètes.
L’énergie solaire reçue par les planètes
dépend de leur distance au soleil, plus
une planète est éloignée du soleil moins
elle reçoit d’énergie lumineuse.
Doc. 2 : Température de surface de quelques planètes Question 2 :
proches du Soleil
Comparer les températures de surface
entre Mercure et Vénus par rapport à leur
distance au Soleil.
Vénus est plus éloignée du Soleil que
Mercure mais sa température de surface est
plus élevée, alors que Vénus reçoit moins
d’énergie solaire que Mercure.
Comparer les températures de surface
entre la Lune et la Terre par rapport à leur
distance au Soleil.
La Terre et la Lune sont à la même distance
du Soleil, mais la Terre a une température de
surface plus élevée que la Lune, alors que la
Terre et la Lune reçoivent autant d’énergie
solaire l’une que l’autre.
Conclure : la température de surface d’une
planète dépend-elle uniquement de sa
distance au Soleil ?
Non.
6
Question 3 :
Comment expliquer que les surfaces de Vénus et de la Terre soient plus chaudes ? Pour
répondre à cette question, analyser le document 3 et formuler une hypothèse (ou plusieurs)
expliquant cette anomalie.
Le doc. 3 met en évidence la présence d’une atmosphère pour Vénus et la Terre, alors qu’il
n’y a pas d’atmosphère ni sur Mercure, ni sur la Lune.
La composition de l’atmosphère de Vénus et différente de celle de la Terre.
Vénus et la Terre, seules planètes à s’éloigner de la courbe théorique d’évolution de la
température de la surface avec la distance au soleil, sont les seules à posséder une atmosphère.
On peut donc formuler l’hypothèse que l’atmosphère est responsable de l’anomalie thermique
observée.
Doc. 3 : Température de surface des planètes telluriques et composition de leur atmosphère.
Température moyenne
Pression atmosphérique* Composition chimique de
Planètes
de surface (en °C)
(en Pa)
l’atmosphère (en %)
300
0
/
Mercure
Près du sol :
CO2 : 96,5 %
5
400
90. 10
Vénus
N2 : 3,5 %
H2O : 0,01 %
N2 : 78 %
O2 : 20,94 %
14
105
Terre
CO2 : 0,038 %
H2O : 1 %
-18
0
/
Lune
2
La pression atmosphérique* est le poids de l’atmosphère supportée par 1 m de surface.
 Bilan de la partie 1 : A quoi sont dues les différences de températures observées à la
surface des planètes ?
La température de surface des planètes est en relation avec leur distance au soleil et à la
présence éventuelle d’une atmosphère.
Trois paramètres semblent déterminer la température observée à la surface des planètes :
- la distance de la planète au soleil,
- l’épaisseur de l’atmosphère,
- la composition de l’atmosphère (richesse en CO2 et vapeur d’eau).
 Partie 2 : Exploiter un modèle pour montrer la conséquence de la présence d’une
atmosphère sur la température de surface d’une planète.
Protocole :
- Disposer une feuille noire ou une feuille blanche sur la paillasse (simulant la surface
planétaire).
- Recouvrir la feuille d’un saladier en verre (simulant l’atmosphère).
- Disposer le thermomètre sur le papier noir.
- Allumer la lampe au dessus du saladier
- Relever la température toutes les 3 minutes pendant 30 minutes.
- Réaliser la même expérience sans le saladier.
7
1) Faire un schéma des dispositifs expérimentaux.
Sol (feuille noire)
Sol enneigé (feuille blanche)
2) Donner les résultats dans un tableau de mesures ou sous forme de graphique.
3) Indiquer la différence de température entre le début et la fin de l’expérience.
Sol blanc (glacé ou enneigé)
Sol noir
Température
Serre
Pas de serre
Serre
Pas de serre
17°C
17°C
21°C
21°C
En début d’expérience
21,6°C
20°C
26,2°C
24,5°C
En fin d’expérience
4,6°C
3°C
5,2°C
3,5°C
Différence de température
4) Exploiter les résultats pour expliquer à partir du phénomène modélisé l’influence de
l’atmosphère sur la température de surface planétaire.
Le modèle utilisé montre que l’élévation de température est plus importante dans la zone sous
le saladier. La surface de papier éclairée par la lampe s’échauffe et à cause de cela émet un
rayonnement infrarouge. La paroi du saladier arrête ce rayonnement et empêche sa dispersion
à l’extérieur du saladier, ce qui a pour conséquence d’augmenter la température à l’intérieur
du saladier.
On constate que la température est plus élevée au niveau de la feuille de papier noir. Ceci peut
s’expliquer par le fait qu’une surface blanche réfléchit plus de lumière qu’une surface noire.
Les surfaces éclairées réémettent un rayonnement infrarouge d’autant plus important que la
température de la surface éclairée est élevée.
8
5) On dit que l’atmosphère engendre un « effet de serre », justifier cette expression.
L’atmosphère terrestre se comporte comme les parois vitrées d’une serre. La surface terrestre
reçoit de l’énergie du Soleil qui la chauffe. La surface terrestre chauffée réémet un
rayonnement infrarouge qui est absorbé par les molécules atmosphériques puis réémis vers le
sol. Ce qui entraîne une augmentation de la température de la surface de la planète.
6) Expliquer en quelques phrases l’effet de serre, à partir du phénomène modélisé au cours
de la manipulation et de l’animation proposée par le professeur.
La présence d’un saladier ou d’une atmosphère entraîne un échauffement de l’air pour 2
raisons :
- Absence de la dissipation de la chaleur
- Absorption des rayons IR qui sont réémis vers le sol.
7) Compléter le schéma-bilan (dessin non à l’échelle) :
Bilan :
La température de surface des planètes est en relation avec leur distance au Soleil et à la
présence éventuelle d’une atmosphère. Plus une planète est éloignée du Soleil et moins elle
reçoit de rayonnement solaire, donc plus sa température de surface est basse. L’existence
d’une atmosphère est responsable de l’effet de serre, lui-même à l’origine de l’augmentation
de température de surface de Vénus et la Terre.
Les molécules de gaz atmosphériques agissent sur les radiations solaires et celles émises par
le sol :
- La couche d’ozone filtre les rayons UV
- Le CO2 et la vapeur d’eau absorbent les rayons infrarouges (IR) émis par le
sol, ce qui entraîne une augmentation de leur température et donc une nouvelle
émission d’IR vers le sol (effet de serre).
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Schéma représentant l’effet de serre :
2) A l’échelle de la planète Terre
Activité 5 : Répartition sur Terre de l’énergie solaire reçue
Introduction :
Grâce à l’effet de serre, la température de la Terre est de 14°C. Pourtant, la température à des
variations journalières, annuelles et selon la latitude. Quelles sont les causes de ces
variations ?
Partie 1 : Energie solaire et climats
1) Livre doc. 8 p.45 : Décrire le planisphère donnant la répartition des énergies reçues
par la Terre.
L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre varie suivant la latitude et la période de
l’année.
L’énergie solaire reçue à l’équateur est toujours très élevée et varie peu durant l’année.
L’énergie solaire reçue est plus élevée à l’équateur qu’aux pôles : variation latitudinale de
l’énergie solaire reçue.
2) Proposer une ou des hypothèses expliquant les constats réalisés.
Les variations d’énergie reçues pourraient s’expliquer par :
- la distance au soleil : l’équateur est plus proche du soleil que les pôles
- la forme de l’orbite terrestre
- la forme de la Terre qui est ronde
Partie 2 : Exploitation d’un modèle pour expliquer la variation d’énergie solaire reçue en
fonction de la latitude
1) Positionner le globe par rapport à une lampe (qui doit rester toujours à la même distance du
globe).
2) Eclairer à l’Equateur (latitude 0°), la France (latitude 46°) et le Nord de la Grande
Bretagne (latitude 60°) à l’aide du tube.
10
3) Tracer le contour des surfaces éclairées sur du papier millimétré.
Schéma de la modélisation réalisée :
4) Estimer la surface éclairée (compter les carreaux du papier millimétré) et compléter le
tableau.
5) Trouver la relation entre la surface éclairée et la latitude. Expliquer les différences
observées.
Plus la latitude augmente, plus la surface éclairée augmente. Donc un même rayonnement
doit se répartir sur des zones ayant une surface plus ou moins grande. Quand la surface est
minimale (à l’Equateur) l’énergie lumineuse par unité de surface reçue par le globe est
maximale. Ainsi l’énergie lumineuse par unité de surface reçue diminue lorsque la latitude
augmente.
6) Sur le schéma dessiner les rayons du soleil de 3 mm d’épaisseur (ils sont parallèles
entre eux) qui arrivent aux différentes latitudes. Mesurer l’angle d’incidence des
rayons solaires.
Mesure de l’angle d’incidence
7) Trouver la relation entre la taille de la surface éclairée et l’angle d’incidence des
rayons solaires.
Latitude
Angle d’incidence Surface en cm2 et forme de la tache lumineuse
90°
20 cm2
0° (Equateur)
70°
42 cm2
45° (France)
45°
74 cm2
60°
11
Plus la latitude augmente, plus l’angle d’incidence entre les rayons lumineux et la surface
du globe terrestre diminue et plus la surface éclairée augmente. Ainsi l’énergie lumineuse
par unité de surface reçue diminue lorsque l’angle d’incidence diminue et donc que la
latitude augmente.
8) Bilan : Mettre en relation l’ensemble des résultats pour expliquer la variation
d’énergie solaire reçue en fonction de la latitude.
L’énergie solaire reçue par la Terre est inégalement répartie selon la latitude (climats) et au
cours de l’année pour un lieu donné (saisons).
L’énergie lumineuse reçue par le globe diminue lorsque la latitude augmente. C’est parce que
la Terre soit ronde (= sphéricité du globe) que l’énergie est inégalement répartie à la surface
du globe. La sphéricité du globe explique la répartition des climats sur Terre.
Partie 3 : Exploitation d’un modèle pour expliquer la variation d’énergie solaire reçue en
fonction de la période de l’année pour une même latitude (45°)
L’axe de rotation de la
Terre fait un angle de 23°
avec la perpendiculaire au
plan de l’orbite terrestre.
1) Reproduire à l’aide du modèle ci-dessus, la position de la Terre par rapport au Soleil le 21
juin.
2) Eclairer la zone où se situe la France, tracer sur du papier millimétré le contour de la zone
éclairée. Estimer la surface éclairée en cm2.
3) Faire le même travail en considérant le 21 décembre, le 21 mars et le 21 septembre (garder
toujours la même distance entre le globe et la lampe) et estimer la surface éclairée en cm2.
La surface éclairée et l’angle d’incidence des rayons lumineux avec la surface du globe
varient suivant la position du globe autour de la lampe.
4) Compléter le schéma ci-dessous : en hachurant la face de la Terre où il fait nuit.
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5) Bilan : Mettre en relation les résultats obtenus avec les caractéristiques de rotation de la
planète Terre pour expliquer l’alternance des saisons en France.
Plus l’angle d’incidence des rayons lumineux avec la surface de la Terre est élevé, plus la
surface éclairée diminue et donc plus l’énergie reçue du soleil par unité de surface est
importante. C’est ce qu’on observe en France au solstice d’été le 21 juin. Alors qu’au solstice
d’hiver le 21 décembre, la surface éclairée est beaucoup plus grande, l’énergie reçue du soleil
par unité de surface est plus faible.
C’est la rotation de la Terre en une année autour du soleil et l’inclinaison de son axe de
rotation qui expliquent les variations d’énergie solaire reçue et donc l’alternance des saisons.
Bilan :
L’énergie solaire reçue à la surface de la Terre varie suivant la latitude (climat) et la période
de l’année (saison). La sphéricité de la Terre explique l’existence des climats ; sa rotation
autour du soleil et son obliquité, celle des saisons.
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