1-L'atmosphère terrestre et la vie

Dossier 1 - l'atmosphère primitive terrestre

Formée il y a environ 4,5 milliards d'années, l'atmosphère terrestre n'a pas toujours eu la même composition.

Notions évoquées dans ce dossier
  • l'atmosphère primitive (n.f.)
  • l'hydrosphère (n.f.)
  • un diagramme de phase

Source : Tobias Stierli / NCCR PlanetS (image recadrée)

Document 1 - Formation des atmosphères primitives

Les divers astres du système solaire se sont formés par accrétion des poussières de la nébuleuse solaire, c'est-à-dire accumulation progressive de matière au cours des collisions.

Ces chocs (ainsi que les désintégrations radioactives) libèrent de la chaleur.

À partir d'une certaine température (et donc d'une certaine taille), la protoplanète entre en fusion et une différenciation chimique se produit (formation de la croûte, du manteau et du noyau).

Source : d'après planet-terre

L'atmosphère primitive des planètes telluriques (Mercure, Vénus, la Terre et Mars) se serait formée par vaporisation des éléments volatils des roches au cours de la différenciation des enveloppes (croûte, manteau et noyau).

Document 2 - Des témoins de la composition de l'atmosphère primitive

Les météorites

Les météorites proviennent de la fragmentation d'un corps de plus grande taille suite à une collision. Il en existe deux grands types : les chondrites et les achondrites. Les chondrites n'ont pas subi de différenciation (donc pas de dégazage), au contraire des achondrites.
Chondrite Achondrite

Le tableau indique la composition des éléments volatils des météorites chondritiques.

Source : livre de SvT de TeS spé (Nathan, 2012)
Gaz Teneur (%)

H2O

80 ± 10

CO2

20 ± 10

N2

1 ± 5

O2

0

Le volcanisme

Les roches volcaniques provenant de la fusion partielle du manteau profond (basalte des points chauds par exemple) contiennent des inclusions fluides très peu modifiées depuis leur formation il y a 4,5 Ga. Leur composition chimique est donc très proche de celle de l'atmosphère primitive.

Le tableau indique la composition des éléments volatils des roches volcaniques d'origine mantellique profonde.

Source : ibid.

Gaz Teneur (%)

H2O

83 ± 3

CO2

12 ± 4

N2

5 ± 3

O2

0

Document 3 - Composition chimique de l'atmosphère terrestre actuelle

Dans l'atmosphère, la teneur en eau (sous forme liquide, solide ou gazeuse) est variable.

Source : livre d'enseignement scientifique de Terminale (Hachette, 2020)

Document 4 - L'eau sur Terre

Expérience

On veut mettre en évidence les conditions des changements d'état de l'eau (vapeur, liquide, solide).

Protocole
  1. Remplir au quart une bouteille d'eau chaude (pas plus de 50°C) ;
  2. Fermer avec un bouchon muni d'une valve (c'est un accessoire vendu pour conserver le vin une fois la bouteille ouverte) et vider l'air à l'aide de la pompe ;
  3. Observer ;
  4. Mettre la bouteille sous l'eau froide ;
  5. Observer.
Document de secours

Comment faire bouillir de l'eau tiède ?

Source : Maths-Sciences Villeneuve-sur-Lot

Le diagramme de phase de l'eau

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_phase

Un diagramme de phase est une représentation graphique de l'état physique d'un corps pur (ou d'un mélange de corps purs) en fonction de la pression (P) et de la température (T). Le diagramme ci-contre est celui de l'eau.

La pression atmosphérique terrestre est de 1 atm au niveau de la mer.

On pense qu'au départ, les planètes telluriques avaient une atmosphère et des conditions de P et T semblables et que l'atmosphère de Vénus a peu changé depuis sa formation.

Valeurs pour l'atmosphère Terre Vénus

Pression moyenne (atm)

1

92

Température moyenne (°C)

15

470

Pistes d'exploitation

  1. Coup de pouce

    Pour déterminer la composition chimique de l'atmosphère de la Terre il y a plus de 4 milliards d'années, certaines méthodes s'imposent (on n'était pas là…) : quelles sont ces méthodes ?

    • Elles sont basées sur des échantillons qui ont conservés la "trace" de cette atmosphère primitive : certaines météorites, certaines roches volcaniques
    • Ces deux "vestiges" donnent donc la composition de l'atmosphère telle qu'elle s'est formée (il y a plusieurs milliards d'années).

    Il vous reste à déterminer cette composition en analysant les tableaux (doc. 2).

    Établir la composition chimique de l'atmosphère terrestre primitive en précisant la méthode.
  2. Expliquer à quelle(s) condition(s) l'eau peut exister sur un astre sous forme liquide, en reliant les résultats de la manipulation au diagramme de phase de l'eau.
  3. Reconstituer l'évolution de la composition de l'atmosphère terrestre depuis sa formation.
  4. Proposer des hypothèses pour expliquer les variations des teneurs en gaz atmosphériques depuis la formation de l'atmosphère jusqu'à nos jours.