TP-TD 1 : Energie solaire et production primaire

Introduction :  La photosynthèse est le métabolisme chez les organismes chlorophylliens permettant la synthèse de matière organique (le glucose) à partir de matière minérale (CO2 et H2O) et grâce à l’énergie lumineuse. Ce métabolisme est fondamental car il est à la base de la majorité des écosystèmes et donc de la biosphère. Ces organismes chlorophylliens sont qualifiés de producteurs primaires

Problème : Pouvons nous tracer la productivité primaire à la surface de la Terre ? Comment l’énergie solaire est captée par les végétaux ? Comment est elle utilisée ?

Objectifs : 

  • Analyser des images satellites pour définir la productivité primaire et prendre conscience de l’importance planétaire de la photosynthèse.
  • Comparer les spectres d’absorption et d’action photosynthétique d’un végétal.
  • Représenter sur un schéma les différents échanges d’énergie au niveau d’une feuille.

I- La production primaire et sa détection

Nous pouvons visualiser la concentration en chlorophylle, corrigée des effets des substances dissoutes, par images satellitales :

• La période d’étude : peut-être journalière, ou moyennée sur une saison, ou sur une année entière

1- D’après les images suivantes obtenues par satellite, relevez les concentrations en chlorophylle dans le tableau ci-dessous

Doc.1 : Productivité primaire des océans 

d’après la NASA

2- Discuter des notions de « déserts chlorophylliens océaniques » et de « prairies chlorophylliennes océaniques ».

3- Justifier l’importance planétaire des océans dans les flux photosynthétiques 

4- Comparer la concentration moyenne annuelle en phosphate à 100m de profondeur (doc 2) et la productivité primaire des océans (doc.1)

Doc.2 : Concentration moyenne annuelle en phosphate à 100 mètres de profondeur

D’après NOAA 2018

5- Comparez les zones de productivité primaires de l’Océan avec celles des continents ci-après (doc.3)

Doc.3 : Concentration moyenne annuelle en phosphate à 100 mètres de profondeur

Productivité primaire nette (PPN) – Juin 2016
D’après earthobservatory

II- L’absorption de l’énergie solaire par les végétaux

Doc.4 : Spectre d’absorption de pigments photosynthétiques et activité photosynthétique

D’après : le livre scolaire , 1ère enseignement scientifique

Doc.5 : Spectre d’absorption, de réflexion er de transmission de la lumière par une feuille d’une plante chorophyllienne

D’après : le livre scolaire , 1ère enseignement scientifique

1- D’après les documents 4 et 5, quelles parties de l’énergie solaire sont absobées et utilisées par les végétaux (justifiez votre réponse)

2- Pouvez vous expliquer la couleur des végétaux ? 

3- Protocole expérimental : 

Observer la lumière blanche avec un spectrophotomètre.

Observer la solution de chlorophylle brute avec un spectrophotomètre.

Lister les couleurs (et les longueurs d’onde qui y sont associées) qui ont été absorbées par la solution.

=> Consignez sur le spectre ci-dessous vos résultats 

Doc.6 : Chromatographie des pigments photosynthétiques

Il est possible de réaliser une chromatographie pour dissocier les pigments photosynthétiques. Il suffit d’écraser à la base d’un papier de chromatographie une partie de feuille d’épinard, puis de concentrer la tâche obtenue en reproduisant autant de fois que nécessaire son geste. L’éluant hydrophobe va alors migrer le long du papier en entrainant et séparant tous les pigments photosynthétiques enchassés dans la membrane des chloroplastes.

Doc.7 : Absorption  détaillée des pigments photosynthétiques

4- Que vous permettent de conclure les documents 6 et 7 ?

SeaWiFS Biosphere from mon océan et moi on Vimeo.

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