Chapitre 2 : La vie sur Terre

Chapitre 2 : La vie sur Terre

Comment la Terre et Pandora peuvent accueillir la vie ?

Quelles conditions faut-il pour que la vie apparaisse sur un astre comme la Terre ou Pandora ?

L’eau liquide (entre 0°C et 100 °C) entre dans la composition de tous les êtres vivants connus, à hauteur de 65 à 99 % de la masse. Elle est partout présente dans les cellules des organismes, dans le sang des animaux, la sève végétale... Elle semble donc indispensable à l’apparition de la vie. Quelle sont donc les conditions pour qu’une planète abrite de l’eau liquide ? 1/ Comment serait apparue la vie sur Terre ?

Quand on regarde ces deux astres (Pandora et la Terre), quelles ressemblances voit-on ? Il y a de l’eau liquide et des continents. Ce sont des planètes rocheuses.

Quelles particularités a la planète Terre par rapport aux autres planètes du Système Solaire ?

Elle est rocheuse contrairement aux géantes gazeuses. Et elle abrite de l’eau liquide et des océans contrairement aux autres planètes telluriques.

Polyphème

PANDORA

Texte de Jean Pierre Luminet illustré, 100 questions sur l’Univers

Longtemps après le Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années, notre planète s’est formée (il y a 4,6 milliards d’années) en même temps que le Système Solaire. C’était un globe de roches à moitié fondu et il y faisait très chaud (plusieurs centaines de degrés). La Terre primitive a été bombardée pendant des centaines de millions d’années par des astéroïdes et des comètes.

La vie n’y avait pas encore sa place, mais les comètes et astéroïdes ont apporté à

la jeune Terre son eau, ainsi qu’une partie de la matière organique à l’origine des premiers constituants de la vie.

Peu à peu, les impacts ont diminué, la terre s’est refroidie et les premiers océans se sont formés à -4,4 milliards d’années et les premiers continents vers – 4 milliards d’années. Les éruptions volcaniques

remodelaient constamment la surface de la planète, le gaz jailli du noyau terrestre constituant l’atmosphère primitive (essentiellement de l’azote et du dioxyde de carbone).

Sur cette scène bouillonnante recouverte de nuages, où l’étincelle de la vie a-t-elle pu démarrer ? Les premiers

organismes monocellulaires (procaryotes, des sortes de bactéries) sont apparus vers -3,8 milliards d’années. Peut-être ont-ils vu le jour dans les sources volcaniques chaudes ou les argiles, riches en éléments

chimiques carbonés. Une hypothèse probable : c’est la présence d’eau liquide qui aurait permis l’apparition des premiers êtres vivants par une suite de transformations chimiques.

Mais pour avoir de l’eau liquide, il faut que la température soit comprise entre 0°C et 100 °C. La planète doit donc être dans la zone d’habitabilité de son étoile (ni trop près, ni trop loin) pour recevoir la bonne quantité d’énergie thermique.

L’atmosphère terrestre a joué un rôle important grâce à l’effet de serre.

C’est au fond des océans que l’on a plus d’indices. Les procaryotes se sont rassemblés autour de sources hydrothermales sans pouvoir s’en détacher. Mais grâce à la photosynthèse provoquée par la lumière solaire, ils ont produit de la

chlorophylle et ont colonisé le monde. La photosynthèse a modifié l’atmosphère, à partir de – 3,4 milliards d’années Il y a 3,4 milliards d’années, les stromatolithes se sont formés dans les eaux peu

profondes grâce aux organismes de la photosynthèse. Celle-ci a libéré du dioxygène qui a fait son apparition dans l’atmosphère il y a 2,3 milliards d’années. Une couche d’ozone protectrice s’est développée, et les premières cellules complexes respirant de l’oxygène (eucaryotes) sont apparues dans les océans vers -2,1 milliards d’années.

Elles se sont multipliées et la reproduction sexuelle a commencé.

La vie a ensuite explosé et s’est diversifiée. Les premiers coquillages ont fait leur apparition vers -550 millions d’années. Vers -500 millions d’années , les poissons ont

développé leurs premières arêtes. Puis ce fut le grand saut : la vie s’est installée hors de la mer vers -475 millions d’années.

En premier lieu, la végétation sous forme de fougères, a fait verdoyer la terre ferme. Les vers, les arthropodes, les insectes se sont développés, ainsi que les reptiles, entre -400 et - 300 millions d’années. Les dinosaures sont apparus vers -220 millions d’années et sont disparus brusque vers -65 millions d’années. Les mammifères (-200 millions d’années) et les oiseaux sont apparus (-150 millions d’années), suivis des plantes à fleurs (-140 millions d’années). Il y a à peine 3 millions d’années ont émergé les premiers hommes.

Travail à faire : sur la frise chronologique, indique les grandes étapes de l’évolution de la vie sur Terre, grâce au texte + les ères géologiques successives sur la frise

Eres géologiques

Hadéen Archéen Protérozoïque

Paléozoïque (Ère primaire)

Mésozoïque (Ere secondaire)

Cénozoïque (Ere tertiaire,

quaternaire) Histoire -4,6 à 4,0

milliards d’années

-4,0 à 2,5 milliards d’années

-2,5 milliards d’années à -550 millions d’années

-550 millions d’années à - 245 millions

d’années

-245 millions d’années à -65

millions d’années

-65 millions d’années à -

3000 ans

-3000 ans à nos jours

Travail : Indique sur la frise les évènements mentionnés dans le texte.

 - 13,8milliards d'années : formation de l'univers (Big bang)

 - 4,6 milliards d'années : formation de la planète Terre

 - 3,8 milliards d'années : apparition des cellules procaryotes

 - 3,4 milliards d'années : apparition de la photosynthèse

 - 2,1 milliards d'années : apparition des cellules eucaryotes

 - 600 millions d'années : apparition d'animaux simples (trilobite…)

 - 570 millions d'années : apparition des arthropodes

 - 550 millions d'années : apparition d'animaux complexes (coquilles rigides)

 500 millions d'années : apparition des poissons et des proto-amphibiens

 475 millions d'années : apparition des plantes terrestres

 400 millions d'années : apparition des insectes et des graines

 360 millions d'années : apparition des amphibiens

 300 millions d'années : apparition des reptiles

 200 millions d'années : apparition des mammifères

 150 millions d'années : apparition des oiseaux

 140 millions d'années : apparition des fleurs

 65 millions d'années : disparition des dinosaures

 7 millions d'années : apparition de la lignée

 4 millions d'années : apparition des australopithèques

 2,4 millions d'années : apparition du genre homo

 250 000 ans : apparition de l'homme de Neandertal

 200 000 ans : apparition de l'homo sapiens sapiens

2/ Influence de la luminosité et de l’énergie lumineuse reçue.

►Activité 1 : Influence de la luminosité et de l’énergie lumineuse reçue

La luminosité est directement reliée à l’énergie lumineuse.

Expérience : On place un carreau de chocolat à 4 cm de la bougie et un autre à 10 cm de la bougie. Allume la bougie et note le temps à partir duquel le morceau de chocolat commence à fondre

Conclusion n°1 : Plus une planète est éloignée du soleil, plus la quantité de lumière (et donc l’énergie

solaire) qu’elle reçoit est faible

Expérience quantitative (non réalisé en classe):

Comment évaluer l’énergie solaire reçue par chaque planète tellurique ?

1/ Que représente le morceau de chocolat, la bougie et les cercles tracés sur la photo ?

Le chocolat représente une planète, la bougie le soleil et les cercles tracés les orbites.

2/ Durée pour que le chocolat fonde à 4 cm : 2 min Durée pour que le chocolat fonde à 10 cm : 10 min

Expérience avec photomètre et source de lumière placée à différentes distances

Conclusion : l’intensité lumineuse reçue (la température) est d’autant plus faible que l’objet est éloigné de la source lumineuse.

3/ Les températures sur les planètes du système solaire

►Activité 2 : Les températures sur les planètes du Système solaire

Document 1 : Tableau des températures moyennes théoriques et mesurées des surfaces des planètes Planète Distance

moyenne au Soleil (U.A)

Température de surface moyenne

théorique ( °C)

Température de surface moyenne réelle

(°C)

Ecart entre les températures mesurées et calculées (°C)

Etat de l’eau Atmosphère

Mercure 0,38 172 167 5

Vénus 0,72 30 464 494

quantités)

Atmosphère très riche en gaz à effet

de serre

Terre 1 -18 15 33

gazeux Atmosphère

Mars 1,5 -56 -63 7

Jupiter 5,2 -170 -108 62

Saturne 9,5 -196 -139 57

Uranus 19 -220 -197 23

Neptune 30 -228 -220 8

Document 2 : Graphique des températures moyennes théoriques des surfaces des

planètes en fonction de leur distance au soleil.

Document 3 : Graphique des températures moyennes réellement mesurées des surfaces des planètes en fonction de leur distance au soleil

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

0 5 10 15 20 25 30 35

Température moyenne calculée en surface (°C)

distance (en U.A)

Température de surface moyenne théorique en fonction de la distance au soleil

-300 -200 -100 0 100 200 300 400 500

0 5 10 15 20 25 30 35

Température moyenne mesurée réellement (°C)

Distance (en U.A)

Température de surface moyenne mesurée (°C) en fonction de la distance au soleil

Document 4 : L’effet de serre

1/ Complète le document 2 en indiquant le nom des 8 planètes du système solaire.

2/ Quelle est la température théorique de la surface de la Terre ? -18 °C.

3/ Quelle est la température réelle de la surface de la Terre ? +15°C

4/ Pourquoi y a-t-il une différence entre ces deux températures ? Cela est dû aux gaz à effet de serre de l’atmosphère terrestre.

5/ Dans le système solaire, sur quelle planète y a-t-il le plus grand écart entre température théorique et température mesurée ? Pourquoi ? C’est sur Vénus où l’effet de serre est excessivement important.

6/ Pourquoi Vénus est-elle plus chaude que Mercure, malgré le fait qu’elle soit plus éloignée du Soleil ? Peuvent-elles abriter la vie ?

Mercure ne possède pas d’atmosphère alors que Vénus en possède une très dense, très riche en gaz à effet de serre En conséquence, c’est l’effet de serre très important sur Vénus qui fait que la température y est plus importante. Elles ne peuvent pas abriter la vie

7/ Pourquoi la lune et la Terre, qui se trouvent à la même distance du soleil, n’ont pas la même température ? C’est à cause de l’effet de serre inexistant sur la lune (pas d’atmopshère)

8/ Propose une expérience pour montrer que l’eau liquide est importante pour le développement de la vie, en particulier pour la germination.

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

0 5 10 15 20 25 30 35

Température moyenne calculée en surface (°C)

distance (en U.A)

Température de surface moyenne théorique en fonction de la distance au soleil

La Terre et la lune sont à la même distance du Soleil.

Pourtant, la température moyenne sur Terre est de +15

°C alors qu’elle est de -20 °C sur la lune. En effet, la Terre possède une atmosphère, contrairement à la lune.

Certains gaz dans l’atmosphère (appelés gaz à effet de serre) permettent de conserver la chaleur au lieu de la laisser s’échapper dans l’espace. L’atmosphère se comporte donc comme les vitres d’une serre: C’est

l’effet de serre .

Parmi les planètes proches du soleil, c’est sur Venus que l’effet de serre est le plus important car son atmosphère est très riche en gaz à effet de serre.

Mercure

Vénus Terre

Mars

Jupiter

Saturne

Uranus Neptune

Expériences sur l’effet de serre

Expérience 1 : deux cristallisoirs éclairés, donc un avec un couvercle en verre.

4/ Zone d’habitabilité

La vie peut est possible entre 0°C et 100 °C, sur Terre. Les animaux qui vivent à ces 2 températures extrêmes sont extrémophiles.

Définition : Une zone d’habitabilité d’une planète est la zone pour laquelle on peut trouver de l’eau liquide entre 0°C et 100°C sur une planète, avec ou sans effet de serre.

1/ La Terre se situe-t-elle dans la zone d’habitabilité du soleil ?

Oui

2/ Jupiter est-elle dans la zone d’habitabilité ?

Non, elle est trop éloignée et trop froide 3/ Pour une grosse étoile chaude, la zone d’habitabilité est-elle plus proche ou plus éloignée ?

Elle est plus éloignée car sinon, il ferait trop chaud.

3/ Titan et Europe, satellites de Saturne et Jupiter, possèdent des conditions favorables à l’apparition de la vie.

Sont-elles situées dans la zone d’habitabilité du Soleil ?

Non, c’est la preuve que la notion de zone d’habitabilité est complexe. Elle dépend de notre compréhension de l’apparition de la vie sur notre planète.

Attention, il faut bien différencier planète habitable et zone d’habitabilité.

5/ Bilan : Quels sont les facteurs favorables au développement de la vie ?

►Une bonne planète : Rocheuse, qui possède absolument une atmosphère, pas trop grosse (gravité acceptable)

►Une bonne distance : Pour avoir de l’eau liquide. Dans la zone d’habitabilité de la planète, c’est-à-dire dans une région de l’espace où la température de la planète est comprise entre 0°C et 100°C (avec un effet de serre ou pas.

►Une bonne étoile : dont la luminosité et l’activité ne varient pas trop. Pas trop grosse car la durée de vie des étoiles supermassives est courte (quelques dizaines de millions d’années).

►Du temps…

Et sur Pandora : Les conditions semblent réunies. Il y a de l’eau liquide, le sol est rocheux et l’étoile stable et pas trop proche. En revanche, pas mal d’effets de marée liés à la proximité de Polyphème.

Quelques documents supplémentaires :