Pas un feu de bois géant, mais un réacteur nucléaire naturel : comment le Soleil fabrique l’énergie qui fait vivre la Terre.
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L’origine de l’énergie reçue par la planète Terre
Module III : L’éducation à l’environnement et au développement durableSéquence 11 : Le rayonnement solaire et ses influences à la surface de la TerreSéance 56 : L’origine de l’énergie reçue par la planète Terre
💡 Idée principale : presque toute l’énergie reçue par la Terre vient du Soleil. Elle est produite dans son noyau par des réactions de fusion thermonucléaire : des noyaux d’hydrogène fusionnent en noyaux d’hélium ; la petite perte de masse se transforme en énergie (E = mc²) émise sous forme de rayonnement (UV, visible, infrarouge).
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Étapes résumées
La Terre reçoit surtout l’énergie du Soleil (la chaleur interne du globe est très faible en comparaison).
Une origine chimique (combustion) est impossible : le Soleil se serait éteint en quelques milliers d’années.
Dans le noyau (15 millions °C), la fusion transforme 4 ¹H en ⁴He : 0,7 % de la masse devient énergie.
Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique : ≈ 8 % UV, 43 % visible, 49 % infrarouge.
Situation problème
À Maroua, en pleine saison sèche, le thermomètre dépasse 42 °C à l’ombre. Moussa installe des panneaux solaires sur le toit de la case de santé et sèche son oignon au soleil. Sa petite sœur demande : « Le Soleil, c’est un grand feu de bois ? Quand il n’y aura plus de bois, il va s’éteindre ? »
Consignes :
Relève la question posée par la petite sœur.
Le Soleil peut-il fonctionner comme un feu de bois ? Pourquoi ?
Comment l’énergie du Soleil arrive-t-elle jusqu’à la Terre ?
le problèmeje réfléchisla lumière
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Compétence visée
Lutter contre l’effet de serre en comprenant l’origine et la nature de l’énergie solaire, et en valorisant cette énergie renouvelable.
Objectifs de la leçon
Identifier les sources d’énergie reçue par la Terre.
Expliquer l’origine thermonucléaire de l’énergie solaire.
Décrire la nature du rayonnement solaire.
Les sources d’énergie de la Terre
1. Comparer les sources d’énergie à la surface de la Terre
Source
Puissance moyenne reçue par m²
Part
Rayonnement solaire
≈ 342 W/m² (au sommet de l’atmosphère)
> 99,9 %
Flux de chaleur interne (géothermie)
≈ 0,09 W/m²
< 0,1 %
Autres (marées, rayonnement des étoiles)
négligeable
—
2. Conclusion
Le Soleil est de très loin la principale source d’énergie à la surface de la Terre : il chauffe l’air, les océans et les sols, fait tourner le cycle de l’eau, met en mouvement l’atmosphère et alimente la photosynthèse.
l’objectifl’énergie (ATP)la planète Terre
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Le Soleil, une étoile
3. Structure interne du Soleil
Document 1 : coupe schématique du Soleil (rayon ≈ 700 000 km, 109 fois celui de la Terre).
Carte d’identité du Soleil
Une étoile moyenne
Une boule de gaz (≈ 73 % d’hydrogène, 25 % d’hélium) âgée de 4,6 milliards d’années.
Une masse énorme
≈ 2 × 10³⁰ kg, soit 333 000 fois la masse de la Terre.
Très chaud
≈ 15 millions °C au centre, ≈ 5 500 °C à la surface visible (photosphère).
Très puissant
Il émet en permanence ≈ 3,8 × 10²⁶ W dans toutes les directions.
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L’origine de l’énergie solaire
Activité 1 : une origine chimique ou nucléaire ?
Des scientifiques ont calculé que si le Soleil était un énorme tas de charbon brûlant dans de l’oxygène, il aurait épuisé son combustible en environ 5 000 ans. Or des roches terrestres âgées de plusieurs milliards d’années montrent que le Soleil éclairait déjà la Terre. Le document 2 présente la réaction qui a lieu dans le noyau du Soleil.
Document 2 : bilan de la fusion de l’hydrogène dans le noyau solaire.
Pourquoi l’hypothèse d’une origine chimique est-elle rejetée ?
D’où vient l’énergie libérée par la fusion ?
Ce qu’il faut comprendre : une combustion n’aurait pas pu durer des milliards d’années : l’origine de l’énergie solaire n’est pas chimique. Dans le noyau, la température et la pression sont si fortes que quatre noyaux d’hydrogène fusionnent en un noyau d’hélium. La masse de l’hélium formé est un peu plus petite (≈ 0,7 %) : cette masse disparue est transformée en énergie selon la relation d’Einstein E = Δm × c² (c = 3 × 10⁸ m/s). C’est une réaction thermonucléaire.
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Exemple guidé : l’énergie d’un gramme d’hydrogène
Énoncé
La fusion de 1 g d’hydrogène fait disparaître environ 0,007 g de matière. Calcule l’énergie libérée (c = 3 × 10⁸ m/s).
Solution
Δm = 0,007 g = 7 × 10⁻⁶ kg. E = Δm × c² = 7 × 10⁻⁶ × (3 × 10⁸)² = 7 × 10⁻⁶ × 9 × 10¹⁶. E ≈ 6,3 × 10¹¹ J, autant que la combustion d’environ 20 tonnes de charbon !
Le rayonnement solaire
4. Comment l’énergie voyage
L’énergie produite dans le noyau traverse lentement les couches du Soleil puis quitte la photosphère sous forme de rayonnement électromagnétique. Il se propage dans le vide à 300 000 km/s et parcourt les 150 millions de km jusqu’à la Terre en environ 8 minutes 20 secondes.
5. Le spectre du rayonnement solaire
Document 3 : répartition de l’énergie solaire selon la longueur d’onde.
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Valoriser l’énergie solaire au Cameroun
Panneaux photovoltaïques pour l’électricité des villages, des écoles et des centres de santé.
Chauffe-eau solaires, séchoirs solaires pour le poisson, le cacao, l’oignon ou le piment.
Une énergie renouvelable qui ne rejette pas de CO₂ : elle aide à lutter contre l’effet de serre.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Le Soleil fournit plus de 99,9 % de l’énergie reçue à la surface de la Terre.
Son énergie n’a pas une origine chimique : elle est thermonucléaire.
Dans le noyau, la fusion de 4 noyaux d’hydrogène donne 1 noyau d’hélium et de l’énergie.
La masse perdue (≈ 0,7 %) est convertie en énergie : E = Δm × c².
Le Soleil émet un rayonnement UV (≈ 8 %), visible (≈ 43 %) et infrarouge (≈ 49 %).
je retiensle panneau solairele cortex
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Vocabulaire à connaître
Fusion thermonucléaireunion de noyaux légers en un noyau plus lourd, à très haute température.Photosphèresurface visible du Soleil.Rayonnement électromagnétiqueénergie transportée par la lumière (UV, visible, IR).Défaut de massemasse perdue lors de la fusion, transformée en énergie.Énergie renouvelableénergie dont la source ne s’épuise pas à notre échelle.
Je m’évalue
1. Quels noyaux fusionnent dans le Soleil ? Que forment-ils ?
4. Quel domaine du rayonnement solaire porte le plus d’énergie ?
Réponses : des noyaux d’hydrogène ; de l’hélium · le Soleil se serait éteint en quelques milliers d’années · énergie, masse perdue, vitesse de la lumière · l’infrarouge, puis le visible. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
la lampe-torcheles enveloppesle globe terrestre
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Erreurs fréquentes
Croire que le Soleil « brûle » comme un feu : il n’y a pas de combustion.
Confondre fusion (union de noyaux légers) et fission (cassure de noyaux lourds, comme dans les centrales nucléaires).
Oublier que la chaleur interne de la Terre existe mais reste négligeable devant l’énergie solaire.
Méthode
Pour éliminer une hypothèse scientifique : énonce-la, déduis-en une conséquence vérifiable (ex. durée de vie du Soleil), compare avec un fait observé (âge des roches) ; si la conséquence contredit le fait, l’hypothèse est rejetée.
Activité d’intégration
Le lycée de Mokolo n’est pas raccordé au réseau électrique. Le conseil d’établissement hésite entre un groupe électrogène au gasoil et une installation de panneaux solaires. Un parent affirme que « le Soleil finira bientôt par s’éteindre, donc ce n’est pas un bon investissement ».
Explique au parent l’origine de l’énergie solaire et pourquoi elle va durer encore des milliards d’années.
Compare les deux solutions du point de vue de l’effet de serre.
Rédige un court argumentaire pour le choix des panneaux solaires.