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Sujet 13: Confinement et atmosphère

L’activité humaine a des conséquences sur la composition de l’atmosphère, notamment parce qu’elle conditionne les émissions

de CO2. Nous nous proposons ici d’étudier une évolution récente de l’atmosphère durant les premiers mois de la crise sanitaire

de la Covid 19 et les mesures qui l’ont accompagnées.

Document 1 : Émissions globales de CO2 en mégatonnes par jour d’origine fossile

Le document présente l’évolution du total des émissions journalières dues à l’utilisation de combustibles fossiles, à

l’échelle de la Terre, au cours du temps. Les parties grisées représentent la marge d’erreur.

Document 2 : Cycle et flux de carbone (en Gt / an)

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Sujet 13: Confinement et atmosphère

Physique-Chimie / 1ère Spécialité

Questions :

1. En s’appuyant sur l’analyse du document 1, préciser comment ont évolué les émissions de CO2 de 2000 à 2020, à

l’échelle globale de la Terre et proposer une hypothèse quant aux causes des variations constatées pendant les premiers

mois de l’année 2020.

Entre 200 et 2020 les émissions globales de CO2 ont augmenté de manière continue ( sauf une légère baisse concomitante

avec la crise économique de 2009). Lors des premiers mois de l’année 2020 on remarque toutefois une baisse brutale de

près de 25% des émission mondiales de CO2. Cette diminution peut être associée au début de la crise sanitaire de la

Covid 19 , et à la baisse de l’activité commerciale et industrielle qui a en a résulté.

2. À l’aide de vos connaissances personnelles et en s’appuyant sur le document 2, identifier les deux réservoirs de carbone

les plus importants et préciser les flux de carbone entre ces deux réservoirs.

Les réservoirs de carbone les plus importants sont la lithosphère et l’hydrosphère. Le principal flux de carbone entre

ces réservoirs correspond à la précipitation de carbonate de calcium.

3. En s’appuyant sur le document 2, identifier les flux de nature anthropique sur ce cycle.

Les principaux flux de carbone d’origine anthropique sont liés à :

- la déforestation , qui émet dans l’atmosphère du carbone d’origine biosphérique

- La fabrication du ciment et l’exploitation des ressources fossiles qui qui émettent dans l’atmosphère du carbone d’origine

lithosphérique

4. En effectuant un bilan à partir de données du document 2, montrer que la quantité de carbone augmente avec le temps

dans l’atmosphère.

Bilan des flux atmosphériques :

1. Flux entrant : 1,1+7,8+0,1+79,4+120 = 208,4 GtC/an

2. Flux sortant : 123 + 80 + 0.3 = 203,3 GtC/an

Le bilan de carbone atmosphérique global annuel est donc bien déséquilibré avec un gain net annuel de 5,1 GtC/an.

5. Expliquer pourquoi on qualifie un combustible fossile de ressource non renouvelable.

Les combustibles fossiles sont dit non renouvelables, car le rythme de formation de ces ressources est beaucoup plus

lent que le rythme de leur exploitation par l’homme. On constate notamment dans le document 2 que le flux de carbone

par enfouissement par matière organique est de 0,3 GtC/an alors que le flux lié à la combustion et à l’exploitation est

plus de 25 fois supérieur avec une valeur de 7,8 GtC/an.

6. Sachant qu’une mole d’essence produit huit moles de CO2 , prouver par le calcul qu’un kilogramme d’essence produit

une masse de CO2 d’environ 3,1 kg, en utilisant les données suivantes.

Calculons d’abord le nombre de moles de d’essence contenues dans 1 kg de cette substance :

nessence = messence

Messence

= 1000

114

= 8,77 mol

La quantité de CO2 libérée vaut alors :

n(CO2)=8 × nessence = 70,2 mol

La masse de CO2 libérée vaut alors :

m(CO2) = m(CO2) × M(CO2) = 70,2 × 44,0 = 3088 g ≈ 3,1 kg

En première approche, l’équation de la réaction de combustion de l’essence peut être assimilée à celle de la combustion

de l’octane (C8H18 ) :

2C8H18(l) + 25 O2(g)

16 CO2(g) + 18 H2O(g)

Données :

— Une mole d’octane C8H18 a une masse de 114,0 g .

— Une mole de CO2 a une masse de 44,0 g.

7. En déduire la masse de CO2 produite pour une quantité de 2,8 · 109 kg d’essence correspondant à la consommation

mondiale journalière sans crise sanitaire.

Par proportionnalité, la masse de CO2 liée à la consommation mondiale journalière d’essence vaut :

mjour(CO2)=3,1 × 2,8 · 109 = 8,7 · 109 kg

8.a. Comparer la valeur des émissions de CO2 calculée à la question 7 à la valeur lue sur le graphique du document 1 pour

le mois d’avril 2020.

La valeur des émissions journalière de CO2 en avril 2021 vaut 85 Mt, soit 8,5 · 1010 kg. Cette valeur est près de 10 fois

supérieure à celle calculée à la question précédente.

8.b. Formuler des hypothèses pour expliquer la différence constatée.

La valeur des émissions de CO2 calculée à la question correspond à la consommation journalière d’essence, alors que

celle obtenue à la question 8.a. correspond au total des émissions dues aux énergies fossiles. La différence entre ces

valeurs est due aux autres sources d’énergies fossiles : gaz, charbon, autres utilisations du pétrole .

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