Sciences de la Vie et de la Terre THEME 1 : NOURRIR L

Sciences de la Vie et de la Terre
THEME 1 : NOURRIR L’HUMANITE
Chapitre 1 : Vers une agriculture durable au niveau de la planète
Introduction
L’agriculture doit produire les denrées nécessaires à l’alimentation de 7 milliards d’hommes,
mais elle doit aussi permettre de conserver et de protéger les ressources naturelles qu’elle utilise,
comme le sol et l’eau. Les choix de nos pratiques alimentaires et dans les techniques agricoles
doivent permettre de nous orienter vers une agriculture durable.
Comment concilier nutrition mondiale et agriculture durable ?
I – Fonctionnement d’un écosystème
Définition : Un écosystème est l’ensemble des êtres vivants en interaction entre eux (=biocénose) et
avec le milieu physico-chimique environnant (=biotope).
Pour obtenir suffisamment de nourriture, l’homme est obligé de modifier les écosystèmes
naturels. Les agrosystèmes ainsi obtenus ont des rendements beaucoup plus élevés que ceux des
agrosystèmes naturels.
Cependant, cette productivité élevée nécessite des apports d’engrais importants et est très
coûteuse en énergie.
La production élevée de nourriture a également un impact sur la biodiversité en diminuant
celle-ci.
II – Consommation et rendement énergétiques des agrosystèmes : quels impacts écologiques ?
Au cours du XXème siècle, la population mondiale a été multipliée par 4, et bien que de
nombreuses personnes souffrent toujours de sous-nutrition, le niveau de vie s’améliore dans les
pays. Ces deux phénomènes augmentent fortement la demande mondiale en produits animaux
(viandes, lait, œufs, poissons,…).
Il faut l’équivalent de 10 kg de végétaux pour obtenir 1 kg de bœuf. La demande en produits
animaux augmente donc considérablement la pression exercée sur les ressources naturelles : les sols,
l’eau, le pétrole servent à produire des végétaux dont l’énergie est à 90% dissipée par la respiration
des animaux d’élevage.
La production d’un kg de steak haché libère environ 60 fois plus de gaz à effet de serre que
celle d’1 kg de pain. De plus, les besoins des élevages industriels sont tels qu’ils utilisent des aliments
produits sur des terres récemment mises en culture, au détriment d’écosystèmes naturels tropicaux.
Paragraphe argumenté :
Justifiez la phrase : « L’humanité ne pourra pas se nourrir sur le modèle occidental ».
La famille indienne a une alimentation majoritairement composée de produit d’origine
végétale (68.3 % de végétaux non transformés et 31.7 % de végétaux transformés ou de viande)
tandis que la famille américaine a une alimentation donnée par les produits animaux ou ayant subi
des transformations (28 % de végétaux non transformés uniquement).
La production de matière animale a un impact écologique beaucoup plus important que la
production de matière végétale :
- L’occupation des sols est plus élevée : jusqu’à 323 m2 pour produire 1 kg de viande, contre 17
m2 pour produire 1 kg de végétaux.
- La consommation d’eau est plus élevée : jusqu’à 15500 L par kg de viande, contre 1800 L par
kg de végétaux.
- La production de gaz à effet de serre est plus élevée : jusqu’à 26879g de CO2 par kg de viande
contre 733kg de CO2 par kg de végétaux.
Le rendement énergétique de la production animale est aussi plus faible que celui de la
production végétale : on peut nourrir 20 humains pendant 1 an avec 1 hectare contre seulement
2 humains pour 1 hectare d’élevage bovin.
Si toute la population mondiale adoptait une consommation de type occidental, les
ressources de la planète seraient insuffisantes : manques de surfaces et d’eau. La pollution par
les GES augmenterait et les dérèglements climatiques engendrés seraient accélérés. De plus, les
quantités de nourriture produites seraient insuffisantes pour la population mondiale.
Le mode occidental de consommation n’est donc pas envisageable pour toute la population
mondiale.
III – L’amélioration moderne des rendements agricoles
A) L’augmentation technique des rendements
L’homme peut agir sur différents facteurs pour augmenter les rendements. Augmenter les doses
d’engrais permet d’accroître la productivité, mais au-delà d’une certaine quantité, elle diminue.
Les cultures sont soumises à de nombreux autres êtres vivants : les concurrents ou les ravageurs.
L’utilisation de produits phytosanitaires permet de réduire ou d’éliminer des organismes nuisibles, et
permet ainsi un meilleur rendement.
Pour l’élevage, l’utilisation de nourriture particulière (usage de différents produits)
habituellement non consommés (animal) permet de produire plus.
L’imposition de rythme de lumière et d’obscurité différent du cycle naturel permet également
d’obtenir une production plus élevée.
B) L’augmentation génétique des rendements
Phénomène de vigueur hybride : les hybrides possèdent les caractères des deux parents à la fois.
Leur qualité est donc meilleure que celle de leurs parents. De plus, ils sont plus vigoureux que leurs
parents et peuvent posséder des qualités nouvelles qui étaient absentes chez leurs parents.
Transgénèse : elle consiste à transformer un gène d’intérêt depuis un organisme vers un autre,
généralement d’une espèce différente. L’organisme possède alors une nouvelle caractéristique due
au gène transféré. Il y un grand avantage à cette technique : croissance plus forte et plus rapide.
Mais l’utilisation d’OGM a des conséquences sur la vie de l’Homme : il peut y avoir des allergies
accrues. De plus, il faut parvenir à contrôler ces individus OGM, car ce gène peut être transmis à son
tour à d’autres espèces de la nature, hors de tout contrôle.
BILAN
Dans un agrosystème, l’Homme intervient pour obtenir des rendements de production plus
élevés grâce à plusieurs éléments.
Tout d’abord, grâce aux pratiques culturales mises en œuvres :
- Apports en engrais : source d’ions minéraux, compensent les exportations de la biomasse
liées aux récoltes et maintien la fertilité des sols
- Recours à l’irrigation : garantit une croissance optimale de la plante en répondant à ses
besoins en eau et en palliant le déficit éventuel des précipitations
- Utilisation de produits phytosanitaires : vise à limiter les pertes de récoltes liées à la présence
d’autres êtres vivants (plantes adventices, ravageurs, parasites,…)
Mais aussi grâce à l’amélioration des races animales élevées et des variétés végétales cultivées
afin de les rendre plus productives (sélection génétique, création d’hybrides ou d’organisme
génétiquement modifiés,…).
IV – Impact des pratiques agricoles sur l’environnement et sur la santé
L’utilisation excessive d’engrais provoque la pollution des eaux superficielles (rivières, lacs,…)
et des nappes phréatiques. Dans les eaux superficielles, les nitrates et les phosphates en excès
provoquent la prolifération des végétaux aquatiques. Leur décomposition consomme le dioxygène
présent et l’écosystème se dégrade : c’est le phénomène d’eutrophisation.
L’excès de nitrate dans les eaux de boissons est dangereux pour la santé : à faible dose, ils
ont des effets cancérigènes ; à forte dose, ils empêchent le transport du dioxygène et provoque
parfois une asphyxie mortelle.
Les pesticides représentent un risque important pour l’environnement lorsqu’il s’agit de
produits pas ou peu biodégradables. On les retrouve alors dans tous les milieux (atmosphère, eau,
sols,…).
Ces polluants se transmettent au sein des réseaux trophiques et subissent une
bioaccumulation : 1 kg de consommateur contient tous les résidus de pesticides présents dans 10 kg
de sa nourriture. Les molécules actives des pesticides sont très toxiques pour les organismes vivants.
Chapitre 2 : Qualité et innocuité des aliments
Introduction
D’innombrables organismes microscopiques, nocifs ou non, sont présents dans notre
environnement. Certains d’entre eux se trouvent naturellement présents dans nos aliments ou
peuvent les coloniser. La connaissance des microorganismes permet de différencier les
microorganismes nocifs et non nocifs. Cette connaissance permet également de mettre au point des
procédés de conservation des aliments afin d’assurer la sécurité alimentaire. Certains de ces
procédés sont cependant susceptibles de modifier les qualités gustatives ou nutritionnelles des
aliments.
I – Les différents microorganismes et leurs conditions de développement
Les différents types de microorganismes sont : les bactéries, les levures, et les moisissures
(=champignons).
Il y a les thermophiles (+50°C), les mésophiles (environ 30°C) et les psychrophiles (moins de 10°C).
BILAN
Les microorganismes (bactéries, champignons,…) sont des êtres vivants de taille
microscopique qui peuvent se multiplier dans les aliments et en altérer la qualité gustative ou
sanitaire. Lorsqu’ils sont nocifs pour l’Homme, on parle de microorganismes pathogènes. Le
développement des microorganismes est optimal dans certaines conditions de température,
d’oxygénation et d’humidité propres à chaque espèce. Lorsque les conditions sont réunies, leur
prolifération est très rapide.
II – La conservation des aliments
L’utilisation des différents procédés de conservation ainsi que de bonnes conditions
d’hygiène lors de la manipulation des aliments limitent le développement des microorganismes et
permettent de prolonger la durée de conservation des aliments. Les procédés les plus courants sont
thermiques (basses ou hautes températures). D’autres procédés consistent à éliminer l’eau
(déshydratation) ou le dioxygène (conditionnement sous atmosphère protectrice). Des procédés plus
anciens (salaison, fermentation) produisent des conditions impropres au développement des
microorganismes tandis que des procédés récents (radiations) détruisent les microorganismes.
Suivant le type de procédé utilisé, les microorganismes sont donc soit détruits soit incapables
de se multiplier.
III – Conservation et qualité des aliments
Les différents procédés de conservation ne modifient pas la teneur en nutriments ou en sels
minéraux des aliments. Cependant, le goût et la teneur en vitamines peuvent être modifiés par
rapport aux produits frais. Les conservateurs chimiques (additifs alimentaires) utilisés pour accroître
la conservation des aliments peuvent avoir des effets indésirables sur la santé s’ils sont consommés
en dose importante : apparition de nombreux symptômes ou de maladie
THEME 2 : PERCEPTION VISUELLE
Chapitre 1 : De l’œil au cerveau
Introduction
L’œil est un organe sensoriel spécialisé dans la perception visuelle. C’est un organe des sens
essentiel dans la mise en relation de l’organisme avec le monde extérieur. Sa structure bien
particulière permet la formation des images que nous percevons depuis notre environnement.
Comment cette vision de notre environnement est-elle possible ?
I – L’organisation de l’œil
Cf. schéma de l’œil dans le cours
L’œil est limité par trois enveloppes emboîtées qui sont, de l’extérieur vers l’intérieur, disposées
ainsi :
- La sclérotique qui constitue le blanc de l’œil puis s’unie avec la cornée, transparente et plus
bombée
- La choroïde, qui dans sa partie antérieure forme l’iris coloré, est percée en son centre d’un
orifice circulaire, la pupille
- La rétine, qui se prolonge par le nerf optique, en arrière de l’œil
Pour former une image sur la rétine, la lumière diffusée par l’objet doit traverser :
- La cornée puis l’humeur aqueuse, liquide incolore situé derrière la cornée
- Le cristallin, situé derrière l’iris, de forme biconvexe et dont la courbure peut varier selon
l’action des muscles ciliaires
- L’humeur vitrée, de consistance gélatineuse, parfaitement transparente, qui occupe tout le
reste de la cavité en arrière du cristallin.
Le cristallin peut être déformé par l’action des muscles ciliaires. Il sera ainsi plus ou moins bombé et
permettra la formation d’image nette quelle que soit la distance de l’objet : c’est l’accommodation. Il
existe ainsi un point appelé punctum proximum qui correspond au point le plus proche que l’on peut
voir nettement. Il est situé à moins de 25 cm pour un œil normal (œil emmétrope). A l’inverse, le
point le plus éloigné pour lequel l’œil n’a pas besoin d’accommodation pour une image nette est
appelé punctum remotum.
II – Les récepteurs de l’œil
BILAN N°1
Dans l’œil, les messages lumineux sont transformés en messages électriques. Cette
transformation est possible grâce aux cellules qui composent la rétine, ce sont des neurones.
Certains de ces neurones contiennent des pigments sensibles à la lumières : ce sont des
photorécepteurs. Il existe deux types de photorécepteurs, les cônes et les bâtonnets qui diffèrent
principalement par les pigments qu’ils contiennent.
BILAN N°2
Les cellules photoréceptrices, cônes et bâtonnets, ne sont pas réparties uniformément dans
la rétine. Ces cellules sont concentrées au niveau de la macula et plus particulièrement en son
centre, la fovéa. En ce point, la vision est la plus nette. A l’inverse, le point aveugle qui correspond au
départ du nerf optique ne contient aucune cellule photoréceptrice. Aucune image ne peut donc être
formée à cet endroit.
Définitions
Macula : zone de la rétine, en face de l’axe optique de l’œil. Elle contient un grand nombre de
cellules photoréceptrices.
Fovéa : centre de la macula dans laquelle la concentration en cellules photoréceptrices est maximale.
Point aveugle : zone de la rétine qui correspond au départ du nerf optique et dépourvue de cellule
photoréceptrice.
III – Cellules photoréceptrices et vision
A) Les champs visuels de l’œil humain
La perception des images n’est pas uniforme mais autour de l’axe optique. Pour chaque œil, elle
est décalée du côté temporal. De plus, cette perception est dépendante des couleurs : le vert est
perçu dans une zone étroite autour de l’axe optique, le rouge dans une zone plus large, et le bleu
dans une zone encore plus large.
B) Répartition des cônes et des bâtonnets
Les cellules photoréceptrices ne sont pas réparties uniformément sur la rétine : les bâtonnets
sont répartis de part et d’autre de l’axe optique. Ils sont responsables de la vision périphérique. Les
cônes sont principalement concentrés au niveau de l’axe optique et permettent la meilleure acuité
visuelle.
Sciences Physiques et Chimiques
THEME 1 : NOURRIR L’HUMANITE
Chapitre 1 : Qualité des sols et des eaux
I – Les eaux de consommation
On distingue trois catégories d’eau : l’eau minérale, l’eau de source, l’eau du robinet.
Les deux premières (minérale, de source) sont naturellement potable, tandis que l’eau du robinet
doit être traitée. Pour qu’une eau soit déclarée potable, elle doit subir une cinquantaine de tests.
Une eau contient des ions. La composition chimique nous indique la concentration en cations (ions
positifs) et en anions (ions négatifs). Lorsqu’on dit d’une eau qu’elle est calcaire, c’est que la
concentration en calcium est très élevée. Une eau calcaire est appelée eau dure. La dureté d’une eau
dépend de la région.
A savoir :
Acide : pH < 7
Neutre : pH = 7
Basique : pH > 7
Une eau dure contient un grand nombre d’ions calcium et d’ions magnésium.
II – Le sol : un milieu d’échanges de matière
L’élément Potassium est un élément nutritif. Il est apporté sous la forme K+. Les cations sont fixés
par le complexe argilo-humique (CAH). C’est un mélange d’argile et d’humus. L’humus est le produit
de la décomposition de matière organique. Le CAH sert de réservoir en élément nutritif pour les
plantes. Les ions H+ responsables de l’acidité se fixent sur le complexe qui ne peut plus jouer son rôle
de réservoir. Ils sont lessivés. Une terre riche est une terre qui contient beaucoup de CAH bien
entourés.
III – Passages du livre
Les plantes prélèvent leurs nutriments dans l’air et le sol. Ils sont acheminés pour une partie par le
CAH du sol. Il est constitué d’argiles et d’humus à la surface duquel des ions sont échangés.
L’utilisation et surtout l’efficacité d’un engrais ou d’un produit phytosanitaire dépendent de la qualité
du sol.
Un engrais et un produit phytosanitaire n’ont pas la même fonction, ni la même composition
chimique. Un engrais est un produit destiné à améliorer la croissance des plantes et à augmenter le
rendement et la qualité des cultures. Les principaux éléments apportés par un engrais sont l’azote
(N), le potassium (K), et le phosphore (P). Un produit phytosanitaire sert à soigner ou prévenir les
maladies des plantes.
Chapitre 2 : Physique et chimie dans notre assiette
I – Oxydation des aliments
Laissés à l’air libre, les aliments se dégradent : changement de couleur, d’odeur, et de saveur. La
dégradation est provoquée par des réactions chimiques entre les molécules qui constituent l’aliment
et le dioxygène. Ces réactions sont l’oxydation.
Le froid et l’obscurité ralentissent l’oxydation. On peut ajouter à l’aliment une espèce chimique qui
empêche l’oxydation : elle est appelée antioxydant. Elle peut être naturelle ou synthétique.
II – Conservation des aliments
Pour conserver les aliments, on peut utiliser des procédés chimiques ou bien des procédés
physiques. Si c’est un procédé chimique, on ajoute un additif alimentaire : antioxydant (E3…) et les
conservateurs (ex : sel).
Si c’est un procédé physique, il y a conservation par la chaleur (pasteurisation, stérilisation) ou bien
conservation par le froid (réfrigération, congélation). Il y a aussi la déshydratation (séchage,
lyophilisation).
Schéma
III – Emulsion et tensioactif
Emulsion : mélange hétérogène constitué de gouttelettes d’un liquide dispersées dans un autre
liquide ou dans un solide.
Un espèce tensioactive est une espèce chimique qui favorise la formation d’une émulsion et la rend
plus stable.
Schéma d’une molécule tensioactive :
Partie lipophile / hydrophobe
Partie hydrophile / lipophobe
THEME 2 : PERCEPTION VISUELLE
Chapitre 1 : L’œil, un système optique
I – Activité
Un objet est visible s’il crée sa propre lumière ou bien s’il renvoie la lumière dans toutes les
directions (diffuse).
Schéma de l’œil réduit à connaître par cœur :
II – Lentille
Une lentille est un milieu transparent. En optique, transparent signifie que la lumière peut se
propager. Elle est fabriquée en verre, ou bien dans un dérivé du plastique. Il existe deux catégories
de lentilles :
- Les convergentes (lentilles à bords
- Les divergentes (lentilles à bords épais)
minces)
Symbole :
Symbole :
Le cristallin est une lentille convergente.
Chapitre 4 : les mécanismes optiques de l’œil
I – Propriétés d’une lentille mince convergente
N°1 : « Tout rayon lumineux passant par le centre de la lentille n’est pas dérivé. »
Chaque lentille est caractérisée par deux points F et F’.
F : Foyer principal objet
F’ : Foyer principal image
La distance OF’ s’appelle la distance focale de la lentille ou la focale.
N°2 : « Tout rayon lumineux parallèle à l’axe optique sort de la lentille en passant par F’. »
N°3 : « Tout rayon passant par F sort de la lentille parallèle à l’axe optique. »
A partir de la distance focale, on peut calculer la vergence d’une lentille : 1/OF’
Attention : OF’ doit être exprimé en m.
La vergence est en dioptrie δ (delta).
Lorsque l’image est située avant la rétine, on dit qu’elle est virtuelle.