L'ensemble des écosystèmes repose sur la matière organique, également appelée « biomasse », produite par les végétaux. Cette biomasse est consommée par les consommateurs animaux et sert à l'ensemble des êtres vivants. C'est donc la photosynthèse qui est à la base de toute la vie sur la planète.
À partir des documents fournis, on cherche à montrer que la photosynthèse n'utilise, à l'échelle de la planète, qu'une petite partie de l'énergie solaire incidente.
Productions primaires brute et nette
« Primary Production of the Biosphere: Integrating Terrestrial and Oceanic Components », Christopher Field, Michael Behrenfeld, James Randerson, Paul Falkowski, juillet 1998, © Science
La photosynthèse permet aux végétaux d'assimiler le carbone présent dans l'atmosphère, les océans, etc. L'énergie lumineuse absorbée est convertie en énergie chimique, sous la forme de biomasse, c'est-à-dire de matière organique. La quantité de biomasse produite par les végétaux est la production primaire brute (PPB). Une partie de cette matière organique est utilisée par les plantes pour produire l'énergie nécessaire à leur fonctionnement, par l'intermédiaire de la respiration. La matière organique produite et non consommée par la respiration, autrement dit la matière organique qui sert à la croissance des végétaux, est la production primaire nette (PPN). La PPN correspond donc à la quantité de matière organique fixée par la plante.
L'étude de Christopher Field permet de donner les chiffres suivants en ce qui concerne les productivités brutes et la respiration des végétaux à l'échelle de la planète :
- productivité primaire brute des organismes photosynthétiques océaniques : 242,5 gigatonnes de carbone par an ;
- perte par respiration : 194 gigatonnes de carbone par an ;
- productivité primaire brute des organismes photosynthétiques terrestres : 282 gigatonnes de carbone par an ;
- perte par respiration : 225,6 gigatonnes de carbone par an.
La valeur calorique de la matière organique est de 32 mégajoules par kilo de carbone.
Surface terrestre et énergie solaire incidente
L'énergie solaire incidente reçue par la Terre est voisine de 5{,}4.10^{6} \text{kJ/an/m}^{2}.
Le rayon terrestre est de l'ordre de 6 370 km.
La surface S d'une sphère de rayon R est 4\times\pi\times R^{2}.
Quelle est la valeur de la surface de la Terre ?
Quelle est la valeur de la PPN globale (végétaux océaniques et terrestres) annuelle ?
Quelle est la valeur énergétique de l'ensemble de la production primaire nette (PPN) en une année ?
Quelle est la valeur de la PPN annuelle par unité de surface à la surface du globe ?
Quelle est la proportion (en %) de l'énergie solaire incidente qui est transformée en matière organique chaque année (PPN) ?