L'Usine Solaire des Plantes : Calculs sur la Photosynthèse
Les plantes, de véritables petites usines qui fabriquent leur nourriture grâce au soleil !
La photosynthèse est un processus chimique incroyable que réalisent les plantes vertes, les algues et certaines bactéries. Elles utilisent l'énergie du soleil, l'eau du sol et le dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) de l'air pour fabriquer des sucres (leur nourriture, comme le glucose) et rejeter du dioxygène (\(\text{O}_2\)), le gaz que nous respirons. Dans cet exercice, nous allons explorer les quantités de gaz échangées lors de ce processus vital. ☀️🍃💧
Le Grand Chêne du Parc
Schéma Simplifié de la Photosynthèse
Schéma simplifié de la photosynthèse.
Questions à traiter
- Qu'est-ce que la photosynthèse ? Quels sont les réactifs (ce que la plante utilise) et les produits (ce que la plante fabrique) de ce processus ?
- Calculs sur le chêne du parc :
- Quelle masse de \(\text{CO}_2\) le chêne absorbe-t-il en moyenne par heure pendant ces \(10\) heures de soleil ?
- En utilisant le rapport donné (\(44 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) pour \(32 \text{ g}\) de \(\text{O}_2\)), quelle masse de dioxygène (\(\text{O}_2\)) le chêne produit-il pendant ces \(10\) heures ?
- Quelle masse de glucose l'arbre produit-il pendant ces \(10\) heures, en utilisant le rapport donné (\(44 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) pour \(18 \text{ g}\) de glucose) ?
- Si un humain expire en moyenne \(900 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par jour :
- Combien de chênes (comme celui de l'exercice) faudrait-il pour absorber le \(\text{CO}_2\) produit par un seul humain en une journée ? (Rappelle-toi que l'arbre absorbe \(200 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par jour d'après l'énoncé de l'exercice précédent sur le \(\text{CO}_2\), ou utilise la valeur calculée pour 10h et extrapole pour une journée de photosynthèse si tu préfères). *Note : Pour cette question, utilisons la donnée que l'arbre absorbe \(200 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par jour pour simplifier.*
- La photosynthèse ne se produit que pendant la journée, en présence de lumière. Que font les plantes la nuit concernant les gaz ?
- Explique pourquoi les forêts et les grandes zones végétales sont souvent appelées les "poumons de la planète".
Correction : L'Usine Solaire des Plantes
Question 1 : Photosynthèse, réactifs et produits
Réponse :
La photosynthèse est un processus chimique réalisé par les plantes vertes (et d'autres organismes comme les algues) qui leur permet de fabriquer leur propre matière organique (principalement des sucres comme le glucose) en utilisant l'énergie lumineuse (généralement du soleil).
Les réactifs (ce que la plante utilise) sont :
- Le dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)), puisé dans l'air.
- L'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)), puisée dans le sol par les racines.
- L'énergie lumineuse (du soleil).
Les produits (ce que la plante fabrique) sont :
- Le glucose (un sucre, \(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\)), qui sert de nourriture à la plante.
- Le dioxygène (\(\text{O}_2\)), qui est rejeté dans l'atmosphère.
Question 2 : Calculs sur le chêne du parc
Réponse a) \(\text{CO}_2\) absorbé par heure :
L'arbre absorbe \(440 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) en \(10\) heures.
Le chêne absorbe en moyenne \(44 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par heure.
Réponse b) Masse de \(\text{O}_2\) produite en \(10\) heures :
L'arbre absorbe \(440 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) en \(10\) heures. Le rapport est : \(44 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) \(\Rightarrow\) \(32 \text{ g}\) de \(\text{O}_2\).
On peut faire un produit en croix ou voir combien de "fois \(44 \text{ g}\)" il y a dans \(440 \text{ g}\) : \(440 \text{ g} / 44 \text{ g} = 10\).
Le chêne produit \(320 \text{ g}\) de dioxygène en \(10\) heures.
Réponse c) Masse de glucose produite en \(10\) heures :
Le rapport est : \(44 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) \(\Rightarrow\) \(18 \text{ g}\) de glucose. L'arbre absorbe \(440 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) (\(10 \times 44 \text{ g}\)).
Le chêne produit \(180 \text{ g}\) de glucose en \(10\) heures.
Question 3 : Nombre de chênes pour un humain
Réponse a) :
Un humain expire \(900 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par jour.
Un chêne (selon la donnée fournie pour cette question) absorbe \(200 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par jour.
Il faudrait environ \(4,5\) chênes (donc \(5\) chênes si on ne peut pas avoir de demi-arbre fonctionnel) pour absorber le \(\text{CO}_2\) produit par un humain en une journée.
Quiz Intermédiaire 1 : Quel élément est essentiel pour la photosynthèse mais n'est PAS un réactif chimique ?
Question 4 : Les plantes la nuit
Réponse :
La nuit, en l'absence de lumière, les plantes ne peuvent pas réaliser la photosynthèse. Cependant, comme tous les êtres vivants, elles respirent en continu, jour et nuit. Donc, la nuit, les plantes :
- Absorbent du dioxygène (\(\text{O}_2\)) de l'air.
- Rejettent du dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)).
Cependant, sur une période de 24 heures, une plante en bonne santé produit globalement beaucoup plus de dioxygène (par photosynthèse le jour) qu'elle n'en consomme (par respiration jour et nuit), et consomme plus de \(\text{CO}_2\) qu'elle n'en rejette.
Question 5 : Les "poumons de la planète"
Réponse :
Les forêts et les grandes zones végétales (comme les océans avec le phytoplancton) sont souvent appelées les "poumons de la planète" car, grâce à la photosynthèse, elles absorbent d'énormes quantités de dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) de l'atmosphère et produisent de grandes quantités de dioxygène (\(\text{O}_2\)). Le dioxygène est essentiel à la respiration de la plupart des êtres vivants, y compris les humains. Elles jouent donc un rôle vital dans le maintien de la composition de l'air que nous respirons et dans la régulation du climat en absorbant le \(\text{CO}_2\), un gaz à effet de serre.
Quiz Intermédiaire 2 : La photosynthèse transforme l'énergie lumineuse en :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Les réactifs de la photosynthèse sont principalement :
2. Si une plante absorbe \(88 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) et que \(44 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) donnent \(32 \text{ g}\) de \(\text{O}_2\), combien d'\(\text{O}_2\) est produit ?
3. La nuit, une plante verte :
Glossaire de la Photosynthèse
- Photosynthèse
- Processus chimique par lequel les plantes vertes, les algues et certaines bactéries utilisent l'énergie lumineuse pour convertir le dioxyde de carbone et l'eau en sucres (glucose) et en dioxygène.
- Dioxyde de Carbone (\(\text{CO}_2\))
- Gaz présent dans l'atmosphère, absorbé par les plantes lors de la photosynthèse. C'est aussi un produit de la respiration.
- Dioxygène (\(\text{O}_2\))
- Gaz essentiel à la respiration de nombreux êtres vivants. Il est produit par les plantes lors de la photosynthèse.
- Glucose (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\))
- Type de sucre simple produit par les plantes lors de la photosynthèse. C'est une source d'énergie et de matière pour la croissance de la plante.
- Réactif
- Substance consommée au cours d'une transformation chimique (ex: \(\text{CO}_2\) et eau pour la photosynthèse).
- Produit
- Substance formée au cours d'une transformation chimique (ex: glucose et \(\text{O}_2\) pour la photosynthèse).
- Énergie Lumineuse
- Énergie provenant de la lumière (principalement du soleil) qui est captée par les plantes pour la photosynthèse.
- Respiration (cellulaire)
- Processus par lequel les êtres vivants (y compris les plantes) décomposent des sucres en présence de dioxygène pour libérer de l'énergie, produisant du dioxyde de carbone et de l'eau comme déchets.
- Masse
- Quantité de matière d'un objet. Unité courante : gramme (\(\text{g}\)).
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