I - La biomasse et le stockage de l'énergie solaire
1- Des observations dans la nature soulèvent l'hypothèse d'une relation entre biomasse et énergie solaire
La biomasse d'un arbre
Le graphique suivant distingue l'augmentation de la biomasse mesurée au niveau des feuilles du sommet (S) d'un arbre et mesurée au niveau des feuilles de la base (B) de ce même arbre, en milligrammes (mg) par feuille et pendant un jour d'été.
 © CRDP de Basse-Normandie |
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a) À quelles heures de la journée la biomasse des feuilles du sommet et de la base de l'arbre devient-elle importante ?
b) Quelles sont les feuilles qui ont la biomasse la plus élevée ?
c) D'après ce que tu as répondu en a) et b), propose un facteur responsable du changement de la biomasse des feuilles de l'arbre.
2- Une expérience simple pour vérifier que l'énergie solaire est stockée dans la biomasse : une culture sous éclairement contrôlé, par exemple une culture de radis
On va mesurer la quantité de matière fabriquée au bout de 20 jours par 3 cultures de radis éclairées différemment. Cette matière (la biomasse) peut être exprimée en grammes (g) de matière fraîche (matière vivante riche en eau) ou en grammes (g) de matière sèche (matière vivante débarrassée de son eau). Comme la masse d'eau d'un végétal peut varier à tout moment, il est préférable de ne pas en tenir compte pour mesurer l'augmentation de biomasse des cultures. Les résultats seront donc exprimés en grammes (g) de matière sèche.
Matériel :
- des graines de radis ;
- 3 bacs identiques ;
- du terreau ;
- 1 lampe de bureau (ampoule de 60 watts) ;
- de l'eau du robinet.
Protocole
- Pèse 3 lots de 15 graines de radis (note les valeurs en g).
- Remplis les 3 bacs avec le même volume de terreau.
- Dans chaque bac, sème 15 graines de radis.
- Arrose les 3 bacs avec la même quantité d'eau.
- Place les bacs dans une pièce sombre et bien aérée.
- Pour obtenir un éclairement différent pour chaque culture, dispose les bacs de plus en plus éloignés de la lampe de bureau.
1er bac : à une distance de 50 cm de la lampe
2e bac : à une distance de 1 m
3e bac : à une distance de 1 m 50
- Maintiens les cultures pendant 20 jours dans les mêmes conditions d'arrosage.
Résultats (à présenter dans un tableau) pour chaque bac :
- Au bout de 20 jours de culture, arrache les radis, déshydrate-les et pèse leur matière sèche (en g).
- Calcule la masse de matière produite pendant les 20 jours, en faisant la différence entre la matière sèche des radis de 20 jours et la matière sèche initiale des graines.
- Sachant que 1 gramme de matière sèche végétale représente en moyenne une énergie de 4,3 kilocalories, calcule l'énergie stockée par les radis de chaque culture.
- D'après les résultats, précise si l'hypothèse d'un stockage de l'énergie solaire dans la biomasse est bien validée.
Exemple de résultats :
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1er bac |
2e bac |
3e bac |
Masse initiale des 15 graines (en g) |
0,14 g |
0,14 g |
0,14 g |
Masse de matière sèche après 20 jours de culture |
3,8 g |
3,3 g |
2,2 g |
Matière sèche produite |
3,66 g |
3,16 g |
2,06 g |
Énergie stockée |
15,74 kcal |
13,60 kcal |
8,86 kcal |
II - Biomasse et production d'énergie
1) Quelles sont les énergies produites quand on brûle du bois ?
2) Dans un verre, brûle un morceau de sucre.
- Quelles sont les énergies produites ?
- Sont-elles les mêmes que celles obtenues en brûlant du bois ?
- Recherche d'où vient le sucre. Est-ce la même origine que celle du bois ?
3) Enquête dans ta ville.
- Comment les bâtiments de ta commune sont-ils chauffés ? (école, gymnase, piscine...)
- Comment sont utilisés les déchets (ordures ménagères, déchets verts, déchets d'épuration) de ta commune ?
4) Sur les sacs de certains magasins figurent des conseils pour protéger l'environnement :
- Quelle peut être la composition de ces sacs pour qu'ils puissent fournir de l'énergie ?
5) Comment peut-on passer de l'énergie issue de la combustion du sac à l'énergie produite par l'ampoule ?
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6) Une expérience simple pour produire du biogaz à partir de déchets végétaux :
En enfermant des déchets végétaux (épluchures ou fumier par exemple) dans un flacon en verre, tu peux produire du biogaz (ou méthane) au bout de quelques semaines.
- Procède comme l'indique le schéma suivant :
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- Laisse le dispositif près d'une source de chaleur (environ 30° C, près d'un radiateur ou au soleil).
- Après plusieurs semaines, observe le phénomène mis en évidence grâce au récipient d'eau.
- Comment prouve-t-il qu'il y a production de biogaz ?
Exemple de résultat :
Avec du fumier frais, il suffit d'environ 15 jours pour que des bulles de gaz se dégagent dans le récipient d'eau.
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