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Thème 3 – ChapiTre 1
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Chapitre 1
Tectonique des plaques
et géologie appliquée
UNITÉ
Les bassins d’hydrocarbures pré-salifères [pp. 142-143 du manuel de l’élève]
1
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Le modèle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel
utile pour rechercher des gisements pétroliers.
• À partir de l’étude d’un exemple on montre que la tectonique globale
peut rendre compte :
– d’un positionnement géographique du bassin favorable au dépôt
d’une matière organique abondante et à sa conservation.
• Découvrir la morphologie et la structure des marges passives à partir des
cartes et des coupes.
• Analyser les positions relatives des continents et des océans lors des
périodes de grandes accumulations de roches mères pétrolières pour
comprendre les conditions favorables à leur dépôt.
Thème 3 – ChapiTre 1 39
enjeux planétaires Contemporainsthème 3
Conseils et suggestions
– L’objectif de ce chapitre est de faire comprendre aux élèves
comment la formation de ressources géologiques (hydrocarbures
ou potasse) nécessite à la fois des conditions géologiques et
climatiques particulières, qui expliquent à la fois que l’on peut
prévoir leur répartition sur Terre et qu’elles sont rares. Les unités 1
à 3 concernent les gisements d’hydrocarbures et les unités 4 et 5
traitent une ressource locale : les gisements de potasse d’Alsace.
– L’unité 1 vise à montrer que les grands gisements d’hydrocar-
bures dits de pré-sel des marges passives Est et Ouest de l’Atlan-
tique Sud sont répartis de façon symétrique par rapport à l’axe de la
dorsale médio-océanique. Ceci amène l’hypothèse d’une formation
synchrone de ces gisements d’hydrocarbures, au moment de l’ou-
verture de l’Atlantique Sud.
– Cette unité permet aussi de découvrir les principales caractéris-
tiques morphologiques (plateau continental, talus) et structurales
(blocs basculés, failles normales, forte épaisseur de sédiments et
de roches sédimentaires déposés sur plusieurs dizaines de millions
d’années) des marges passives.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc 1 et 2 (S’informer à partir d’une carte géomorphologique
et d’un graphique). Les gisements d’hydrocarbures de pré-sel
représentent d’énormes réserves. Leur localisation et leur exploita-
tion seront, dans un avenir très proche, d’une grande importance
pour l’économie des pays producteurs. Le Brésil, par exemple,
actuellement à la 16e place des pays producteurs dans le monde
pourrait se hisser au 4e rang en 2020, avec une production de
5,1 millions de barils par jour.
➋ Doc. 2 et 3 (Pratiquer une démarche scientifique). Les gise-
ments d’hydrocarbures de pré-sel de l’Atlantique Sud sont répartis
de façon symétrique par rapport à l’axe de la dorsale et sont
localisés sur les marges Est et Ouest de l’océan. Le pétrole de tous
ces gisements est issu de roches mères datées de 120 à 130 mil-
lions d’années (doc. 2), juste après l’ouverture de l’Atlantique Sud
(doc. 3). On peut donc penser que l’origine de ces gisements est
bien l’ouverture de l’Atlantique Sud.
➌ Doc. 4 à 6 (Recenser, extraire et organiser des informations).
Les marges passives sont constituées par l’ensemble du plateau et
du talus continental. Leur socle, composé de croûte continentale,
est surplombé par une épaisse série de roches sédimentaires
(biochimiques, détritiques et des évaporites). Cet ensemble est
fracturé par de nombreuses failles normales, qui témoignent d’une
tectonique en extension, synchrone de la sédimentation.
➍ Doc. 5 et 6 (S’informer à partir d’une coupe schématique de la
marge Est de l’Atlantique Sud et d’un texte sur les caractéristiques
de quelques roches sédimentaires). La forte épaisseur de dépôts
sédimentaires témoigne d’un phénomène de subsidence, que
permet le jeu des failles normales.
➎ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Les bassins pétroliers de pré-sel de l’Atlantique Sud sont situés sur
les marges passives de l’océan et se sont formés au cours de son
ouverture, dans un contexte tectonique d’extension.
Conseils et suggestions
– L’unité 1 a montré que les gisements d’hydrocarbures se for-
ment dans de grands bassins sédimentaires situés sur les marges
passives d’un océan.
– L’unité 2 permet de mobiliser les acquis de Seconde sur la for-
mation des combustibles fossiles : ils sont issus d’une biomasse
dont la transformation en combustibles fossiles se déroule dans
des circonstances géologiques bien particulières (augmentation de
la pression et de la température par enfouissement progressif en
plusieurs millions d’années).
– On montre par l’expérimentation comment des fluides de densités
différentes (eau et hydrocarbures), contenus dans la roche mère,
circulent au sein de roches perméables pour être piégés dans une
structure géologique associée à un recouvrement imperméable.
Ceci amène la notion de piège pétrolier : une roche réservoir recou-
verte d’une roche imperméable. Il convient de faire comprendre
aux élèves que la remontée des hydrocarbures vers la surface est le
résultat d’une compaction de la roche mère qui expulse les liquides
qu’elle contient : l’eau et les hydrocarbures. Comme les hydrocar-
bures ne sont pas miscibles avec l’eau et que leur densité est infé-
rieure à celle de l’eau, ils remontent vers la surface sous l’effet de
la poussée d’Archimède. Ce protocole expérimental nécessite une
maquette d’un piège pétrolier disponible auprès d’un fournisseur
habituel de matériel. Il faut aussi du matériel « consommable » :
gravillons d’aquarium et huile de courge.
– L’atelier Informatique (p. 194) prolonge cette unité et permet
un travail expérimental avec un microscope couplé au logiciel
Mesurim. L’objectif est d’observer la présence d’hydrocarbures dans
la roche réservoir et de calculer sa porosité. Les lames minces et les
échantillons des roches d’un piège pétrolier sont disponibles, chez
un fournisseur habituel, sous forme d’un kit nommé : « Les étapes
de la formation du pétrole ».
– L’exercice 7 (p. 158) peut être utilisé pour rappeler que la trans-
formation de la matière organique en hydrocarbures au sein de la
roche mère est un processus lent associé à une augmentation de la
pression et de la température, lié à l’enfouissement des sédiments
par subsidence.
Un exemple de gisement pré-salifère [pp. 144-145 du manuel de l’élève]
2
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Le modèle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel
utile pour rechercher des gisements pétroliers. À partir de l’étude d’un
exemple on montre que la tectonique globale peut rendre compte :
d’une tectonique en cours de dépôt (subsidence) et après le dépôt qui per-
mettent l’enfouissement et la transformation de la matière organique puis la
mise en place du gisement.
• Recenser, extraire et organiser des informations permettant de
reconstituer le contexte géologique à l’époque du dépôt à l’origine
de l’hydrocarbure de l’exemple étudié.
• Modéliser la circulation de fluides de densités différentes non mis-
cibles dans des roches perméables.
• Concevoir une modélisation et suivre un protocole pour com-
prendre comment une structure géologique associée à un recouvre-
ment imperméable constitue un piège à liquide.
• Repérer les grandes caractéristiques d’un bassin sédimentaire et
de quelques roches sédimentaires.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 à 4 (Recenser, extraire et organiser des informations). La
roche mère située à la base du piège d’hydrocarbures est datée de
–125 à –130 mA. Elle est riche en matière organique d’origine lacustre
qui évolue en hydrocarbures. La roche réservoir située entre la roche
mère et la roche de couverture est datée de –120 à –125 mA. Elle s’est
formée en milieu lacustre et a une forte porosité, lui permettant d’ac-
cumuler des hydrocarbures. La roche de couverture, située au sommet
du piège pétrolier, est datée de –120 à –110 mA. Elle résulte de la pré-
cipitation de NaCl suite à l’évaporation intense d’une eau de mer riche
en sels dissous. Elle est imperméable et empêche les hydrocarbures
de remonter à la surface.
➋ Doc. 2 et 3 (S’informer à partir d’un texte et d’une photo-
graphie d’une lame mince de roche mère). La formation d’hy-
drocarbures nécessite une accumulation d’une forte épaisseur de
sédiments détritiques et de matière organique au fond d’un lac
dans un milieu pauvre en oxygène. Au cours de son enfouissement,
sous l’effet combiné de l’augmentation de la pression et de la
température, ces sédiments évoluent en roche mère et la matière
organique qu’elle contient se transforme hydrocarbures.
➌ Doc. 4 et 5 (Pratiquer une démarche scientifique). Au début
de l’enfouissement, les sédiments de la future roche mère contien-
nent de la matière organique et une forte proportion d’eau. Au fur
et à mesure que la charge sédimentaire s’accroît (par l’accumulation
verticale de nouveaux sédiments) la pression des fluides, ou pres-
sion hydrostatique, augmente provoquant l’expulsion des fluides
(eau et hydrocarbures formés) de la roche mère. Ces fluides circu-
lent ensuite au sein des roches sédimentaires perméables. Comme
les hydrocarbures ne sont pas miscibles avec l’eau et que leur den-
sité est inférieure à celle de l’eau, ils migrent vers la surface sous
l’effet de la poussée d’Archimède. Si, au cours de leur ascension,
les hydrocarbures rencontrent une roche imperméable, ils peuvent
s’accumuler dans une roche réservoir et constituer un gisement.
(…)
SVT 1reS © Éditions Belin 2011 SVT 1reS © Éditions Belin 2011

Thème 3 – ChapiTre 1
40
Conseils et suggestions
– Dans les unités précédentes, on a constaté que les gisements
d’hydrocarbures se forment dans de grands bassins sédimentaires
situés sur les marges passives d’un océan, puis on a défini les carac-
téristiques des roches composant un gisement d’hydrocarbures :
roches mères, réservoir et de couverture.
– L’unité 3 permet de comprendre comment le modèle de la
tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel utile pour
expliquer la formation de gisements d’hydrocarbures, et donc d’en
orienter la prospection. L’étude de la formation des gisements de
pré-sel, de l’Atlantique Sud, mis en relation avec l’étude des phé-
nomènes géologiques actuels, tectoniques et sédimentaires, du rift
Est Africain permet de reconstituer le scénario de la formation d’un
gisement d’hydrocarbures et d’expliquer la rareté dans le temps et
dans l’espace de cette ressource géologique.
– L’exercice 4 (p. 156) approfondit, à travers l’exemple de l’océan
Téthys, le fait que la formation de gisements d’hydrocarbures est
due à la rare coïncidence de nombreuses conditions favorables :
géologiques (tectonique en extension avec une subsidence asso-
ciée à une sédimentation riche en matière organique), géogra-
phiques et climatiques (positionnement intertropical du bassin
sédimentaire permettant une forte productivité primaire).
– L’exercice 5 (p. 157) peut être utilisé conjointement avec l’exer-
cice 4 (p. 156) pour expliquer la présence actuelle de grands gise-
ments d’hydrocarbures en domaine continental. On doit arriver à
la conclusion que c’est la conséquence de la fermeture d’un océan.
L’histoire d’un gisement pré-salifère [pp. 146-147 du manuel de l’élève]
3
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Le modèle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel
utile pour rechercher des gisements pétroliers.
• À partir de l’étude d’un exemple on montre que la tectonique globale
peut rendre compte :
– d’un positionnement géographique du bassin favorable au dépôt d’une
matière organique abondante et à sa conservation ;
– d’une tectonique en cours de dépôt (subsidence) et après le dépôt qui
permettent l’enfouissement et la transformation de la matière organique
puis la mise en place du gisement.
• La rare coïncidence de toutes ces conditions nécessaires explique la
rareté des gisements dans l’espace et dans le temps.
• Recenser, extraire et organiser des informations pour :
– reconstituer le contexte géographique et géologique à l’époque du dépôt
à l’origine de l’hydrocarbure de l’exemple étudié ;
– analyser les positions relatives des continents et des océans (Téthys ou
Atlantique) lors des périodes de grandes accumulations de roches mères
pétrolifères pour comprendre les conditions favorables à leur dépôt.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 A 3 (Recenser, extraire et organiser des informations à
partir de blocs diagrammes et de documents sur le rift Est africain).
Les roches mères des hydro car bures des gisements de pré-sel de
l’Atlantique Sud se sont formées pendant la période de rifting conti-
nental datée de –140 à –120 mA. L’ouverture d’un océan induit la
formation de bassins sédimentaires subsidents. S’ils sont situés en
position équatoriale, ces bassins présentent une forte productivité
primaire. La formation de gisements pré-salifères commence par
une importante sédimentation organique, associée à un apport détri-
tique important, produit de l’érosion. La faible teneur en dioxygène
de l’eau préserve une fraction de la matière organique, contenue
dans les sédiments, de l’action des décomposeurs. Au cours de
leur enfouissement, ces sédiments, riches en matière organique,
évoluent lentement en roches mères des hydrocarbures. Dans les
couches sédimentaires supérieures, l’assèchement périodique des
bassins produit la formation d’évaporites qui composent une épaisse
couche de sel et peuvent constituer la roche couverture d’un piège.
➋ Doc. 1 (Recenser, extraire et organiser des informations).
La subsidence des bassins sédimentaires produits par l’ouverture
océanique permet une grande accumulation verticale de sédiments
riches en matière organique. Avec l’enfouissement, ces sédiments
sont soumis à une augmentation conjointe de la pression et de la
température. Dans ces conditions ils évoluent en roches sédimen-
taires (roches mères) dont la matière organique évolue lentement
en hydrocarbures.
➌ Doc. 1 (S’informer à partir de blocs diagrammes schématiques
reconstituant les étapes de la naissance de l’océan Atlantique sud).
Thème 3 – ChapiTre 1 41
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Il faut une accumulation verticale importante de sédiments riches
en matière organique pour former une roche mère au sein de
laquelle la matière organique évolue lentement en hydrocarbures
sous l’effet combiné d’une augmentation de la pression et de la
température due à l’enfouissement. Ces hydrocarbures quittent la
roche mère au fur et à mesure de leur formation et ils s’accumulent
dans une roche réservoir si celle-ci est surmontée par une roche
imperméable.
Entre –120 et –110 mA, de jeunes bassins océaniques régulière-
ment isolés des autres océans et situés en zone tropicale subissent
une évaporation intense qui provoque la précipitation de sels dis-
sous. La répétition de ce phénomène, et la subsidence de la région,
sont à l’origine de la formation d’une épaisse couche de sel qui
forme la roche de couverture des pièges d’hydrocarbures.
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
La formation des gisements d’hydrocarbures pré-salifères de l’At-
lantique Sud a commencé par l’extension et l’amincissement de la
croûte continentale, formant un couloir où se succèdent de vastes
dépressions occupées par des lacs. La position équatoriale de ces
lacs engendre une forte sédimentation organique qui, associée
à la subsidence de la région, permet la formation d’une grande
épaisseur de roches mères des hydrocarbures. Avec le temps, les
dépressions du rift se creusent davantage et forment de jeunes
bassins océaniques qui communiquent de façon périodique avec
les autres océans. La forte évaporation dans ces bassins océaniques
régulièrement isolés provoque la précipitation de sels dissous. La
répétition de ce phénomène et la subsidence de la région sont à
l’origine de la formation de la roche de couverture des gisements
d’hydrocarbures de pré-sel de l’Atlantique sud.
La rareté de la formation, dans le temps et l’espace, de gisements
d’hydrocarbures s’explique par le fait qu’il faut la coïncidence de
plusieurs conditions favorables : un rifting continental associé à la
formation de lacs situés en position équatoriale au fond desquels
se forme une forte épaisseur de roches mères, la formation de
roches réservoirs par une sédimentation détritique et enfin la for-
mation d’une roche imperméable au-dessus des roches réservoirs.
Conseils et suggestions
– Dans les unités précédentes de ce chapitre, nous avons montré
que les gisements pré-salifères d’hydrocarbures se sont formés
dans un contexte d’ouverture d’océans. Dans cette unité 4, nous
étudions une ressource minérale continentale, la potasse d’Alsace,
dont la genèse est également liée à la tectonique des plaques.
- La potasse demeure un produit chimique de premier plan du point
de vue agricole (le potassium est un élément majeur des engrais
agricoles). La recherche de nouveaux gisements demeure donc un
enjeu économique important (doc. 1).
- Les dépôts de potasse se sont réalisés dans un contexte géolo-
gique de divergence et dans des conditions climatiques particu-
lières d’aridité : ces connaissances permettent de mieux cibler la
prospection de nouveaux gisements à travers le monde.
– L’unité 1 débute par une présentation des caractéristiques du
gisement alsacien de potasse, aujourd’hui épuisé, mais qui a laissé
de nombreuses marques locales.
- La potasse alsacienne est incluse dans un minerai, la sylvinite
(doc. 2), qui présente une alternance de trois couleurs correspon-
dant à trois dépôts successifs : de l’anhydrite (CaSO4) mélangée à de
la marne, puis du sel (NaCl) et, enfin, de la potasse (KCl).
- Les mines de potasse d’Alsace montraient de manière specta-
culaire ces alternances cycliques colorées, sur quelques mètres
d’épaisseurs (doc. 3), à plus de 1 000 m sous terre.
- Le gisement alsacien de potasse était localisé essentiellement au nord
La potasse d'Alsace, un exemple de ressource locale [pp. 148-149 du manuel de l’élève]
4
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Un exemple de ressource géologique est choisi dans un contexte proche
de l’établissement scolaire. Son étude (nature, gisement) permet de com-
prendre que ses conditions d’existence peuvent être décrites en utilisant le
cadre général de la tectonique des plaques.
• Recenser, extraire et organiser des informations notamment lors d’une
sortie sur le terrain
de Mulhouse (doc. 4), au cœur du fossé rhénan. Une coupe géologique
le montre inclus dans un ensemble sédimentaire épais (doc. 5).
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 (S’informer à partir d’un texte) La demande de potasse
ne cessera de croître dans le siècle à venir, du fait de l’augmenta-
tion de la population mondiale (en particulier dans les pays émer-
gents) : il faudra plus d’engrais, donc de potasse, pour augmenter
les rendements des cultures et satisfaire les besoins alimentaires,
sachant que la surface des terres arables se réduit drastiquement
et que les régimes alimentaires (consommation accrue de viande)
nécessitent toujours plus de ressources agricoles.
➋ Doc. 2 et 5 (Mettre en relation des documents) On observe
dans le doc. 2 une alternance typique et régulière des trois
couches : marnes et anhydrite / sel gemme / potasse. Cette
alternance, qui se retrouve sur toute l’épaisseur de filons épais de
plusieurs mètres (doc. 5), traduit des dépôts ordonnés et cycliques,
qui se sont donc répétés dans le temps à de multiples reprises, lors
de la formation de ce gisement.
➌ Doc. 3 à 5 (Mettre en relation des données pour étayer une
hypothèse). La localisation du gisement dans un fossé d’effondre-
ment, dont la coupe et la carte géologique révèlent la présence
(…)
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Thème 3 – ChapiTre 1
42
Conseils et suggestions
– Après avoir vu les principales caractéristiques du gisement de
potasse d’Alsace dans l’unité précédente, l’unité 2 aborde les
conditions de sa formation.
– En appliquant le principe d’actualisme, la formation de la sylvi-
nite alsacienne est comparable au phénomène à l’œuvre dans un
marais salant, où précipitent les sels dissous dans l’eau de mer.
- Dans les bassins de ces marais salants, les apports réguliers d’eau
de mer en alternance avec les phases d’évaporation intense, per-
mettent la formation de dépôts de sel, la halite (doc. 2) récolté
par le paludier.
– Une expérience simple d’évaporation complète d’eau de mer
(doc. 3) montre une succession de dépôts de divers sels, dans un
ordre précis (CaSO4 à NaCl à KCl à MgSO4 à MgCl2). L’ensemble de
ces sels précipités forment des roches nommées « évaporites »,
parmi lesquelles on retrouve la potasse. Cette analyse préalable
met en exergue l’importance du climat dans la formation des gise-
ments de potasse, telle qu’elle est détaillée dans la page de droite.
– La tectonique rentre de manière importante en ligne de compte
responsable de la formation du gisement : la reconstitution de l’his-
toire du fossé rhénan (doc. 4) montre que son effondrement est
à l’origine de bassins et cuvettes qui se sont remplis d’eau de mer
(venue de l’océan alpin) en alternance avec un remplissage d’eau
de ruissellement des reliefs voisins.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 à 3 (Mettre en relation des documents). On retrouve
dans l’eau de mer les mêmes sels que dans la sylvinite (dont le
L'histoire du gisement de potasse d'Alsace [pp. 150-151 du manuel de l’élève]
5
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Un exemple de ressource géologique est choisi dans un contexte proche
de l’établissement scolaire. Son étude (nature, gisement) permet de com-
prendre que ses conditions d’existence peuvent être décrites en utilisant le
cadre général de la tectonique des plaques.
• Recenser, extraire et organiser des informations notamment lors d’une
sortie sur le terrain.
KCl de la potasse). L’ordre de dépôt dans la sylvinite d’Alsace est
en outre le même que celui observé pour l’évaporation de l’eau de
mer dans un marais salant. On peut donc imaginer que la sylvinite
d’Alsace a été formée par de l’évaporation d’eau chargée en sels.
➋ Doc. 4 (Mettre en relation des données pour reconstituer un
scénario). La succession des dépôts des trois composantes de la
sylvinite alsacienne correspond à un cycle d’évaporation : successi-
vement, se sont déposés l’anhydrite, le sel gemme puis la potasse.
Cette phase d’évaporation se déroulait pendant une saison chaude
et sèche, après qu’une eau chargée en sels divers se soit accumu-
lée : eau de mer de l’océan alpin et eaux de ruissellement pendant
une saison humide.
➌ Doc. 4 (Mettre en relation des données pour étayer une
hypothèse). La tectonique des plaques a permis la création du
fossé rhénan, où l’eau de mer a pu s’accumuler dans des bassins
et cuvettes, bordés de reliefs bloquant la communication du lac
rhénan avec les mers voisines et d’assurer la recharge en minéraux
des eaux de ruissellement. Des eaux riches en minéraux s’accumu-
lent dans ce lac du fossé rhénan, au sein desquelles se dépose la
potasse.
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse). Le
gisement de potasse d’Alsace s’est mis en place grâce :
– à la tectonique des plaques qui façonnent la « cuvette » où des
eaux de mer (et de ruissellement), richement minéralisées, s’ac-
cumulent.
– au climat aride qui assure, de manière cyclique, une évaporation
intense des eaux chargées de sels, en alternance avec une saison
d’alimentation en eau de la cuvette.
Thème 3 – ChapiTre 2 43
de failles normales et de blocs basculés (doc. 4 et 5), suggère des
phénomènes tectoniques d’extension au moment de sa mise en
place. De même, sa situation en profondeur laisse penser à une
accumulation sédimentaire résultant d’une subsidence du bassin.
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Le gisement de potasse d’Alsace a une étendue limitée au bassin
de Mulhouse, sous forme de 2 couches de 2 et 4 m d’épaisseur, à
plus de 1 000 m de profondeur. Dans les sillons potassiques, seuls
25 % du minerai correspondent à de la potasse. Le bassin sédimen-
taire qui l’abrite est localisé dans un fossé d’effondrement où l’on
observe des failles normales et des blocs basculés.
Conseils et suggestions
– La page d’ouverture du chapitre (p. 159) peut servir de support
pour rappeler l’importance de la production agricole dans la pro-
duction alimentaire et la juxtaposition des agrosystèmes et du
milieu naturel.
– Cette unité vise à présenter les composantes d’un écosystème
et son fonctionnement à travers l’exemple de l’écosystème forêt.
Elle introduit la représentation des principaux flux de matière et
d’énergie par une pyramide de productivité.
– Les données précises proposées ici sont des exemples qui n’ont
pas à être généralisés. En revanche, les différents types de flux et
leur importance relative sont des constantes dans un écosystème
forestier.
– Dans le doc. 1, les données sur la biocénose sont des données
de biomasse, qui pourraient aussi être présentées par le nombre
d’individus (moins pertinent pour les calculs de productivité qui
nous intéressent ici).
– On pourra montrer l’importance des décomposeurs dans un
écosystème en présentant les environnements ou leur activité est
faible (sols froids ou acides).
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 (Recenser et organiser des informations). Les données
physico-chimiques (représentées sur fond blanc) concernent la
météorologie, l’ensoleillement et le sol. Ensemble, elles caracté-
risent le biotope. Les données concernant la biocénose sont celles
qui concernent les êtres vivants dans l’écosystème étudié. Ici, il
s’agit des végétaux, des herbivores, des carnivores et insectivores
et des décomposeurs. Ces données de biomasse sont exprimées
en kg ou en t.ha-1.
➋ Doc. 2 (Exprimer et exploiter des résultats). Les résultats
peuvent être exprimés sous deux formes : par rapport à la quantité
totale d’énergie solaire reçue ou par rapport à la quantité d’énergie
solaire assimilée et convertie par les végétaux.
– Par rapport à la quantité totale d’énergie solaire (rendement
énergétique global) :
38 000 / 30 = 1 267 GJ sont nécessaires pour produire une tonne de
producteur primaire ; 38 000 / 1 = 38 000 GJ sont nécessaires pour
produire une tonne d’herbivore ; 38 000 / 0,1 = 380 000 GJ sont
nécessaires pour produire une tonne de carnivore.
– Par rapport à la quantité d’énergie solaire assimilée par les
producteurs primaires (600 GJ.ha-1.an-1 sont assimilés par les pro-
ducteurs primaires) : 600 / 30 = 20 GJ par tonne de végétaux, 600
/ 1 = 600 GJ par tonne d’herbivore et 600 / 0,1 = 6 000 GJ par
tonne de carnivore.
Dans les deux cas, on constate que la quantité d’énergie solaire
nécessaire pour produire une tonne de végétal est bien inférieure
à celle nécessaire pour produire une tonne d’animal. Cet effet s’am-
plifie si la place de l’animal est plus élevée dans la chaîne alimen-
taire : le rendement énergétique global est donc d’autant plus faible
que la place de l’être vivant est élevée dans la chaîne alimentaire.
➌ Doc. 2 (Interpréter des documents, pratiquer un raisonnement) Les
décomposeurs, en dégradant la matière organique morte, empêchent
celle-ci de s’accumuler et restituent au sol des éléments minéraux
nécessaires à la croissance des végétaux. Ils sont donc nécessaires à la
fertilité naturelle des sols et à la productivité primaire de l’écosystème.
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse
dans un langage scientifiquement approprié). Un écosystème est
caractérisé par des paramètres physiques et chimiques constituant
le biotope. On y trouve des êtres vivants qui, ensemble, constituent
la biocénose. La production primaire y est effectuée par les végé-
taux qui utilisent l’énergie solaire, le CO2 atmosphérique et les sels
minéraux du sol pour produire de la matière organique. La matière
organique qu’ils produisent est en partie perdue par respiration ou
les parties mortes du végétal. Une petite partie sera consommée
par les herbivores. Seule une petite partie de l’énergie solaire
initiale est donc convertie en biomasse d’herbivore. De la même
façon, une partie de cette biomasse sera perdue par respiration
ou par les cadavres. Une petite partie de la biomasse d’herbivores
contribue donc à la production de la biomasse de carnivores.
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Un écosystème naturel est constitué d’un biotope et d’une biocénose.
Son fonctionnement d’ensemble est permis par la productivité primaire
qui, dans les écosystèmes continentaux, repose sur la photosynthèse des
plantes vertes.
• Dans un écosystème naturel, la circulation de matière et d’énergie peut
être décrite par la notion de pyramide de productivité.
• Recenser, extraire et organiser des informations pour comprendre le fonc-
tionnement d’un écosystème.
• Comprendre les liens entre les phénomènes naturels et le langage
mathématique.
• Comprendre les représentations schématiques des phénomènes naturels.
UNITÉ
Le fonctionnement des écosystèmes naturels [pp. 160-161 du manuel de l’élève]
1
La production
végétale et animale
Chapitre 2
SVT 1reS © Éditions Belin 2011 SVT 1reS © Éditions Belin 2011

Thème 3 – ChapiTre 2
44
Conseils et suggestions
– L’unité 1 a montré le fonctionnement d’un écosystème peu modi-
fié par l’Homme. Ces bases sont nécessaires à la comparaison quali-
tative et quantitative avec un agrosystème végétal. Dans le doc. 1,
deux écosystèmes proches ont été choisis : l’écosystème prairie et
l’agrosystème champ de blé. Ce document illustre les conséquences
de l’exportation de la biomasse hors de l’agrosystème parmi les-
quelles figure la nécessité de l’apport d’engrais. Il met également
en évidence l’ensemble des interventions humaines pratiquées
dans un agrosystème (apports d’énergie et d’intrants).
– Le doc. 1 est également l’occasion de souligner la différence
de biodiversité naturelle entre un agrosystème et un écosystème
naturel proche.
– Le doc. 2 aborde la nécessité d’adapter les techniques (ici, l’irriga-
tion) en fonction des besoins de l’espèce sélectionnée, en insistant
sur la différence entre le blé et le maïs.
– Une fois le fonctionnement d’un agrosystème étudié, les docu-
ments de la page de droite détaillent le rôle des intrants : engrais
(doc. 4), irrigation (doc. 5) et produits phytosanitaires (doc. 6).
Il convient de distinguer ce qui est nécessaire à la production
(engrais), de ce qui est utile à l’augmentation de la productivité
(irrigation, produits phytosanitaires et engrais supplémentaires).
– L’atelier p. 195 « Modéliser une culture de blé », prolonge le
doc. 4 et peut être utilisé parallèlement aux documents de cette
unité. Il rappelle que les sels minéraux sont indispensables à la
croissance de la plante, que les engrais apportent ces minéraux, et
montre que la matière organique contient des sels minéraux qui
peuvent être libérés par la combustion et rester dans les cendres.
Il illustre ainsi le principe de l’agriculture sur brûlis, traitée à la
page 182.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 et 3 (Mettre en relation des documents et raisonner).
On constate d’abord que la production végétale d’un agrosys-
tème est exportée hors du système, pour servir de nourriture par
exemple. Cette exportation diminue la part de matière organique
qui sera recyclée par les décomposeurs. La deuxième différence
concerne l’apport de sels minéraux au sol : pour compenser l’expor-
La production agricole végétale [pp. 162-163 du manuel de l’élève]
2
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• L’agriculture repose sur la constitution d’agrosystèmes gérés dans le but
de fournir des produits (dont les aliments) nécessaires à l’humanité.
• Un agrosystème implique des flux de matière (dont l’eau) et d’énergie
qui conditionnent sa productivité et son impact environnemental.
• L’exportation de biomasse, la fertilité des sols, la recherche de rende-
ments posent le problème de l’apport d’intrants dans les cultures (engrais,
produits phytosanitaires, etc.).
• Recenser, extraire et organiser des informations pour comparer les bilans
d’énergie et de matière (dont l’eau) d’un agrosystème de production
végétale et d’un écosystème peu modifié par l’homme.
• Étudier un exemple de culture végétale pour montrer comment des tech-
niques variées permettent une production quantitativement et qualitative-
ment adaptée aux besoins.
• Utiliser des logiciels modélisant une culture, ses bilans et sa gestion.
tation de matière organique (qui contient des éléments minéraux),
l’agriculteur doit apporter des éléments minéraux sous forme d’en-
grais qui seront nécessaires à la croissance des cultures suivantes.
Enfin, l’agriculteur cherche à limiter au maximum la présence
d’autres organismes que ceux qui sont cultivés (herbivores qui
pourraient consommer une partie de la production pour fabriquer
leur propre biomasse, adventices qui entrent en compétition avec
les cultures). La biodiversité d’un agrosystème est donc faible et il
n’y a pas réellement de pyramide de productivité dans un agrosys-
tème « champ de blé ».
➋ Doc. 1 et 2 (Mettre en relation des documents). D’après le
doc. 1, la quantité d’eau pour la culture de blé est la même que
pour un écosystème naturel équivalent (ici la prairie). Pour le maïs,
les besoins en eau au mois de mai sont supérieurs aux pluies à la
même époque. Ceci signifie que le maïs doit être irrigué pendant
cette période. Une culture de maïs dépend donc de l’apport en eau
par l’agriculteur.
➌ Doc. 4 (Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et
le langage mathématique). Pour la culture témoin, le rendement
est de 0,827 kg.m-2, soit 8,27 t.ha-1. Pour la culture avec engrais,
la productivité primaire totale est de 1,547 kg.m-2 soit 15,47 t.ha-1.
L’apport d’engrais permet donc une augmentation du rendement
d’une parcelle de blé.
➍ Doc. 4 A 6 (Mettre en relation des documents et raison-
ner). Les intrants agricoles (eau, engrais, produits phytosani-
taires, énergie) permettent tous d’augmenter les rendements. Les
apports d’engrais en augmentent la productivité primaire (doc. 4).
L’irrigation évite que les plantes souffrent du manque d’eau et
permet de produire, par exemple, des épis de maïs plus riches en
grains. Les produits phytosanitaires limitent le développement des
maladies, des adventices ou l’action des ravageurs (limitation du
parasitisme, de la compétition et de la prédation). L’ensemble de
ces actions nécessite l’utilisation d’énergie fossile et humaine (pour
la fabrication des produits, leur acheminement jusqu’au champ et
leur épandage).
➎ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Une culture végétale est une utilisation par l’Homme et pour
l’Homme de la productivité primaire. Une grande partie de la
culture végétale est exportée hors du champ, emportant ainsi les
Thème 3 – ChapiTre 2 45
éléments minéraux que la plante a prélevés dans le sol. Ces pertes
sont compensées par l’apport d’engrais. L’ajout d’engrais permet
aussi d’augmenter la productivité primaire. Cette productivité pri-
maire, ou rendement agricole, peut également être accrue par le
recours à l’irrigation ou aux produits phytosanitaires. L’ensemble
de ces actions sur l’agrosystème nécessite un apport d’énergie par
l’agriculteur.
Conseils et suggestions
– L’étude des conséquences environnementales de l’utilisation
excessive d’engrais (doc. 1, 2 et 4) et des produits phytosanitaires
(doc. 3) est abordée sur la page de droite.
– Le coût énergétique des intrants est mis en évidence par la com-
paraison entre le rendement énergétique d’une culture de maïs
irriguée comparée à une culture non irriguée. Le doc. 7 montre
historiquement l’évolution de l’introduction d’énergie dans les
agrosystèmes et le doc. 8 compare la quantité d’énergie consom-
mée par l’agriculture à l’énergie alimentaire consommée par la
population depuis 1950.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1, 2 et 4 (Mettre en relation des documents). Dans le
doc. 1, on constate que l’apport d’engrais au-delà des besoins de
la plante n’augmente pas sa productivité. Les engrais demeurant
dans le sol peuvent facilement être entraînés par les eaux de pluie
vers les cours d’eau et les nappes phréatiques et poser de nom-
breux problèmes. Pour l’Homme, dans l’eau de boisson, ils peuvent
provoquer des cancers ou limiter le transport de dioxygène par
l’hémoglobine (doc. 2). Pour l’environnement, ils peuvent être à
l’origine de prolifération de végétaux aquatiques comme les algues
des « marées vertes » (doc. 2) et fortement perturber les écosys-
tèmes : baisse d’oxygène, baisse de lumière ou compétition pour
les nutriments.
➋ Doc. 3 (Extraire des informations). L’utilisation de produits
phytosanitaires peut en effet contaminer l’eau qui pourra être uti-
lisée comme eau de boisson. Dans le doc. 3, on relève également
que les produits phytosanitaires peuvent détruire ou perturber des
organismes vivants dans les milieux aquatiques comme les plantes
aquatiques, les amphibiens et les poissons.
Les conséquences de l'usage des intrants [pp. 164-165 du manuel de l’élève]
3
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Le coût énergétique et les conséquences environnementales posent le
problème des pratiques utilisées.
• Faire preuve d’esprit critique en étudiant la conduite d’une culture quant
à son impact sur l’environnement.
➌ Doc. 5 et 6 (Comprendre le lien entre les phénomènes natu-
rels et le langage mathématique).
Pour une culture irriguée : 63,3 GJ.ha-1.an-1 pour une productivité de
9 t.ha-1.an-1, soit plus de 7 GJ par tonne produite.
Pour une culture non irriguée : 37,2 GJ.ha-1.an-1 pour une producti-
vité de 6 t.ha-1.an-1, soit 6,2 GJ par tonne produite.
On en déduit que l’augmentation de productivité peut avoir un coût
important notamment en énergie. Sur le seul plan énergétique, il
n’est donc pas forcément intéressant d’augmenter la productivité
par l’irrigation.
➍ Doc. 7 (Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et
le langage mathématique).
En 1950 : 2 L.ha-1.an-1 / 2 t. ha-1.an-1 = 1 L de carburant pour la
récolte d’1 tonne de blé.
En 2010 : 100 L.ha-1.an-1 / 10 t. ha-1.an-1 = 10 L de carburant pour la
récolte d’une tonne de blé.
On constate donc que l’augmentation de production entre 1950
et 2010 s’accompagne d’une augmentation d’un facteur 10 de la
consommation d’énergie fossile par tonne de blé produite.
➎ Doc. 8 (Analyser un graphique). On constate sur le graphique
que la proportion d’énergie nécessaire à la production alimentaire
reste globalement la même (environ 9 joules nécessaires pour la
production d’1 joule alimentaire) entre 1940 et 1970. Néanmoins,
la consommation d’énergie totale est, elle, passée de 2,8.106 GJ à
9,6.106 GJ en 30 ans.
➏ en conclusion (Faire preuve d’esprit critique en étudiant la
conduite d’une culture quant à son impact sur l’environnement).
Les intrants permettent certes d’augmenter la production agricole
mais ils ont de nombreux autres effets. Sur l’environnement, ils
perturbent les écosystèmes et peuvent faire disparaître localement
des organismes vivants. Ils ont des conséquences parfois graves sur
la santé (cancers, effets neurotoxiques). Par ailleurs, la consomma-
tion d’énergies (notamment fossiles) utilisées pour la production
alimentaire est en augmentation constante.
SVT 1reS © Éditions Belin 2011 SVT 1reS © Éditions Belin 2011

Thème 3 – ChapiTre 2
46
Conseils et suggestions
– Les unités 4 et 5 amènent l’élève à l’idée d’une pratique raison-
née de l’agriculture. Celle-ci vise à réduire l’utilisation des produits
chimiques au profit des services écologiques rendus par la nature,
tout en garantissant une productivité satisfaisante. Encore appelée
agriculture intégrée, doublement verte, écologiquement intensive,
ou agroécologie, elle repose sur des techniques qui miment la
nature.
– Les documents de l’unité 4 abordent les pratiques agricoles et
techniques culturales qui visent à réduire l’utilisation des intrants.
La page de gauche présente des solutions de réduction d’utilisation
des intrants. Certaines favorisent des services écologiques (dans le
cas de la rotation de culture, doc. 1). La page de droite met l’accent
sur l’utilisation des services agroécologiques : dépollution des eaux
par les bandes enherbées (doc. 4) et utilisation des auxiliaires dans
la lutte contre les ravageurs des cultures (doc. 5 et 6).
– On peut différencier des techniques anciennes comme la rotation
des cultures, de techniques modernes comme l’agriculture de pré-
cision ou la lutte biologique.
– Il nous semble important de montrer que de nombreuses solu-
tions existent et qu’elles ne demandent pas forcément de renoncer
au rendement. En revanche, elle nécessite souvent des expertises
nouvelles de la part des agriculteurs.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1 (Extraire des informations et raisonner).
Selon les espèces choisies, la rotation des cultures peut permettre :
– d’augmenter la fertilité du sol (fixation d’azote atmosphérique,
augmentation de l’activité biologique du sol) ;
– de capturer l’azote en excès pour éviter qu’il ne soit entraîné par
les pluies vers les rivières et nappes souterraines ;
– de limiter la croissance des adventices ;
– de limiter l’installation durable de maladies et de ravageurs des
cultures.
➋ Doc. 2 (S’informer à partir d’un texte et d’images). Les images
satellitales permettent de savoir si une parcelle a besoin d’azote ou
non. L’agriculteur peut ainsi ne dépenser des engrais que là où c’est
nécessaire. Sur le plan écologique, cette agriculture de précision
Des pistes pour réduire l'impact des intrants [pp. 166-167 du manuel de l’élève]
4
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Le choix des techniques culturales vise à concilier la nécessaire produc-
tion et la gestion durable de l’environnement.
• Faire preuve d’esprit critique en étudiant la conduite d’une culture quant
à son impact sur l’environnement.
évite en outre l’excès d’azote en cas d’apport à des cultures qui n’en
ont pas besoin.
➌ Doc. 3 (Extraire des informations d’un graphique). On constate
que, selon les variétés, les gains de productivité en présence ou en
absence de fongicides ne sont pas les mêmes. La variété « Talent »
est par exemple deux fois plus productive avec utilisation de fon-
gicides. La variété « Renan », en revanche, a une productivité quasi
constante avec ou sans utilisation de fongicides. Par ailleurs, la
variété « Renan » sans fongicide est aussi productive que la variété
« Talent » avec fongicide. L’utilisation de la variété « Renan » sans
fongicide est un choix équilibré, qui permet à l’agriculteur d’assurer
une productivité importante, de limiter l’impact de la culture sur
l’environnement et de faire des économies de temps (le temps
d’application des fongicides) et d’argent (l’achat de fongicides).
➍ Doc. 4 à 6 (Mettre en relation des documents et raisonner).
On constate que les bandes enherbées absorbent 60 à 95 % des
nitrates et des produits phytosanitaires et sont d’autant plus effi-
caces qu’elles sont larges. La création de bandes enherbées le long
des cours d’eau permet donc de limiter la pollution des cours d’eau
par les intrants chimiques (produits phytosanitaires et engrais)
utilisés sur les terres cultivées (doc. 4).
Les haies et les bandes herbeuses abritent de plus des organismes
dits « auxiliaires des cultures » : prédateurs des ravageurs des
cultures, ils limitent la nécessité d’avoir recours aux pesticides.
Dans certaines conditions, il est également possible d’introduire
des prédateurs pour lutter contre un ravageur précis, rendant inutile
l’usage d’un pesticide (doc. 6).
➎ Doc. 5 (Raisonner à partir d’informations). Les pesticides peu-
vent détruire les prédateurs des ravageurs en même temps que les
ravageurs (coccinelles et syrphes, par exemple). En cas de retour
du ravageur, l’absence de prédateurs demandera d’avoir une fois de
plus recours aux pesticides.
➏ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Il est possible de limiter les impacts de l’agriculture sur l’envi-
ronnement en choisissant correctement les variétés cultivées, en
utilisant des techniques modernes (agriculture de précision, lutte
biologique) ou traditionnelle (rotation des cultures), en favorisant
les services rendus naturellement par l’environnement comme la
présence d’auxiliaires de culture ou de bandes enherbées.
Thème 3 – ChapiTre 2 47
Conseils et suggestions
– Dans cette unité, le volet économique est évoqué en parallèle
du volet écologique, en abordant notamment les principes de
l’agriculture biologique (doc. 1 et 6). En effet, bien qu’à plus faible
rendement que les autres pratiques, elle peut assurer des revenus
satisfaisants aux agriculteurs.
– On notera que l’agriculture biologique dans sa conception actuelle
ne permet pas d’augmenter les rendements. Elle ne constitue donc
pas une solution idéale pour l’augmentation de la production ali-
mentaire à venir (voir le chapitre 3).
– L’agroforesterie (doc. 2 et 7) est un exemple d’agriculture
intégrée. Elle démontre que l’augmentation des rendements est
possible autrement que par l’agriculture intensive (doc. 6). Deux
techniques culturales permettant la mise en œuvre d’une agricul-
ture intégrée sont étudiées : l’utilisation de l’engrais vert (doc. 3)
et le semis direct (doc. 4).
– Une convergence avec l’histoire-géographie peut être mise en
place au moyen des unités 4 et 5.
Exploitation des documents par les activités
➊ Doc. 1, 5 et 6 (Mettre en relation des documents et
raisonner). L’agriculture biologique exclut l’utilisation d’intrants
chimiques, évitant ainsi les pollutions et la perturbation des éco-
systèmes (doc. 1). C’est un avantage majeur pour l’environnement.
L’agriculteur, lui, n’est pas exposé aux produits phytosanitaires au
moment de leur application et le coût de la production en temps et
en argent est moins élevé (doc. 6). Mais la productivité demeure
plus faible, imposant des prix de vente plus élevés. Le traitement
des eaux, moins polluées, est enfin d’un coût réduit (doc. 5).
➋ Doc. 3 et 4 (Extraire des informations). Les engrais verts ont
deux avantages principaux. Ces cultures absorbent les nutriments
du sol, évitant qu’ils soient emportés vers les cours d’eau, et, en se
décomposant sur place, relibèrent lentement ces éléments miné-
raux tout en favorisant l’activité biologique. Elles permettent donc
de limiter le recours aux engrais chimiques (doc. 3). Néanmoins
Production végétale et gestion durable de l'environnement [pp. 168-169 du manuel de l’élève]
5
UNITÉ
Connaissances du programme Capacités et attitudes mises en œuvre dans l’unité
• Le choix des techniques culturales vise à concilier la nécessaire produc-
tion et la gestion durable de l’environnement.
• Faire preuve d’esprit critique en étudiant la conduite d’une culture quant
à son impact sur l’environnement.
il s’agit d’une culture supplémentaire pour l’agriculteur, synonyme
donc de surcroît de travail.
Le semis direct se fait sans travail du sol et permet donc une éco-
nomie (de temps et d’énergie) pour l’agriculteur. Par ailleurs, sans
perturbation du sol (comme c’est le cas dans le labour), l’activité
biologique est renforcée et la libération des minéraux au moment
de la décomposition facilitée (doc. 4). En revanche, l’agriculteur
doit envisager des solutions pour lutter contre les adventices qui
n’auront pas été détruites, le labour n’ayant pas eu lieu.
➌ Doc. 2 et 7 (Extraire des informations et raisonner).
L’agroforesterie est un mode d’agriculture mélangeant arboriculture
et cultures annuelles sur la même parcelle. Ces relations permet-
tent de limiter les recours aux produits phytosanitaires (les arbres
peuvent abriter les prédateurs naturels des ravageurs des cultures),
aux engrais (l’arbre va puiser des éléments minéraux en profondeur
qui seront libérés à la surface lors de la décomposition des feuilles
mortes) et à l’irrigation (la compétition entre les deux espèces
pousse celles-ci à développer des racines plus profondes) (doc. 2).
Les relations de compétition entre les deux types de plantes favo-
risent leur croissance, augmentant ainsi la productivité globale
(doc. 7). En revanche cela nécessite que l’agriculteur adapte ses
techniques culturales et acquière de nouvelles compétences.
➍ en conclusion (Communiquer en rédigeant une synthèse).
Différentes pratiques culturales peuvent permettre de concilier
la production agricole et la gestion durable de l’environnement.
L’agriculture biologique a impact faible sur l’environnement mais
ne permet pas d’augmenter les rendements et produit des aliments
plus chers. L’agroforesterie permet d’augmenter les rendements et
de limiter les effets sur l’environnement mais demande une exper-
tise particulière. Le semis direct est une technique peu coûteuse qui
a des effets très positifs sur les sols. Il faut néanmoins trouver des
solutions pour limiter le développement des adventices. Les engrais
verts demandent davantage de travail mais limite l’utilisation des
engrais chimiques et favorise la fertilité , donc la productivité des
cultures.
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