E3C premi�re, la pile v�g�tale.

Il est possible de produire de l’�lectricit� en installant des �lectrodes dans un sol gorg� d'eau o� poussent des plantes telles que le riz. Cette technologie permet de convertir l’�nergie chimique issue de la photosynth�se en �nergie �lectrique. Le rendement de ce dispositif reste pour le moment faible mais cela pourrait � terme transformer les rizi�res en unit�s de production �lectrique.
On cherche ici � d�terminer si cette technologie peut r�ellement constituer une solution d’avenir.

Partie 1 : La photosynth�se et ses caract�ristiques.
On mesure trois param�tres environnementaux d’une enceinte ferm�e herm�tiquement et contenant un v�g�tal chlorophyllien :-
la teneur en dioxyg�ne (O₂) courbe du haut-
la teneur en dioxyde de carbone (CO₂) courbe du bas-
la luminosit� re�ue par l’enceinte.

1- Indiquer sur votre copie si chacune des trois propositions est juste. Justifier � l’aide de donn�es chiffr�es.
a- � la lumi�re, la teneur en O₂ augmente dans l’enceinte. Vrai.
A 1000 W m^-2, le taux en dioxyg�ne passe de 18 % � 25 % en 4 minutes.
b- � la lumi�re, la teneur en CO₂ augmente dans l’enceinte. Faux.
A 1000 W m^-2, le taux en CO₂ passe de 15 % � 10 % en 4 minutes.
c- La luminosit� a un effet sur l’�change gazeux r�alis� par le v�g�tal. Vrai.

On cherche � identifier les conditions de la synth�se d’amidon par les feuilles.
Sur un pied de g�ranium panach�, une partie de quelques feuilles est masqu�e par du papier noir et est vivement �clair�e pendant un certain temps. Apr�s plusieurs heures, l’une des feuilles est d�barrass�e de son cache puis d�color�e par de l’�thanol bouillant.
La feuille est ensuite plong�e dans une bo�te de p�tri contenant de l’eau iod�e, indicateur color� de pr�sence de l'amidon.

1- Indiquer les r�sultats attendus dans chacune des quatre zones de la feuille.
Zone 1: partie masqu�e et extr�mit� blanche, non chlorophyllienne : pas de pr�sence d'amidon.
Zone 2 : partie masqu�e et chlorophyllienne : pas de pr�sence d'amidon.
Zone 3 : partie vivement �clair�e et chlorophyllienne : pr�sence d'amidon.
Zone 4 : partie vivement �clair�e et non chlorophyllienne : pas de pr�sence d'amidon.

Partie 2. La conversion de l’�nergie chimique en �nergie �lectrique.
Cette partie pr�sente le principe de fonctionnement de la � pile v�g�tale � �tudi�e et ses applications potentielles.
La plante utilise la photosynth�se pour produire de la mati�re organique. Autour des racines vivent de tr�s nombreux microorganismes qui se nourrissent de la mati�re organique issue du v�g�tal. La r�action chimique correspondante peut �tre exploit�e au sein d’une pile comportant deux �lectrodes dont l’une est positionn�es pr�s de la racine de la plante et l’autre en est plus �loign�e. Cette pile peut d�livrer un courant �lectrique qui transporte de l’�nergie. On admet que la puissance �lectrique fournie par une � pile v�g�tale � de cette sorte est proportionnelle � la surface que les plantes expos�es au soleil et qui se trouvent au voisinage des �lectrodes occupent sur le sol.
2- L’�nergie solaire moyenne re�ue en une ann�e par unit� de surface est �gale � 10⁷ J et on peut estimer en moyenne qu’une plante doit recevoir 20�10⁶ J d’�nergie solaire pour produire 1 kg de mati�re organique.
Montrer que 1 m² de surface v�g�tale peut produire th�oriquement 0,5 kg de mati�re organique au cours d’une ann�e.
Energie solaire moyenne 10⁷ J m^-2 an^-1.
Energie moyenne pour produire 1 kg de mati�re organique : 2 10⁷ J.
10⁷ / ( 2 10⁷) = 0,5 kg.
3- On peut estimer qu’une � pile v�g�tale � de 1 m² de surface fournit une puissance de 3 W et que l’�nergie moyenne n�cessaire � la recharge d’un smartphone est de 10 Wh.
Indication : le Watt-heure (Wh) est l’�nergie correspondant � une puissance d’un Watt fournie pendant une dur�e d’une heure.
3-a- Calculer la dur�e de recharge d’un smartphone avec 1 m² de surface de � pile v�g�tale �.
10 / 3 = 3 h 20 min.
3-b- L’�nergie moyenne consomm�e par une famille pendant une ann�e est 3000 kWh.
Calculer la surface n�cessaire en m² de surface de � pile v�g�tale � pour fournir l’�nergie annuelle � une famille.
Energie fournie par m² de surface v�g�tale pendant un an : 3 x 24 x365 =26 280 Wh ~26 kWh.
Surface n�cessaire : 3000 / 26,28 ~114 m².
4- � partir des arguments issus de l’�tude des deux parties de l’exercice et de vos connaissances, indiquer un int�r�t et une limite au proc�d� de la � pile v�g�tale �.
Surface n�cessaire pour 1000 familles : 1,14 10⁵ m² ~ 11 ha de riz.
L'une des limites au proc�d� de la pile v�g�tale est la surface cultiv�e ainsi que les longueurs de fils de connexion entre les piles.