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énergie solaire et productivité primaire

mis à jour le 25/05/2010


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Des ressources pour la partie du programme de seconde (rentrée 2010) consacrée à la synthèse de matière organique par les végétaux chlorophylliens.

mots clés : photosynthèse, matière organique, productivité, neo, NASA, images satellitaires, SIG, soleil, énergie, courants


Cette première partie du chapitre "Le soleil : une source d'énergie essentielle" est l'occasion de faire le lien entre les niveaux métaboliques, cytologiques et globaux de la photosynthèse. Si les deux premiers niveaux font appel à une expérimentation et à une observation microscopique désormais classiques, l'étude de la productivité primaire au niveau global permet d'utiliser une approche spatiale du phénomène aussi bien au niveau de la mesure de la productivité que de celle de ses facteurs déterminants. Le système d'information géographique en ligne NEO (NASA Earth Observations) s'appuyant sur des données issues de satellites d'observation de la Terre peut être utilisé pour mettre en relation les différents paramètres.

Mise en évidence de l'absorption du dioxyde de Carbone
Mise en évidence de la synthèse d'amidon
Utilisation de NASA Earth Observations pour mettre en évidence les facteurs de la productivité primaire
 

Mise en évidence de l'absorption du dioxyde de Carbone


Le dégagement de dioxygène est certes un indicateur précieux du fonctionnement de la photosynthèse mais il ne peut être considéré comme un des objectifs majeurs. Il faudra donc concevoir une manipulation qui montre que la plante consomme du dioxyde de carbone à la lumière ou une manipulation qui montre que l'addition de carbonates à l'intérieur du réacteur initie le dégagement de dioxygène en présence de lumière.

Cette manipulation correspond au premier cas.

courbe3Lumière en bleu foncé,
concentration de dioxyde de Carbone en rouge,
concentration de dioxygène en bleu.

 

mise en évidence de la synthèse d'amidon


neo_nasa12La fabrication de matière organique lors de la photosynthèse peut être mise en évidence sur des cellules d'Elodée.

Une manipulation décrite dans cette rubrique détaille le processus opératoire.

Image Franck Buron-Mousseau

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Utilisation de NASA Earth Observations pour mettre en évidence les facteurs de la productivité primaire

 
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NASA Earth Observations est un utilitaire en ligne disponible sur le site de la NASA à l'adresse : http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/Search.html

Un tutoriel d'utilisation a été publié sur le site de l'Académie de Lille à l'adresse : http://www5.ac-lille.fr/~svt/svt/articles.php?lng=fr&pg=468
 
La plupart des données disponibles sont des données issues des satellites d'observation de la Terre dans différents domaines.

Ces données ont permis de construire des indices à partir de traitements mathématiques de signaux bruts. L'onglet "Life" permet de choisir les données relatives à nos préoccupations.
  • La concentration de chlorophylle en mg par mètre cube concerne uniquement les milieux aquatiques,
  • l'indice de surface foliaire est indiqué en m² par m² et donne le rapport entre la surface des feuilles et la surface au sol,
  • la productivité nette est exprimée en grammes de carbone par m² et par jour,
  • la population est exprimée en densité (habitants par km²),
  • l'indice de végétation est une grandeur en unité arbitraire qui représente la croissance de la végétation.
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Le choix d'une de ces variables affiche la couche d'information correspondante. Des outils sont disponibles sur l'image pour effectuer quelques manipulations. Il s'agit ici de la productivité primaire nette pour le mois de juillet 2009.

On notera que cette grandeur peut être négative à certains endroits et certains moments.

Le concept de productivité primaire nette étant nouveau pour les élèves, il convient de rattacher cette notion non seulement à la synthèse de la matière organique mais aussi à l'action de tous les consommateurs et décomposeurs sur la biomasse. Cela ne pourra se faire qu'en mobilisant les acquis de collège.
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Une liste de choix donne accès aux archives et permet ainsi de sélectionner la période de mesure. Généralement les mesures sont filtrées et moyennées sur un mois, ce qui permet la plupart du temps de s'affranchir des masquages opérés par les nuages.

Chaque jeu de données est visible de quatre façons différentes.
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La commande "View" actualise la vue dans l'écran courant.

Ici il s'agit de la productivité primaire nette en janvier 2010.

La comparaison avec l'image de juillet permet de mettre en évidence le rôle des saisons donc de la lumière et secondairement de la température dans la synthèse de matière organique.
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"Open in Google Earth" ouvre un fichier kmz dans Google Earth.

Ici l'indice foliaire en juillet 2009.
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Cet utilitaire permet d'importer des images dans des formats utilisables soit dans les traitements d'images classiques (jpeg, png) soit au format kmz pour Google Earth soit au format geoTIFF utilisable dans les Systèmes d'Informations Géographiques (SIG).
 
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Les fonctions les plus intéressantes sont celles qui sont ouvertes par la commande "Analyse this image".

Elle place dans la boîte "Analysis" l'image sélectionnée.

La commande "configure/launch analysis" permet d'ouvrir un écran de configuration de l'analyse.
 
Cet écran comporte plusieurs onglets mais pour un premier travail très simple il suffit de cliquer sur "Launch analysis" pour obtenir l'écran suivant.

Attention : Si l'on utilise Internet Explorer, il faudra autoriser l'exécution de contenus bloqués pour que l'affichage fonctionne.
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Après un temps de chargement qui dépend de la vitesse de la connexion, une carte interactive s'affiche. L'outil le plus intuitif est "Probe" qui permet de visualiser la valeur du paramètre au lieu où se trouve le pointeur.
 
Un outil de transect permet d'afficher ce transect dans une autre fenêtre. Ici il s'agit d'un transect N-S en Asie occidentale.

On pourra ainsi se poser la question des facteurs qui gouvernent la productivité primaire d'une zone géographique.
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En se limitant à trois couches d'informations, il est possible de traiter simultanément trois variables.

Ici, il s'agit de l'index foliaire, de la productivité primaire nette et des précipitations (Total rainfall, trouvé dans le menu "Atmosphère") pour le mois de juillet 2009.

Attention : ce dernier jeu de données n'étudie les précipitations qu'entre les latitudes 50°N et 50°S. Cela est dû aux caractéristiques du satellite qui est dédié à cette mesure.
 
En utilisant les onglets de paramétrage, on peu mener l'analyse sur une image partielle.

Après avoir défini la zone graphiquement, il faut confirmer la sélection par le bouton "Select" avant de passer à la commande "Launch analysis".

L'outil "probe" affiche les trois paramètres étudiés pour chaque point. Dans le cadre d'une tâche complexe, on peut demander aux élèves de faire des hypothèses de relations entre les différents facteurs et de les valider par le transect.
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La réalisation d'un transect SW-NE allant d'une côte à l'autre permet d'avancer dans la vérification des hypothèses.

La côte ouest de l'Amérique du Sud montre à la fois de faibles précipitations, un faible indice foliaire et surtout une faible productivité primaire.

Dans les zones déboisées du Nordeste  la productivité primaire semble corrélée à la présence des feuilles.
 
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Le fonctionnement de ces animations en ligne peut poser des problèmes de vitesse de connexion.

Chacune de ces animations est téléchargeable sous la forme d'un fichier zip qui contient une page html et tout ce qui est nécessaire pour obtenir les mêmes résultats hors ligne. Il sera ainsi possible de stocker les données sur le réseau de l'établissement ou l'ENT.

Cependant le choix des périodes et des indicateurs à traiter est dans ce cas fait à priori. Si l'on désire que les élèves travaillent sur ces choix, il faudra s'en tenir à la version en ligne.

 
auteur(s) :

François Cordellier, professeur de SVT au lycée Jean Perrin de Rezé

information(s) pédagogique(s)

niveau : 2nde

type pédagogique : démarche pédagogique, travaux pratiques, tutoriel, logiciel, didacticiel

public visé : enseignant

contexte d'usage : atelier, classe, salle multimedia

référence aux programmes : Le soleil : une source d'énergie essentielle

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