Grand oral physique chimie : comment le manchot empereur parvient il à maintenir sa température corporelle dans les conditions extrêmes de l'Antarctiqueb?

« Imaginez vous dans le désert du pôle Sud, avec des températures la plupart du temps négatives et des vents forts s’abattant sur vous sans relache.

C’est dans cet environnement glacial là qu’une espèce bien connue vit, le Manchot empereur.

En effet il vit en Antarctique, zone dans laquelle à certains endroits les températures peuvent froler les -90°c avec des vents pouvant aller à plus de 300km/h. Nous en tant qu’humain ne survivrions jamais dans ces conditions sans vêtements, feu ou abris mais cette espèce le fait sans problème, ainsi je me suis posé la question suivante : Comment le manchot empereur parvient il à maintenir sa température corporelle dans l’environnement extrême de l’antarctique ? Pour y répondre, je vais d’abord présenter les caractéristiques du manchot empereur, puis les lois de la thermodynamique qui expliquent le phénomène, avant de finalement comparer ce mode d’adaptation au froid avec le notre en tant qu’humain. I/ Description du manchot empereur : Tout d’abord, le manchot empereur est un oiseau aquatique emblématique de l'Antarctique, présent uniquement dans l’hémisphère sud.

Il s’agit de la plus grande et la plus lourde des 18 espèces de manchots, mesurant jusqu’à 122 cm pour un poids entre 20 et 40 kg. Incapable de voler, il possède des ailes rigides et un corps profilé, parfaitement adaptés à la nage. C’est un excellent plongeur, capable de descendre à plus de 500 mètres et de rester jusqu’à 20 minutes sous l’eau.

Il se nourrit principalement de poissons, mais aussi de krill et de calmars. Le manchot empereur passe la majeure partie de sa vie en mer et ne revient à terre que pour se reproduire.

Il est la seule espèce à se reproduire pendant l’hiver antarctique.

Les parents couvent les œufs à tour de rôle, et nourrissent leur petit pendant plusieurs mois en régurgitant leur nourriture.

Le poussin, d’abord couvert d’un duvet gris, ne peut se nourrir seul avant d’avoir développé son plumage adulte. Les manchots empereurs vivent en moyenne 20 ans, certains jusqu’à 50 ans, malgré les conditions extrêmes de leur habitat antarctique.

Ils doivent faire face à plusieurs défis comme la limite des ressources, la présence des prédateurs mais le principal défi est le froid intense, auquel ils font face grâce à des adaptations physiques et comportementales remarquables.

Ces adaptations leur permettent de survivre et de se reproduire dans l’un des environnements les plus hostile Après avoir vu les caractéristiques du manchot empereur, intéressons nous maintenant a la façon dont le manchot s'adapte a l'environnement hostile de l'Antarctique et quelles sont ces limites. Il a développé toute une gamme d'adaptations qui lui permet de survivre.

Il dispose d'une épaisse couche de graisse d'environ 3cm, qui agit comme isolant contre les températures glaciales.

Il possède également un plumage qui présente une double structure qui assure 85% de l'isolation thermique de l'oiseau (contre 15% seulement pour la couche de graisse sous cutanée). Son corps est recouvert de plumes implantées uniformément sur toute la surface du corps elles sont très rigides, tassées, imperméables et imbriquées comme les tuiles d'un toit.

Elles constituent un isolement mécanique contre le vent mais elles permettent aussi de garder au sec et au chaud le manchot même dans les eaux glacées.

Elles sont d’ailleurs renouvellées annuellement entre janvier et fevrier pour ameliorer l’étancheité et la protection contre le froid.

Leur plumage qui est de couleur noir leur permettent d'absorber la chaleur du soleil, grâce au phénomène d’albedo afin d'augmenter la température du corps.

Pour finir, même leurs pieds sont adaptés aux conditions glaciales, en effet ils possèdent des pattes courte, ainsi la surface d’exposition est minime, sur laquelle se trouve des plumes afin, qu'ils n'aient pas trop froid ils ont aussi des graisses spéciales qui les empêchent de geler des pieds. Pour maintenir sa température corporelle à 39°C dans un air extérieur compris entre −20 °C et −10 °C, le manchot peut compter sur son métabolisme qui produit une puissance thermique interne moyenne de 42 W.

En dessous de −10 °C, son métabolisme augmente cette puissance thermique en fonction de la température.

Il peut ainsi atteindre 73 W lors des périodes de grand froid. Imaginons une situation dans laquelle manchot est seul et conserve sa température corporelle.

Nous allons déterminer la résistance thermique de cet animal . La résistance thermique c'est la capacité d'un matériau a résister aux échanges de chaleur entre l’environnement extérieur et l’intérieur de l’ animal . La résistance thermique de la peau du manchot peut ainsi se calculer par loi de conduction thermique : P=Rth/θint−θext Ce qui donne en réarrageant les termes : Rth=θint−θext/P (1) Rth = Ointé-Oext / P ----> Rth= 39-(-10) / 42 = 1,17 K/W est égal a 1,2 K.W grâce a la formule (1) : Cette valeur correspond à l’isolation standard du manchot.

Une résistance thermique de 1,17 K/W signifie qu’il faut une différence de température de 1,17 °C pour évacuer 1 watt de chaleur.

C’est une très bonne isolation thermique. Faire un schéma sur un feuille pour expliquer le principe des échanges et le concept de résistance thermique Maintenant, intéressons nous a la puissance thermique produite par son métabolisme quand la température extérieure est de -47°C .

Afin que le manchot maintienne sa température corporelle a 39°C Sa puissance thermique de son métabolisme est de 73W que l’on peut calculer grâce a la formule.... »