Exercices Physique Chimie

Calcul de la quantité de dioxyde de carbone

Respiration et Photosynthèse : Le Voyage du Dioxyde de Carbone !

Respiration et Photosynthèse : Le Voyage du Dioxyde de Carbone !

Nous respirons, les plantes aussi... mais pas de la même façon !

Le dioxyde de carbone, souvent appelé \(\text{CO}_2\), est un gaz invisible présent dans l'air. Il joue un rôle crucial pour la vie sur Terre. Nous, les humains et les animaux, le produisons quand nous respirons (c'est l'expiration). Les plantes, elles, l'utilisent pour grandir grâce à un processus appelé photosynthèse, et en échange, elles nous donnent du dioxygène, essentiel à notre respiration. Dans cet exercice, nous allons calculer des quantités de \(\text{CO}_2\) et mieux comprendre ce cycle important. 🌬️🌿

Le \(\text{CO}_2\) dans la Salle de Classe

En moyenne, un élève de 5ème expire environ \(40 \text{ grammes (g)}\) de dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) par heure lorsqu'il est assis en classe.

Dans la classe de Madame Dupont, il y a \(25\) élèves. Ils ont un cours de mathématiques qui dure \(2\) heures.

Un petit arbre planté dans la cour de l'école peut absorber environ \(200 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par jour pour sa photosynthèse.

Schéma du Cycle Simplifié du \(\text{CO}_2\)
Élève CO2 (expire) O2 (inspire) Plante CO2 (absorbe) O2 (rejette) Échanges gazeux (Respiration / Photosynthèse) Schéma très simplifié

Les êtres vivants échangent des gaz avec l'atmosphère.

Questions à traiter

  1. Qu'est-ce que le dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) ? Quel est son rôle dans la respiration des êtres vivants et dans la photosynthèse des plantes ?
  2. Calcul de la production de \(\text{CO}_2\) :
    1. Quelle masse de \(\text{CO}_2\) un élève expire-t-il pendant les \(2\) heures de cours de mathématiques ?
    2. Quelle masse totale de \(\text{CO}_2\) est expirée par toute la classe de \(25\) élèves pendant ces \(2\) heures de cours ?
  3. Absorption par l'arbre :
    1. Combien de jours faudrait-il à l'arbre de la cour pour absorber la totalité du \(\text{CO}_2\) produit par la classe pendant les \(2\) heures de mathématiques ? (Donne le résultat arrondi à l'unité si ce n'est pas un nombre entier de jours).
  4. Pourquoi est-il important d'aérer régulièrement une salle de classe où se trouvent de nombreuses personnes ?
  5. Si chaque élève buvait une boisson gazeuse qui libère \(5 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) en plus de sa respiration, quelle serait la nouvelle masse totale de \(\text{CO}_2\) produite par la classe pendant les \(2\) heures ?

Correction : Le Voyage du Dioxyde de Carbone !

Question 1 : Dioxyde de carbone, respiration et photosynthèse

Réponse :

Le dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) est un gaz incolore et inodore présent naturellement dans l'atmosphère terrestre. Il est composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène.

Rôle dans la respiration : Pour la plupart des êtres vivants (animaux, humains, certaines bactéries), le \(\text{CO}_2\) est un déchet produit lors de la respiration. La respiration permet de libérer l'énergie contenue dans les aliments en utilisant du dioxygène, et elle rejette du dioxyde de carbone et de l'eau.

Rôle dans la photosynthèse : Pour les plantes (et certaines algues et bactéries), le \(\text{CO}_2\) est un réactif essentiel. Grâce à l'énergie lumineuse du soleil, les plantes absorbent le \(\text{CO}_2\) de l'air et l'eau du sol pour fabriquer leur propre matière organique (sucres) et rejeter du dioxygène. C'est le processus de photosynthèse.

Question 2 : Calcul de la production de \(\text{CO}_2\)

Réponse a) \(\text{CO}_2\) expiré par un élève en \(2\) heures :

Un élève expire \(40 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par heure.

\[\begin{aligned} \text{Masse de CO}_2 \text{ par élève} &= \text{Taux d'expiration} \times \text{Durée} \\ &= 40 \text{ g/heure} \times 2 \text{ heures} \\ &= 80 \text{ g} \end{aligned}\]

Un élève expire \(80 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) en \(2\) heures de cours.

Réponse b) \(\text{CO}_2\) total expiré par la classe :

Il y a \(25\) élèves dans la classe. Chaque élève expire \(80 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\).

\[\begin{aligned} \text{Masse totale de CO}_2 \text{ (classe)} &= \text{Masse par élève} \times \text{Nombre d'élèves} \\ &= 80 \text{ g/élève} \times 25 \text{ élèves} \\ &= 2000 \text{ g} \end{aligned}\]

La classe entière expire \(2000 \text{ g}\) (ou \(2 \text{ kg}\)) de \(\text{CO}_2\) en \(2\) heures de cours.

Question 3 : Absorption par l'arbre

Réponse a) Nombre de jours pour absorber le \(\text{CO}_2\) de la classe :

La classe produit \(2000 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) en \(2\) heures.

L'arbre absorbe \(200 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par jour.

\[\begin{aligned} \text{Nombre de jours} &= \frac{\text{Masse totale de CO}_2 \text{ à absorber}}{\text{Masse de CO}_2 \text{ absorbée par jour par l'arbre}} \\ &= \frac{2000 \text{ g}}{200 \text{ g/jour}} \\ &= 10 \text{ jours} \end{aligned}\]

Il faudrait \(10\) jours à cet arbre pour absorber le \(\text{CO}_2\) produit par la classe pendant les \(2\) heures de mathématiques.

Quiz Intermédiaire 1 : La photosynthèse est un processus qui :

Question 4 : Importance de l'aération

Réponse :

Il est important d'aérer régulièrement une salle de classe (ou toute pièce où se trouvent des personnes) pour plusieurs raisons :

  • Renouveler le dioxygène : Les personnes respirent et consomment le dioxygène de l'air. L'aération apporte de l'air frais riche en dioxygène.
  • Évacuer le dioxyde de carbone : La respiration produit du \(\text{CO}_2\). Une concentration trop élevée en \(\text{CO}_2\) peut rendre l'air "lourd", provoquer des maux de tête, de la fatigue et diminuer la concentration.
  • Éliminer d'autres polluants : L'air intérieur peut aussi contenir d'autres polluants (poussières, microbes, composés organiques volatils) que l'aération aide à évacuer.
  • Contrôler l'humidité : L'aération aide à réguler le taux d'humidité dans la pièce.

Question 5 : \(\text{CO}_2\) supplémentaire des boissons

Réponse :

\(\text{CO}_2\) produit par la respiration de la classe en \(2\text{h}\) = \(2000 \text{ g}\).

Chaque élève libère \(5 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) en plus à cause de sa boisson. Il y a \(25\) élèves.

\[\begin{aligned} \text{CO}_2 \text{ des boissons (total)} &= \text{CO}_2 \text{ par boisson} \times \text{Nombre d'élèves} \\ &= 5 \text{ g/élève} \times 25 \text{ élèves} \\ &= 125 \text{ g} \end{aligned}\]

Nouvelle masse totale de \(\text{CO}_2\) :

\[\begin{aligned} \text{Masse totale finale de CO}_2 &= \text{CO}_2 \text{ (respiration)} + \text{CO}_2 \text{ (boissons)} \\ &= 2000 \text{ g} + 125 \text{ g} \\ &= 2125 \text{ g} \end{aligned}\]

La nouvelle masse totale de \(\text{CO}_2\) produite par la classe serait de \(2125 \text{ g}\).

Quiz Intermédiaire 2 : La respiration humaine :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le dioxyde de carbone est un :

2. Si une personne expire \(50 \text{ g}\) de \(\text{CO}_2\) par heure, en \(3\) heures elle expirera :

3. Aérer une pièce permet principalement de :

Glossaire du Dioxyde de Carbone

Dioxyde de Carbone (\(\text{CO}_2\))
Gaz composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène. C'est un gaz à effet de serre naturellement présent dans l'atmosphère.
Respiration
Processus biologique par lequel les êtres vivants (animaux, plantes la nuit, humains) absorbent du dioxygène (\(\text{O}_2\)) et rejettent du dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) pour produire de l'énergie à partir de nutriments.
Photosynthèse
Processus utilisé par les plantes vertes, les algues et certaines bactéries pour convertir l'énergie lumineuse (généralement du soleil) en énergie chimique, en utilisant le dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) et l'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)) pour produire des sucres (matière organique) et du dioxygène (\(\text{O}_2\)).
Combustible
Dans le contexte de la respiration, les nutriments (comme les sucres) sont les "combustibles" que nos cellules "brûlent" avec du dioxygène.
Comburant
Dans la respiration, le dioxygène (\(\text{O}_2\)) est le comburant.
Masse
Quantité de matière contenue dans un objet. L'unité de base est le kilogramme (\(\text{kg}\)), mais on utilise souvent le gramme (\(\text{g}\)). \(1 \text{ kg} = 1000 \text{ g}\).
Gramme (\(\text{g}\))
Unité de mesure de la masse. \(1000 \text{ g} = 1 \text{ kilogramme (kg)}\).
Respiration et Photosynthèse : Le Voyage du Dioxyde de Carbone ! - Exercice d'Application

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