SVT - Seconde
Chapitre 1.1
La Terre : une planète habitée
  OBJECTIF

I. Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ?
      TP 1. Particularités de la Terre dans le système solaire
A. Les deux conditions de la vie sont réunies sur la Terre
B. Les autres objets connus du système solaire n’hébergent apparemment pas la vie
L'essentiel

II. Le vivant présente une unité chimique

      TP 2. Particularités chimiques du vivant
A. Composition chimique du vivant
B. Les molécules du vivant possèdent un squelette carboné
L'essentiel

BILAN
     
Une galaxie
L’Univers qui nous entoure contient un grand nombre de galaxies formées chacune de nombreuses étoiles (= astres brillants par eux-mêmes). Notre galaxie est la Voie lactée, elle compte 100 milliards d’étoiles. Notre étoile est le Soleil.
Image : www.destination-orbite.net
 
Les huit planètes du système solaire
Autour du Soleil gravitent quatre planètes rocheuses (= telluriques) : Mercure, Vénus, Terre, Mars et quatre planètes gazeuses (= géantes) : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.
On appelle planète tout corps céleste qui gravite autour du Soleil et qui possède une masse suffisante pour avoir une forme ronde et éliminer tout corps céleste se déplaçant sur une orbite proche.
Sur la figure, tous les astres sont à la même échelle
mais les distances ne sont pas respectées.
Image : www.destination-orbite.net
 
La Terre : une planète bleue
La vie, telle que nous la connaissons, nécessite que sur une planète deux conditions soient réunies.
1. La planète doit posséder une atmosphère parce que la synthèse des molécules du vivant ne peut pas se faire dans le vide et que cette atmosphère constitue un écran protecteur contre certains rayonnements du Soleil nocifs pour la vie, comme les rayons ultraviolets.
2. La planète doit posséder une hydrosphère qui est nécessaire à de nombreuses interactions chimiques nécessaires à la vie et qui accroît la protection contre les rayonnements solaires nocifs.
Image : www.astronomes.com
     
OBJECTIF

On cherche à comprendre pourquoi la Terre est la seule planète où la vie est actuellement connue et ce qui distingue chimiquement le vivant du non vivant.

   
 

TP 1. Particularités de la Terre dans le système solaire

     
I. Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ?
I.A. Les deux conditions de la vie sont réunies sur la Terre
 
Comparaison des planètes du système solaire
La Terre est située à 150 millions de km du Soleil. C'est la plus grosse des quatre planètes rocheuses, essentiellement formées de silicates. Elle possède une atmosphère principalement composée de diazote (78 %) et de dioxygène (21 %).
N.B. Les données en rouge ne sont pas sur le site utilisé en TP.
 
La gravité
On appelle gravité l'attraction réciproque des corps, sous l'effet de leur masse. La force de pesanteur englobe à la fois la gravité (force d'attraction) et la force centrifuge (force d'échappement), qui provient du mouvement de rotation de la planète.
Si un corps céleste est très massif, il retient intégralement dans son atmosphère les gaz les plus légers (comme le dihydrogène (H2) et l'hélium (He)) qui, en grande quantité, sont incompatibles avec la vie. C’est le cas des planètes géantes gazeuses (formées presque entièrement d'hydrogène et hélium). Si un corps céleste est très petit, il laisse échapper tous les gaz, ainsi que la vapeur d'eau. Un tel corps est dépourvu d’atmosphère (Mercure, Lune...).
 

La Terre est suffisamment grosse pour retenir les gaz indispensables à la vie (comme le CO2) et suffisamment petite pour avoir laissé échapper les gaz les plus légers (H2 et He), incompatibles avec la vie.

 
Zone d'habitabilité du système solaire
Autour d’une étoile la zone d’habitabilité est notamment fonction de sa température. Trop près de l’étoile la température est élevée et l’eau ne peut exister qu’à l’état gazeux (vapeur d’eau, comme sur Vénus), trop loin la température est basse et l’eau ne peut exister qu’à l’état solide (glace, comme sur les planètes géantes).
Image : http://www.techno-science.net
 
  • Un corps céleste ne peut retenir une atmosphère que si les molécules qui la composent se déplacent moins vite que leur vitesse d'évasion. Pour cela, il faut que le corps soit suffisamment massif (cf. ci-dessus) mais aussi suffisamment froid. Plus un corps et proche du Soleil, plus il est chauffé, plus les molécules de son atmosphère sont agitées et atteignent facilement la vitesse d'évasion.
I.B. Les autres objets connus du système solaire n’hébergent apparemment pas la vie
 
Il s'agit des autres planètes (rocheuses ou gazeuses), des planètes naines,des satellites naturels, des astéroïdes et des comètes.
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1 Jupiter. Les planètes géantes sont trop massives (atmosphère de H2 et H) et trop éloignés du Soleil (froides) - 2 Pluton (et Charon). Les planètes naines sont trop petites (donc sans atmosphère) et trop éloignées du Soleil (donc froides et dépourvues d'eau liquide) - 3 La Lune, satellite naturel de la Terre, est trop petite (donc sans atmosphère) - 4 L'astéroïde Ida (56 km) et son satellite Dactyl. Les astéroïdes sont trop petits (donc sans atmosphère) - 5 Hale-Bopp (dernier passage 1997). Les comètes sont trop petites (pas d'atmosphère) et, généralement, trop éloignées du Soleil (froides et dépourvues d'eau liquide).
Images : www.dinosoria.com ; www.naturepixel.com/ ; www.astronomes.com ; www.astro-sanv.com ; JPL/NASA
 
Traces de réseau hydrographique sur Mars
Mars est située à la limite externe de la zone d'habitabilité et présente à sa surface des traces d'une présence d'eau ancienne (réseau hydrographique fossile). Mars est une petite planète et a une faible gravité. Elle a perdu la plus grande partie de son atmosphère.
Actuellement il n’y a plus d’eau liquide à la surface de Mars et il n’existe aucune preuve, directe ou indirecte, d’une présence de vie actuelle ou ancienne.
Image : planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre
 
De l'eau liquide sur Europe et Encelade
Europe
, satellite de Jupiter, possède vraisemblablement de l'eau liquide sous sa surface glacée qui ressemble à une banquise. Cela est imaginable grâce à l'énergie libérée par l'effet de marée causé par la planète géante.
De la même manière Encelade, satellite de Saturne, pourrait posséder des poches d'eau liquide sous sa surface.
Image : www.cieletespacephotos.fr
 
L'exoplanète 2M1207b et son étoile la naine brune 2M1207A
C'est la première image d'une exoplanète, réalisée en 1994, mais on en a découvert beaucoup d'autres depuis. Les conditions de la vie, telle que nous la connaissons, peuvent exister sur d’autres planètes qui possèderaient des caractéristiques voisines de celles de la Terre (sans pour autant que la présence de vie y soit certaine). Cela est impossible à vérifier pour l’instant.
Image : www.insu.cnrs.fr
     
I. Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ?

A. Les deux conditions de la vie sont réunies sur la Terre*

La taille de la Terre permet la présence d'une atmosphère compatible avec la vie. C'est la plus grosse des planètes rocheuses (= planètes telluriques qui sont petites). Son attraction est suffisante pour retenir les gaz de l’air (78  % N2, 21 % O2, CO2…) et la vapeur d’eau, mais insuffisante pour retenir les gaz les plus légers comme le dihydrogène (H2) et l’hélium (He).

La distance Terre Soleil permet la présence d’eau liquide. La Terre se situe à 150 millions de km du Soleil soit 1 unité astronomique (UA). L’énergie solaire qui nous parvient et l’atmosphère entraînent une température moyenne de 15°C compatible avec la présence d’eau à l’état liquide. Autour du Soleil la zone où l’eau peut exister à l’état liquide est comprise entre 0,9 et 1,5 UA, c’est la zone d'habitabilité.

B. Les autres objets connus n’hébergent apparemment pas la vie

La plupart sont trop petits pour retenir une atmosphère (Mercure, de nombreux satellites naturels, les planètes naines, les astéroïdes et les comètes). Les planètes géantes (= gazeuses) sont trop grosses, leur atmosphère (H2 et He) est incompatible avec la vie.

Ils sont situés en dehors de la zone d’habitabilité du Soleil (c'est-à-dire plus près du Soleil que la Terre ou au delà de Mars).

Mars est à la limite de la zone d’habitabilité (à 1,5 UA du Soleil). De l’eau liquide a vraisemblablement existé à sa surface (réseau hydrographique, roches sédimentaires) mais la planète a perdu la quasi-totalité de son atmosphère et de sa vapeur d’eau car elle est trop petite.

Les exoplanètes (planètes situées en dehors du système solaire) sont encore trop mal connues pour en déduire si elles abritent ou non la vie.
 
* L’existence d’un champ magnétique est une troisième condition pour permettre la vie. Il constitue une ceinture protectrice contre les rayonnements électromagnétiques du Soleil.
   
 

TP 2. Particularités chimiques du vivant

     
II. Le vivant présente une unité chimique
II.A. Composition chimique du vivant
 
Tableau périodique des éléments
On appelle élément chimique une catégorie d’atomes ayant en commun le même nombre de protons (= Z = numéro atomique) dans le noyau. Plusieurs atomes peuvent s’assembler par réaction chimique pour former des molécules susceptibles à leur tour de participer à des transformations ou réactions chimiques.
Voir aussi : Tableau périodique interactif (Cité des sciences)
 

Abondance des principaux éléments chimiques (en pourcentages massiques)
Le vivant est essentiellement constitué de seulement six éléments chimiques naturels parmi la centaine que compte la planète. Ce sont le carbone (C), l’hydrogène (H), l’oxygène (O), l’azote (N), le phosphore (P) et le soufre (S).

II.B. Les molécules du vivant possèdent un squelette carboné
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1 Méthane - 2 Saccharose (glucide) - 3 Aspartame (protide) - 4 Acide oléique (lipide)
Un atome de carbone peut se lier (par liaison chimique covalente) à quatre atomes qui peuvent être soit d'autres atomes de carbone, soit des atomes d’autres éléments chimiques. Cela permet la formation de molécules de grande taille ou macromolécules.

● Beaucoup de molécules du vivant sont formées d'une succession d'unités élémentaires (ce sont des polymères), ce qui accroît considérablement la taille des molécules (macromolécules) :
- glucides complexes : formés de la sucession de sucres simples ;
- protéines : formés de la sucession d'acides aminés ;
- acides nucléiques : formés de la sucession de nucléotides (voir chapitre 1.3).

 
Composition chimique moyenne de différentes cellules
- Glucides
: formés essentiellement de C,H et O avec un nombre d'atomes H ≈ nombre d'atomes O (ex : saccharose C12 H22 O11). Ils représentent la principale source d'énergie des cellules.
- Lipides : formés essentiellement de C,H et O avec un nombre d'atomes H >> nombre d'atomes O (ex. acide oléique C18H34O2) . Ils constituent des réserves énergétiques importantes, sont les composants essentiels des membranes cellulaires et sont impliqués dans la communication hormonale.
- Protides : formés essentiellement de C,H, O et N. Ils ont un rôle structural (muscles, peau, trame osseuse..) ou fonctionnel (enzymes, hormones, anticorps...).
- Acides nucléiques formés essentiellement de C,H, O, N et P (voir chapitre 1.3).
 
L’eau n’est pas une molécule caractéristique du vivant mais les êtres vivants en contiennent toujours énormément (végétaux 80 %, mammifères 65 %).

● Les sels minéraux
sont soit immobilisés dans les squelettes et les coquilles des animaux (par exemple sous forme carbonate de calcium Ca CO3…), soit en solution, dissociés en ions (Ca 2+, HCO3-, Na+, Cl-…), ils jouent alors un rôle considérable dans le fonctionnement des cellules.
     
II. Le vivant présente une unité chimique

Parmi la centaine d’éléments chimiques naturels, seulement six sont nettement plus abondants dans le vivant que dans le non vivant : le carbone (C), l’hydrogène (H), l’oxygène (O), l’azote (N), le phosphore (P) et le soufre (S).

Ces six éléments majeurs forment des molécules carbonées : lipides, glucides, protides et acides nucléiques dont beaucoup présentent une répétition d’unités élémentaires et forment des macromolécules (polymères).

L’eau n’est pas une molécule caractéristique du vivant mais les êtres vivants en contiennent toujours énormément (végétaux 80 %, mammifères 65 %).
   
     

BILAN

La Terre est le seul objet du système solaire où la vie est actuellment connue. Les conditions de la vie sont peut-être réunies sur des exoplanètes mais on ne peut pas le vérifier actuellement.

Tous les êtres vivants sont essentiellement formés de molécules carbonées (formées de C, H, O, N, P, S) et d'eau. Cette unité chimique est un indice de leur parenté.