Biologie Générale 1😫

UFD1.01 - Biologie générale

Ces notes couvrent les particularités de la Terre, l'énergie solaire et une introduction à la climatologie, incluant les macroclimats, mésoclimats et microclimats, ainsi que l'écologie et les changements climatiques.

I. Particularités de la Terre

La Terre est une planète rocheuse du système solaire, caractérisée par des conditions propices à la vie.

Planètes du système solaire

• Planètes rocheuses (telluriques): Mercure, Vénus, Terre, Mars.

• Planètes gazeuses (joviennes): Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.

Zone d'habitabilité

La Terre se situe dans la zone d'habitabilité du système solaire, où les températures (environ entre -20 et +40°C) permettent la présence d'eau liquide.

Définitions clés

• Orbites: Trajectoires elliptiques des astres autour d'un autre.

• Période de révolution: Temps nécessaire à un astre pour effectuer un tour complet autour d'un autre.

• Alternance jour/nuit: Due à la rotation de la Terre sur son axe.

• Écliptique: Plan dans lequel la Terre tourne autour du Soleil.

• Obliquité: Angle entre l'axe de rotation de la Terre et la perpendiculaire à l'écliptique (actuellement ).

Rythmes journaliers et saisonniers

• La rotation de la Terre sur elle-même (23h 56 min 4.3 sec) crée les jours et les nuits.

• La révolution de la Terre autour du Soleil (365,25 jours) et son obliquité sont responsables des saisons.

• L'énergie solaire est inégalement répartie à la surface de la Terre en raison de sa forme sphérique, ce qui est à l'origine des différents climats.

Zones climatiques principales

• Équateur (0°): Climat équatorial (températures élevées, précipitations abondantes toute l'année).

• Tropiques (23°27' Nord et Sud): Climat tropical (une saison sèche, une saison humide).

• Cercles polaires (66°33' Nord et Sud): Jours et nuits extrêmes.

Une situation non constante

Les paramètres orbitaux et d'inclinaison de la Terre varient au cours du temps:

• Précession des équinoxes: Changement de direction de l'axe de rotation (période de 25 800 ans).

• Variation de l'obliquité: L'angle de l'axe de rotation varie de 22° à 25° (période de 40 000 ans).

• Variation de l'excentricité de l'orbite: (période de 100 000 ans).

La Théorie de Milanković prend en compte ces trois paramètres pour expliquer les variations climatiques passées.

Conditions essentielles à la vie

Pour accueillir la vie, la Terre possède:

1. Une atmosphère dense:

   • Protection contre les rayons nocifs (UV, rayons X).

   • Présence de gaz à effet de serre (maintien d'une température vivable).

   • Protection contre les impacts de météorites.

   • Composition: N₂ (78%), O₂ (21%), H₂O (0,4%), Ar (0,93%), CO₂ (0,036%), etc.

2. Une hydrosphère (eau liquide):

   • La présence d'eau liquide dépend de la distance au Soleil et de l'effet de serre atmosphérique.

   • La densité maximale de l'eau à 4°C est cruciale: la glace flotte, isolant l'eau sous-jacente et permettant la vie aquatique.

   • L'eau a une chaleur spécifique élevée et une chaleur latente élevée, ce qui lui confère un fort pouvoir tampon thermique.

3. Une lithosphère:

   • Source de minéraux et support de la vie terrestre.

   • Le noyau de fer liquide et solidifié génère un champ magnétique qui protège la Terre du vent solaire.

Données clés sur la Terre

• Âge: 4,5 milliards d'années.

• Superficie totale: 510 millions de km² (70,71% océans, 29,29% terres émergées).

• Température moyenne en surface: +15°C.

II. L'Énergie Solaire

L'énergie solaire est la principale source d'énergie pour la Terre, influençant directement le climat et la vie.

Caractéristiques de l'énergie solaire

• Le Soleil émet un spectre électromagnétique.

• 1 Watt = 1 Joule/s; 1 Cal = 4,184 Joules.

• L'énergie transportée par une onde augmente avec sa fréquence et son amplitude.

Spectre solaire

• Spectre solaire incident (sommet de l'atmosphère): 1370 W/m².

• Spectre solaire au sol:

  • 42% de l'énergie est dans le visible, dont 21% est utilisable pour la photosynthèse.

  • L'infrarouge est absorbé par l'air, le sol et l'eau.

  • L'ultraviolet est absorbé par la couche d'ozone (O₃), protégeant les organismes vivants des radiations nocives.

Réflexion / Albédo

L'albédo est la mesure de la réflectivité d'une surface.

• Les surfaces claires (neige) ont un albédo élevé (réfléchissent beaucoup).

• Les surfaces sombres (forêts) ont un albédo faible (absorbent beaucoup).

• L'albédo moyen de la Terre est de 0,30.

• La déforestation augmente l'albédo et peut entraîner un refroidissement local, tandis que l'augmentation du couvert forestier diminue l'albédo et peut entraîner un réchauffement.

Bilan radiatif de la Terre

C'est la quantité d'énergie reçue par le système Terre-atmosphère par rapport à la quantité réémise dans l'espace.

• Un bilan nul signifie une température moyenne stable.

• Les gaz à effet de serre d'origine anthropique (CO₂, CH₄, N₂O, CFCs) contribuent à l'augmentation de l'effet de serre, modifiant le bilan radiatif.

• Le flux interne de la Terre (0.07 Wm²) est négligeable comparé à l'énergie solaire (342 Wm²).

Facteurs influençant l'énergie disponible à la surface

1. Réflexion / Albédo

2. Absorption

3. Effet de serre

4. Émission

5. Flux interne

Bilan radiatif équilibré, mais ...

• Le bilan radiatif n'est pas uniforme sur la Terre.

• Les zones tropicales sont excédentaires en énergie, tandis que les zones polaires sont déficitaires.

• Ce déséquilibre est compensé par le transfert de chaleur via les courants atmosphériques et océaniques.

III. Introduction à la Climatologie

La climatologie étudie les climats à différentes échelles.

Plusieurs échelles

• Macroclimat: Définit les grandes zones géographiques soumises à un climat dominant.

• Mésoclimat: Variations régionales d'un climat dominant (ex: montagne).

• Microclimat: Climat local, de quelques centimètres à des centaines de mètres, souvent influencé par le biologique.

III. 1) Macroclimat

L'inégale répartition de l'énergie solaire due à la forme sphérique de la Terre est à l'origine des différents climats et des grands courants atmosphériques et marins.

Circulation atmosphérique / courants aériens

• L'air chaud est moins dense et monte, l'air froid est plus dense et descend.

• Sans rotation terrestre, il y aurait une seule cellule de convection entre l'équateur et les pôles.

• La force de Coriolis (due à la rotation de la Terre) dévie les masses d'air vers la droite dans l'hémisphère Nord et vers la gauche dans l'hémisphère Sud.

• Cette force fragmente la circulation en trois cellules par hémisphère:

  • Cellule de Hadley (0° à 30° de latitude): Air chaud monte à l'équateur, descend vers 30°.

  • Cellule de Ferrel (30° à 60° de latitude).

  • Cellule polaire (60° à 90° de latitude).

Conséquences sur la pluviosité et les zones climatiques

• Équateur: Zone dépressionnaire, nuageuse, fortes pluies.

• 30° N/S: Zone anticyclonique, ensoleillée, déserts.

• 45°-60° N/S: Zone dépressionnaire, nuageuse.

• Latitudes polaires: Zone anticyclonique, claire.

La Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT) est une ceinture de basses pressions près de l'équateur, qui se déplace saisonnièrement.

Grands courants marins

Les courants marins sont d'autres régulateurs des climats, influencés par la répartition de l'énergie et la circulation atmosphérique (vents, force de Coriolis).

• Les alizés (vents soufflant de l'est vers l'ouest près de l'équateur) entraînent des phénomènes d'upwelling.

• Les upwellings sont des remontées d'eaux froides, riches en nutriments, très productives pour la pêche.

• La circulation thermohaline (ou "tapis roulant océanique") est une circulation océanique profonde due aux différences de température et de salinité de l'eau.

El Niño

El Niño est un dysfonctionnement périodique de la circulation océanique et atmosphérique dans le Pacifique tropical, caractérisé par un réchauffement anormal des eaux de surface dans le Pacifique Est. Il a des impacts climatiques mondiaux.

• Les années El Niño se distinguent par des températures de surface de la mer plus élevées dans le Pacifique Est et des changements dans les précipitations.

Fonte de la banquise arctique

La fonte de la banquise arctique est un indicateur majeur du changement climatique. En juillet 2019, la superficie de la banquise était la plus faible depuis 40 ans.

Mots clés

• Albédo: Réflectivité d'une surface.

• Atmosphère: Enveloppe gazeuse de la Terre.

• Bilan radiatif: Équilibre entre l'énergie reçue et émise par la Terre.

• Chaleur latente: Énergie nécessaire pour un changement d'état.

• Chaleur spécifique: Énergie nécessaire pour élever la température de 1°C.

• Circulation thermohaline: Courants océaniques profonds liés à la température et la salinité.

• Climatologie: Étude des climats.

• Écliptique: Plan de l'orbite terrestre autour du Soleil.

• Effet de serre: Piégeage de la chaleur par l'atmosphère.

• El Niño: Phénomène climatique du Pacifique.

• Force de Coriolis: Déviation des mouvements due à la rotation terrestre.

• Hydrosphère: Ensemble des eaux sur Terre.

• Lithosphère: Croûte terrestre.

• Macroclimat: Climat à grande échelle.

• Mésoclimat: Climat à échelle régionale.

• Microclimat: Climat à petite échelle locale.

• Obliquité: Inclinaison de l'axe de rotation terrestre.

• Orbites: Trajectoires des astres.

• Photosynthèse: Processus utilisant l'énergie solaire.

• Précession des équinoxes: Changement de direction de l'axe terrestre.

• Upwelling: Remontée d'eaux froides et riches.

• Zone d'habitabilité: Région où l'eau liquide peut exister.

• ZCIT: Zone de Convergence Intertropicale.