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habitabilité

  Ces activités peuvent être réalisés dans le Thème 1 du programme de seconde en S.V.T  "La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée".
 

  • Objectifs de connaissances en S.V.T

Rappels du programme 2010 : "Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ? La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie. Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire. Ces conditions peuvent exister sur d’autres planètes qui possèderaient des caractéristiques voisines sans pour autant que la présence de vie y soit certaine."

 

  • Objectifs des activités :

- Réaliser des activités en tâches complexes autour de la recherche des conditions nécessaires à la vie.
- Évaluer l'aptitude des élèves à mobiliser leurs compétences (savoirs, savoir-faire et attitudes) face à une situation nouvelle et complexe.
- Évaluer la capacité des élèves à rendre-compte de leur travail en employant un vocabulaire scientifique adapté et en réalisant des schémas détaillés.

Scénario :
  Cette activité met en place une démarche d’investigation comme proposée dans les divers travaux pratiques de ce dossier.
L’objectif est de déterminer la zone d’habitabilité autour d’une étoile.

Télécharger le TP


 habitabilité


La démarche consiste dans un premier temps à déterminer les conditions de températures extrêmes où l’on a rencontré la vie sur Terre (voir aussi le TP température). Température qui vont servir de références pour déterminer ensuite dans un deuxième temps  la zone d’habitabilité au sein du système solaire notamment à l’aide d’une animation qui permettra de faire le lien entre température et distance à l’étoile mais il est aussi possible de faire faire des calculs.

La «  mission » demandée aux élèves consiste à déterminer en utilisant des arguments rigoureux s’il est possible de trouver la vie sur d’autres planètes du système solaire que la Terre.

Activité n°1 : Les conditions extrêmes de la vie sur Terre.

  Pour répondre nous demandons aux élèves de rechercher  les températures les plus froides et les plus chaudes où l’on rencontre une vie active sur la Terre.
Avant de lancer les élèves dans cette recherche il peut être utile de redonner les principales caractéristiques du vivant et de donner quelques exemples. En effet on recherche des températures qui permettent le fonctionnement celllaire non des formes de vie ralentie. Il est aussi possible de donner  ces connaissances sous forme d'ue fiche d’aide.
Pour cette recherche, il semble peu efficace de laisser les élèves faire une recherche documentaire numérique.

 
Activité n°2 : Déterminer la zone d’habitabilité en surface du système solaire.

Si l’on ne tient compte que du facteur distance entre la planète et son étoile et que l’habitabilité est définie comme la distance d’une étoile où la température permet la vie sur Terre.


Déterminer la zone d’habitabilité du système solaire. En utilisant l’animation suivante :
http://solarsystem.colorado.edu/applets/planetTemp/index.html.

Avec cette animation il est possible de déplacer avec la souris la planète X et de déterminer la distance (radius) en UA, d'une planète possèdant la température la plus faible où on rencontre la vie sur Terre et la température la plus forte.
 

animars

 

 

habitabilité1 

Activité n3 : Montrer que la zone d’habitabilité en surface dépend de l'étoile

La classification des étoiles est basée sur des raies d'absorption : classification de Harvard.

 Les différentes classes d’étoiles et leur température sont les suivantes:

 

classification_etoile

 

Classe température Couleur Luminosité / au soleil
0 > 25 000 K bleue 100 000
B 10 000 - 25 000 K bleue-blanche 1 000
A 7 500 - 10 000 K blanche 20
F 6 000 - 7 500 K jaune-blanche 4
G 5 000 - 6 000 K jaune (comme le Soleil) 1
K 3 500 - 5 000 K jaune-orange 0,2
M < 3 500 K rouge 0,01

 

Remarque : voici un moyen mémo technique pour se rappeler de l'ordre de cette classification, OBAFGKM : Oh Be A Fine Girl Kiss Me

Il est donc également possible avec ses données  de calculer la position de cette zone  pour d'autres étoiles, (position et non l'intervalle d'habitabilité) en utilisant le tableau ci-dessus (la luminosité de ces étoiles  est établie par rapport au Soleil).
   On peut calculer la position de cette zone d'habitabilité pour chaque étoile grâce à l'équation suivante (qui en fait permet de calculer le rayon circumstellaire (ou écosphère) d'une sphère théorique entourant une étoile et où la température à la surface des planètes y orbitant permettrait la présence de la vie )  :
 

 equation(en UA)

 où :

    • d est la position d'habitabilité en unités astronomiques (UA),
    •  L étoile et L Soleil est la luminosité de l'étoile, et du Soleil
    • d T-S est la distance Terre Soleil en UA

Faire compléter pour chaque étoile les distances sur le document.

 Remarques :

Comme au cours de leur évolution les étoiles deviennent plus brillantes et plus chaudes, la Zone d'Habitabilité s'éloigne logiquement de l'étoile, certaines planètes quitte ainsi cette zone. Une planète a d'autant plus de chance de développer la vie qu'elle restera longtemps dans la zone d'habitabilité.

  En fonction de la distance à l'étoile, il n'y a qu'une faible zone où la température en surface permet à l'eau liquide d'exister. Cependant cette représentation est limitée, elle n'intègre pas la possibilité d'une vie sous la terre ou la glace comme on l'imagine sur Mars actuellement. Comme le dit Pierre Thomas de l'ENS Lyon, cette représentation " cantonne la vie à la surface et aux écosystèmes dépendant directement ou indirectement de la photosynthèse. Manifestement, les auteurs de ce type de représentation ignorent tout de la chimiosynthèse, de la vie endogée, sous-glaciaire"

Voir l'article de Pierre Thomas

 Dans ce cas l'habitabilité se représente ainsi

habitabilité1.jpg

Source de l'image site : Planet-terre.ens-Lyon.fr

 Activité n°4 : Réfléchir sur la possibilité de découvrir une civilisation intelligente

Pour aller plus loin : A la recherche de civilisation intelligente.

  En 1961 L’astronome Frank Drake a établi une équation qui porte son nom et qui permet de calculer le nombre de civilisations intelligentes censées exister dans notre galaxie, la Voie lactée.

 Cette équation est la suivante : N étant le nombre de civilisations intelligentes

  N=N*×fp×ne×fl×fi×fc×L

 on voit que N est le produit de sept facteurs :

    • ·         N*, le nombre d’étoiles dans notre galaxie ;
    • ·         fp, la fraction de ces étoiles qui sont entourées de planètes ;
    • ·         ne, le nombre moyen de planètes, dans ces systèmes, capables d’accueillir la vie ;
    • ·         fl, la fraction de ces planètes où la vie existe vraiment ;
    • ·         fi, la fraction de ces planètes où se trouve une vie dite intelligente ;
    • ·         fc, la fraction de ces planètes dont les habitants sont capables et désireux de communiquer avec d’autres astres ;
    • ·         L, la fraction de ces planètes dont la durée de vie et d’émission correspond à l’époque à laquelle nous les écoutons

Toute la difficulté consiste à attribuer des valeurs à ces paramètres. En effet, la science n’a pas de réponses précises pour aucun d’entre eux.

Cependant les astronomes possèdent quelques éléments de réponses :

    • ·  N*:  Le nombre total d’étoiles dans notre galaxie est compris entre 200 milliards et 400 milliards. Remarque milliards correspond au terme billion des Anglo-Saxons.
    •     fp : Les recherches récentes d’exo planètes laissent penser qu’au moins la moitié des étoiles en sont accompagnées.
    • ·ne  Le nombre moyen de planètes situées dans la zone d’habitabilité de leur étoile pourrait être de 2 selon Frank Drake.
    • · Pour   fl, pourcentage de ces planètes sur laquelle la vie s’est effectivement développée, des chercheurs australiens pensent que cette proportion dépasserait 13% si la planète était stable sur plus d’un milliard d’années.
    • Frank Drake a estimé à 1% la fraction de ces planètes où une vie intelligente a pris place fi.
    • ·Pour fc, Drake a écrit 1%, pourquoi ?
    • · Pour L Drake  pense à un millionième.

Avec toutes ces données, il est possible d'estimer le nombre de civilisations intelligentes selon les critères de Drake dans notre galaxie, pour faire le calcul vous pouvez utiliser ce petit calculateur en ligne.

http://www.planetarysystems.org/drake_equation.html

Et faire  comparer ce résultat (400)  aux autres estimations :

    •   Celle de l'astronome américain Carl Sagan (1934-1996), qui  estimait que la valeur de “N” était de plusieurs millions.
    • Celle de Seth Shostak, qui estimait ce nombre à 10.000.

En conclusion :

  On ne sait rien pour le moment et cette équation n'apporte pas de réponse. Drake disait d'ailleurs parlant de son équation : "Il s'agit un cadre de travail pour tous ceux qui s’intéresseraient à la recherche d’une vie extra-terrestre".

  

    • Télécharger les éléménts d'aide
    • Télécharger les documents

 

LES DOCUMENTS DU TP (on vous propose de télécharger des documents pdf pour une qualité optimale)

 

Les documents fournis aux élèves pour  cette activité          

 

Données sur la vie dans les conditions extrêmes

Données sur les bactéries en conditions extrêmes

extreme2 

Données sur la vie  ?

vie1

 

 

Les fiches coup de pouce à distribuer si besoin

 

Une fiche d'aide pour utiliser le diagramme

habitabilité1 

Une fiche d'aide pour utiliser l'animation

animars 

Une fiche d'aide pour convertir les températures

temp.JPG 

 

Une  fiche d'aide pour comprendre le texte sur la vie

 

 


     


 
Correction de l'activité 1 :

Activité n°1 : Les conditions extrêmes de la vie sur Terre.

L'analyse des documents montre qu'il existe des bactéries qui supporte sans problème des température supérieures à 100°C et pour les températures inférieures on trouve des bactéries se multipliant à -5°C. On considérera donc les températures comprises entre O°C et 100°C soit 273 ° K et 373°K.
 

Activité n°2 : Déterminer la zone d’habitabilité du système solaire.

 Ainsi il est possible de définir la zone d'habitabilité dans le système solaire  comprise entre  0,5 UA er 1 UA environ et de placer cette zone sur le diagramme suivant.
Puis de faire une conclusion sur la présence de la vie dans le système solaire : la zone d'habitabilité est centrée sur la Terre, ses limites sont proches de Vénus et de Mars.

Activité n3 : Montrer que la zone d’habitabilité dépend de l'étoile

habitabilite3

   A comparer avec ce diagramme.

habitabilite4

A consuter l'article de P Thomas ENS Lyon