L'eau et la vie grâce à la position de la Terre dans le système solaire
Objectifs :
Comment peut-on expliquer la présence de Vie sur la
planète Terre ?
Quels paramètres favorisent la présence d’eau liquide à la surface d’une planète ?
Quels paramètres favorisent la présence d’eau liquide à la surface d’une planète ?
L’Univers « connu » est
hiérarchisé. Il est formé
d’une multitude de galaxies dont la «
Voie Lactée » qui comprend entre
autres notre système solaire.
La planète Terre est la seule planète où on peut détecter de la Vie.
L’observation de la planète Terre par les images satellitales révèle une particularité : elle est la seule planète à posséder à sa surface de l’eau liquide (70 % de se surface sont recouverts par les océans). On l’appelle la planète bleue. La présence de Vie peut être corrélée à la présence de cette eau liquide.
L’eau existe sous trois états : solide (glace), liquide et gaz. Les changements d’états de l’eau pourraient dépendre de la température mais aussi de la pression.
La planète Terre est la seule planète où on peut détecter de la Vie.
L’observation de la planète Terre par les images satellitales révèle une particularité : elle est la seule planète à posséder à sa surface de l’eau liquide (70 % de se surface sont recouverts par les océans). On l’appelle la planète bleue. La présence de Vie peut être corrélée à la présence de cette eau liquide.
L’eau existe sous trois états : solide (glace), liquide et gaz. Les changements d’états de l’eau pourraient dépendre de la température mais aussi de la pression.
1. Influence de la distance au Soleil sur la
température de surface
Approche expérimentale :
Si on éclaire un objet par une source lumineuse et que l’on éloigne progressivement cet objet de la source de lumière, on constate que la quantité de lumière reçue par cet objet diminue.
Si on éclaire un objet par une source lumineuse et que l’on éloigne progressivement cet objet de la source de lumière, on constate que la quantité de lumière reçue par cet objet diminue.
Ainsi, à l’échelle du
système solaire, plus une
planète est éloignée du
Soleil (source de lumière) moins elle
reçoit d’énergie solaire. Or,
la quantité d’énergie solaire
reçue par une planète conditionne sa
température à la surface.
Donc, plus une planète est éloignée du Soleil, plus sa température de surface est faible (Tableau 1.).
Donc, plus une planète est éloignée du Soleil, plus sa température de surface est faible (Tableau 1.).
| Planète | Mercure | Vénus | Terre | Mars | Jupiter | Saturne | Uranus | Neptune |
|
Distance au soleil
(en millions de km)
|
58 | 108 | 150 | 228 | 778 | 1427 | 2871 | 4497 |
|
Température théorique
(en °C)
|
+140 | +30 | -18 | -60 | -175 | -180 | -220 | -230 |
|
Température réelle
(en °C)
|
+140 | +470 | +15 | -50 | -175 | -195 | -220 | -230 |
Tableau 1. Comparaison des températures de
surface théoriques et réelles des
planètes du système solaire
planètes du système solaire
On constate que les planètes Vénus,
Terre et Mars ont une température
réelle de surface supérieure à
la température théorique
calculée en fonction de la distance.
Ces trois planètes possèdent une
atmosphère.
2. Influence de l'atmosphère sur la
température de surface
a. Influence de la gravité sur la
présence d'une atmosphère
La loi de la gravitation universelle
établie par Newton propose que «
Deux corps quelconques s’attirent en raison
directe de leur masse et en raison inverse du
carré de la distance et leur centre de
gravité ».
Ainsi, plus la masse d’une planète sera élevée, plus elle aura la capacité de retenir des molécules permettant le maintien d’une enveloppe gazeuse à sa périphérie.
Une molécule gazeuse dans une atmosphère a une vitesse thermique directement proportionnelle à la température régnant dans l’atmosphère. Si cette vitesse est supérieure à la vitesse d’évasion de la planète (vitesse minimale que doit atteindre un corps pour s’éloigner indéfiniment d’une planète) alors la molécule gazeuse échappe à l’atmosphère.
Ainsi, plus la masse d’une planète sera élevée, plus elle aura la capacité de retenir des molécules permettant le maintien d’une enveloppe gazeuse à sa périphérie.
Une molécule gazeuse dans une atmosphère a une vitesse thermique directement proportionnelle à la température régnant dans l’atmosphère. Si cette vitesse est supérieure à la vitesse d’évasion de la planète (vitesse minimale que doit atteindre un corps pour s’éloigner indéfiniment d’une planète) alors la molécule gazeuse échappe à l’atmosphère.
Ainsi, pour qu’une planète puisse
retenir une atmosphère, il faut que sa
masse soit suffisante et que la
température à sa surface ne
soit pas excessivement élevée.
| Planète | Mercure | Vénus | Terre | Mars |
| Masse volumique (en g. cm-3) | 5,4 | 5,3 | 5,5 | 3,9 |
| Présence d'une atmosphère | - | + | + | + |
| Pression atmosphérique (en hPa) | 2.10-9 | 9.104 | 105 | 6 |
Tableau 2. Comparaison des masses volumiques et
caractéristiques physiques
des atmosphères des planètes du système solaire
des atmosphères des planètes du système solaire
On constate que les planètes telluriques, bien qu’elles aient des masses volumiques proches ne possèdent pas toutes une atmosphère (elle est inexistante sur Mercure). La distance de la planète au Soleil est aussi un paramètre qui conditionne la présence et la densité de l’atmosphère.
b. Influence de la composition de
l'atmosphère
Si on compare la composition en gaz des
atmosphères de Vénus, la Terre
et Mars on constate que la présence de
gaz tels que le dioxyde de carbone ou la
vapeur d’eau favorise une
augmentation de la température
réelle de surface par rapport à la
température théorique (Tableau
3.).
| Planètes | Vénus | Terre | Mars | |
|
Pression atmosphérique
par rapport à la P. atmos. terrestre
|
93 | 1 | 1/140 | |
|
Composition de
l'atmosphère
(en %)
|
CO2 | 93 | 0,03 | 95 |
| N2 | 3 | 78 | 5 | |
| 02 | - | 21 | - | |
| H2O | 0,1 | 1 à 3 | traces | |
|
Température moyenne
de surface (en °C)
|
470 | 15 | -50 | |
|
Température moyenne
théorique (en °C)
|
30 | -18 | -60 | |
Tableau 3. Comparaison des compositions
caractéristiques chimiques et physiques des
atmosphères des planètes du
système solaire
Ces gaz sont appelés gaz à
effet de serre. Ce sont des gaz qui peuvent
absorber les rayonnements infrarouges
émanant de la surface de la
planète et réémettre
des rayonnements infrarouges à la surface
de la planète. Ainsi, ils permettent de
chauffer une deuxième fois la
planète après qu’elle ait
reçue le rayonnement issu du Soleil
(Doc. 1.).
Doc. 1. Principe de l'effet de serre
Dioxyde de carbone et vapeur d’eau
sont responsables de l’effet de serre
naturel. Il existe sur la planète
Terre un effet de serre additionnel
dû à la présence dans
l’atmosphère de gaz
émis par les activités
humaines (ozone, Halocarbones,
méthane,…). Cet effet de serre
additionnel est aujourd’hui responsable du
dérèglement climatique.
3. Les conditions nécessaires à la
présence d'eau liquide
L’état de l’eau à la
surface d’une planète dépend
directement de la température de surface
réelle et de la pression
atmosphérique (dépendante de la
présence de gaz à la surface de la
planète).
Sur Terre, à la pression atmosphérique de 1 bar l’eau se solidifie à 0°C et se vaporise à 100°C.
Approche expérimentale :
On place un récipient rempli d’eau dans une cloche à vide dans laquelle il règne une température constante de 22°C. On fait alors le vide dans la cloche (on diminue la pression atmosphérique). On constate que l’eau entre en ébullition à 22°C.
Le diagramme suivant appelé « diagramme des phases » indique l’état de l’eau dans différentes conditions de température et pression (Doc. 2.). Si on tient compte des conditions de température de surface et de pression atmosphérique on constate qu’à la surface de Mars l’eau ne peut exister que sous forme gazeuse et solide aux pôles. A la surface de Vénus, l’eau ne peut exister que sous forme gazeuse (dans l’atmosphère).
Sur Terre, à la pression atmosphérique de 1 bar l’eau se solidifie à 0°C et se vaporise à 100°C.
Approche expérimentale :
On place un récipient rempli d’eau dans une cloche à vide dans laquelle il règne une température constante de 22°C. On fait alors le vide dans la cloche (on diminue la pression atmosphérique). On constate que l’eau entre en ébullition à 22°C.
Le diagramme suivant appelé « diagramme des phases » indique l’état de l’eau dans différentes conditions de température et pression (Doc. 2.). Si on tient compte des conditions de température de surface et de pression atmosphérique on constate qu’à la surface de Mars l’eau ne peut exister que sous forme gazeuse et solide aux pôles. A la surface de Vénus, l’eau ne peut exister que sous forme gazeuse (dans l’atmosphère).
Doc. 2. Diagramme des phases et état de
l’eau sur Vénus, Terre et Mars
Par contre, la Terre est originale puisque
l’eau est présente sous forme
liquide et dans certaines conditions de
température elle peut être aussi
présente sous forme solide ou
gazeuse.
L'essentiel :
Ainsi, la présence d’eau liquide à
la surface d’une planète dépend de
deux paramètres physiques : les conditions
de température de surface et la pression
atmosphérique. Ces deux paramètres
dépendent de la position de la
planète dans le système solaire et
des caractéristiques physiques de la
planète.
La Terre occupe une position originale et est la seule planète à réunir toutes les conditions pour que l’eau existe sous ses trois états, notamment à l’état liquide.
L’eau sous son état liquide constitue un milieu favorable à la naissance et au développement de la Vie. On définit donc une zone d’habitabilité dans le système solaire qui correspond à une zone où l’eau peut rester sous forme liquide à la surface d’une planète. Elle serait comprise entre 0,95 et 1,67 UA (1 UA équivaut à la distance Terre-Soleil soit 150 millions de km).
La Terre occupe une position originale et est la seule planète à réunir toutes les conditions pour que l’eau existe sous ses trois états, notamment à l’état liquide.
L’eau sous son état liquide constitue un milieu favorable à la naissance et au développement de la Vie. On définit donc une zone d’habitabilité dans le système solaire qui correspond à une zone où l’eau peut rester sous forme liquide à la surface d’une planète. Elle serait comprise entre 0,95 et 1,67 UA (1 UA équivaut à la distance Terre-Soleil soit 150 millions de km).
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