PES-PL – Thème « Nourrir l’humanité »

 

Diaporama du cours : cliquer ici.

La Terre compte actuellement environ 7 milliards d’êtres humains, soit près du double qu’il y a 40 ans. La population mondiale va continuer à augmenter pour atteindre environ 9 milliards d’habitants à l’horizon 2050. Dans certains pays, il est déjà difficile de se nourrir. L’augmentation de la production agricole pour satisfaire les besoins de chacun ne peut pas être sans conséquences sur l’environnement.

Comment l’agriculture produit-elle nos aliments ? Nos choix alimentaires individuels peuvent-ils avoir des conséquences sur l’environnement local et planétaire ? 

Capture d’écran 2016-06-03 à 08.58.43

Comment nourrir une population humaine toujours croissante en conciliant production alimentaire et préservation de l’environnement et de la santé ?

I – Une agriculture durable pour nourrir l’Homme,

  1. De l’écosystème à l’agrosystème,

Support : dossier distribué.

Capture d’écran 2016-06-03 à 08.45.07.png

 

BILAN,

Un écosystème renferment des êtres vivants (biocénose) en interaction entre eux et avec le milieu naturel (biotope) Il intègre l’énergie solaire pour créer de la matière organique. La matière est recyclée (définiton détaillée du Larousse http://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/écosystème/45649 )

L’organisation d’un écosystème est pyramidale (pyramide des biomasses ou des énergies) : il y a des pertes à chaque niveau. On peut mesurer le rendement d’un écosystème. Chaque fois que de l’énergie est transférée d’un individu à l’autre -l’autre ayant mangé le premier-  il y a perte d’une grande partie de l’énergie que les cellules avaient “en magasin”.

La production primaire est utilisée comme nourriture par les consommateurs de premier ordre (herbivores) servant eux-mêmes de nourriture aux consommateurs de deuxième ordre (carnivores), etc.
D’un niveau trophique (= niveau alimentaire, ex. producteur primaire, consommateur de premier ordre…) au suivant, 90% en moyenne de la biomasse est perdue (ou 10% sont créés à pour 1 produit il faut 10 mangés) :

  • soit parce qu’elle est non consommée ,
  • soit parce qu’elle est consommée mais non assimilée,
  • soit par la respiration qui assure les dépenses énergétiques des organismes.

Question : Un agrosystème est-il productif ?

Support : documents p88-89

Capture d’écran 2016-06-03 à 08.45.18

BILAN,

Voir les bilans du poly distribué.

Un agrosystème est controlé et géré par l’homme afin d’exporter la biomasse produite.

Une espèce est souvent favorisée. L’exportation doit être compensée par des intrans (engrais, eau, énergie)

La biodiversité est donc réduite (désherbage, pesticides et autres produits phytosanitaires)

L’agriculture repose sur la création et la gestion d’agrosystèmes dans le but de fournir des produits (dont des aliments) nécessaire à l’humanité. Autrefois n’importait que l’amélioration de la productivité. Aujourd’hui les impacts sur la santé humaine et l’environnement sont soulignés.

Remarque : Agriculture vivriére nourrit l’agriculteur et sa famille/agriculture commerciale.

Comprendre comment cela marche grâce à la video c’est pas sorcier “Agri BIO”.

Capture d’écran 2016-06-03 à 08.45.35

(https://youtu.be/QioWHYGCX70 T jusqu’a 6min.)

2. Productions alimentaires comparées,

Support : livre p90-91

Video en ligne cliquer ici !

(https://youtu.be/nVydgG2DFU0)

  • Consommer de la viande ou un produit végétal n’a pas le même impact écologique !
  • Certaines pratiques agricoles, la conduite de certains élevages ou de certaines cultures, peuvent avoir un impact sur la santé ou sur l’environnement

ACTIVITÉ : Montrer à partir des documents du livre ces 2 affirmations.

Capture d’écran 2016-06-03 à 08.45.43

A retenir, l’exemple de l’élevage animal,

Raisonnement : Dans un agrosystème, le rendement global de la production par rapport aux consommations de matière et d’énergie dépend de la place du produit exporté dans la pyramide de productivité.

Ainsi, consommer de la viande (consommation secondaire) a un coût énergétique beaucoup plus élevé que de consommer un produit végétal (consommation primaire). Avec la même surface, on nourrit dix fois plus de personnes en consommant un produit végétal à la place d’un produit animal. A l’inverse pour nourrir le même nombre d’Hommes, il faudrait dix fois plus de surface.

La consommation de viande a un impact plus fort sur l’environnement (pollution , destruction sol…)

Complément – Doc 4p91,

L’émission de gaz à effet de serre est plus important si on consomme de la viande que si on mange des légumes ou fruits : En fonction du type de viande produite dans un élevage, la quantité de gaz à effets environnementaux est différente (agneau = 25 kg eq CO2 soit 500 km en voiture)

La production de viande et de produits laitiers produit beaucoup plus de gaz à effet de serre que la production d’autres aliments.

Les espèces végétales cultivées n’ont pas toutes les mêmes besoins en eau, par exemple le blé et la maïs ont besoin de beaucoup d’eau pour leur culture (400 à 1500L pour produire 1kg), à l’inverse des pommes de terre et de la salade qui en nécessite 10 fois moins.

Les choix des aliments est important en terme d’impact écologique, pour que celui-ci soit faible on doit choisir des aliments ayant un faible rejet de gaz à effet de serre.

  1. Impacts sur la santé et l’environnement

Support : livre p92 à 95.

Activité : Lister les problèmes environnementaux et sanitaires soulevés dans le livre,

Capture d’écran 2016-06-03 à 08.45.58

  1. Vers une agriculture durable,

Le rendement de production correspond à un rapport entre ce qui est produit (et que l’on puise) et ce qu’on apporte (énergie, eau, engrais)

Dans un agrosystème, le rendement global de la production par rapport aux consommations de matière et d’énergie conditionne le choix d’une alimentation d’origine animale ou végétale, dans une perspective de développement durable (définition ici)

Pour satisfaire les besoins alimentaires de l’humanité, l’agriculture a besoin pour cela de sols cultivables. Ceux-ci sont très inégalement répartis à la surface de la planète, disponibles en quantité limitée et susceptibles de se dégrader,

Le choix des techniques culturales doit concilier la production, la gestion durable de l’environnement et la santé.

Zoom sur : L’artificialisation et la stérilisation des sols,

Capture d’écran 2016-06-03 à 08.46.29

Zoom sur l’empreinte écologique,

L’empreinte écologique est une mesure de l’impact des activités humaines sur le milieu naturel.
Le concept d’empreinte écologique est apparu lors du Sommet de la Terre de Rio, en 1992, dans un article du Professeur d’économie William Rees de l’Université de la Colombie-Britannique, intitulé « Empreinte écologique et capacités raisonnées de la planète : ce que la science économique urbanologique laisse de côté ».

Exprimée en hectares (ha) par personne et par an, l’empreinte écologique est un outil qui évalue la surface nécessaire pour produire tout ce que consomme un individu ou une population pour son alimentation, son habitation, ses déplacements… ainsi que pour absorber les déchets rejetés.

Bilan (schéma)

II – Biologie des microorganismes et conservation des aliments,

1.L’omniprésence des microorganismes,

Support : livre p117 à 119,

Les micro-organismes, champignons, bactéries, virus, uni- ou pluricellulaires, invisibles à l’oeil un, sont partout, dans l’air, dans l’eau, sur nos mains, les ustensiles de cuisine… Les aliments sont des milieux favorables à leur croissance.

Une fois les aliments produits en masse, ils doivent être acheminés jusqu’au consommateur qui peut les manger immédiatement ou non. Il faut alors des moyens de les conserver.

Quelles sont les bases biologiques de la conservation des aliments ? Quels sont les avantages et les inconvénients de la conservation ?

Term S spé SVT  » Respiration cellulaire, fermentations et synthèse d’ATP »

Toutes les cellules ont besoin d’énergie pour les différents aspects de leur fonctionnement. La respiration est une voie métabolique qui permet d’obtenir de l’énergie en utilisant des molécules organiques et du dioxygène.

Quelles sont les voies métaboliques permettant l’utilisation du potentiel énergétique des molécules organiques ?

Diaporama de cours téléchargeable ici : cliquer sur le lien ; Divers documents disponibles ici dans la dropbox : cliquer sur ce lien. dont un document pour la prépa des ECE.

I – Les conditions de la respiration cellulaire et de la fermentation,

Support : TP ExAO, sondes à O2 et à éthanol,

Dans un 1e temps on cherche à mettre en évidence les échanges gazeux caractéristiques de la respiration cellulaire et à montrer que ces échanges sont dépendant de la mise à disposition d’un métabolite organique, ici le glucose.

Dans un 2d temps on montre qu’en l’absence de dioxygène les cellules peuvent récupérer un peu d’énergie des molécules organiques : elles fermentent. Il resulte la production d’un déchet qui conserve un potentiel énergétique (éthanol/fermentation alcoolique – acide lactique/fermentation lactique)

Selon le poste vous testerez une expérimentation ou l’autre. A travers ces 3 types de manipulations vous vous exercerez de nouveau à l’usage de l’ExAO, du logiciel Data Studio et des sondes à O2 et à éthanol. L’article ici nous permet de revenir sur les compétences testées lors de l’épreuve d’Evaluation des Capacités Expérimentales du bac.

TS-energie-Bordasp-introLien http://www.vignevin.com/fileadmin/users/ifv/euroviti/euroviti2099/Partie_3_PDF.pdf

Poste ExAO n1,

ECE compétence testée 1 : STRATÉGIE (« Ce que je fais, comment je le fais, ce que j’attends »), RÉSOLUTION (mesures ExAO), COMMUNICATION (voir ci-dessous), BILAN (« Je vois, je sais, je conclus ») :
Il s’agit d’habiller les graphiques ci-dessous afin de faire ressortir les conditions expérimentales ainsi que les modifications des concentrations en gaz dans le bioréacteur déclenchées par l’ajout de glucose (Levure de bière) ou les changement d’éclairement (Chlorelles).

Capture d’écran 2016-05-27 à 08.50.23

Exploitation des résultats de l’expérimentation réalisée avec les levures,

Description de la courbe : Avant l’ajout de glucose, la concentration en O2 dissous est stable dans le bioréacteur contenant les levures à jeun et oxygénées depuis au moins 24H (elles ne font pas échanges avec leur milieu de vie)

Après l’ajout de glucose au bout de 1 min 30″ la concentration en O2 diminue dans l’enceinte jusqu’à devenir nulle : Si la concentration en O2 diminue, on peut penser que les levures le consomment. Cette consommation a été déclenchée par l’ajout de glucose.

Interprétation des résultats et déduction : Pour produire l’énergie nécessaire à leur fonctionnement, les levures dégraderaient le glucose, une matière organique, ceci grâce au dioxygène : elles oxydent le glucose en présence d’O3, c’est la respiration cellulaire, métabolisme permettant de produire beaucoup d’ATP, énergie chimique de la cellule.

Exploitation des résultats de l’expérimentation réalisée avec les cellules chlorophylliennes,

Description de la courbe : A la lumière, la concentration en O2 dissous augmente dans le bioréacteur contenant les chlorelles, et la concentration en CO2 diminue. Il s’agit des échanges observés lors e la photosynthèse, métabolisme permettant aux cellules chlorophylliennes de produire leur matière organique en combinant le CO2 et l’H2O en présence de lumière.

A l’obscurité, la concentration en O2 dissous diminue dans le bioréacteur et la concentration en CO2 augmente : Si la concentration en O2 diminue, on peut penser que les chlorelles le consomment. Cette consommation est permise par la présence de réserves de glucose créées à la lumière par photosynthèse.

Interprétation des résultats et déduction : Pour produire l’énergie nécessaire à leur fonctionnement, les chlorelles réalisent la photosynthèse à la lumière. Elles synthétisent leur propre matière organique. A l’obscurité les chlorelles continuent de vivre. Les réserves de glucose (amidon) sont dégradées grâce à la respiration cellulaire.

Poste ExAO n2 et 3,

ECE compétence testée 1 : STRATÉGIE (« Ce que je fais, comment je le fais, ce que j’attends »), RÉSOLUTION (mesures ExAO), COMMUNICATION (voir ci-dessous), BILAN (« Je vois, je sais, je conclus ») :
Il s’agit d’habiller les graphiques ci-dessous afin de faire ressortir les conditions expérimentales ainsi que les modifications des concentrations en gaz dans le bioréacteur déclenchées par l’ajout de glucose (Levure de bière) jusqu’à disparition du O2 dans le bioréacteur et d’insister sur ce que l’on observe après ! La fermentation est un métabolisme ANAÉROBIE permettant aux cellules de produire un minimum d’énergie même en l’absence d’oxygène (Rappel thème 1 : l’oxygène est apparu tardivement dans l’atmosphère de la planète Terre, il caractérise notre planète au sein du système solaire !)

Capture d’écran 2016-05-27 à 09.14.52

II – La MITOCHONDRIE, organite clé de la respiration cellulaire,

Support : Livre p36-37, exercice 4p51,

Capture d’écran 2016-05-27 à 09.19.17

III – Les étapes de la respiration cellulaire,

Idées clés citées dans le diaporama de cours :

  • L’existence de levures mutantes Rho (-) montre l’importance des crêtes mitochondriales pour la respiration cellulaire.
  • La respiration cellulaire s’effectue en 2 étapes principales : la GLYCOLYSE cytoplasmique qui à partir d’une molécule de glucose fournit 2 molécules de pyruvate ; le CYCLE de KREBS qui nécessite l’acide pyruvique, l’O2 et un oxydant R et qui produit du CO2 et beaucoup d’ATP via la chaîne respiratoire localisée dans la membrane interne mitochondriale (crêtes)

Capture d’écran 2016-05-27 à 09.26.43

Remarque :  Le stock intracellulaire de RH2 est limité : R doit être régénéré en permanence faute de quoi la glycolyse est bloquée et la synthèse d’ATP cesse.

IV – Les fermentations,

TS-energie-Belinp41-synthesFermentations

In Belin -SVT Terminale S spécialité SVT p41

Les fermentations permettent la régénération de R en l’absence d’O2. Elles se déroulent dans le cytoplasme. L’acide pyruvique issu de la glycolyse participe à la réoxydation de RH2. Les fermentations sont des oxydations incomplètes, produisant des molécules organiques contenant une énergie chimique inutilisée. Elles ont un faible rendement énergétique.

TS-energie-Belinp40-synthesMetabGluc

 

2nde -Thème 3 « De la lumière solaire aux combustibles fossiles »

Révisions à partir des documents du livre scannés ici,

DocAp106

DocBp106

DocAp107

Les végétaux chlorophylliens utilisent la matière minérale pour leur croissance, et ce en présence de lumière. La disparition des tapis de feuilles mortes, tombés à l’automne, illustre le renouvellement de la matière organique abandonnée. L’agriculture illustre la place clé des végétaux comme 1e maillon des chaines alimentaires.

L’agriculture traditionnelle a montré ses limites. L’épisode de l’émission « C’est pas sorcier » traitant de l’agriculture biologique met le doigt sur ses insuffisances et sur les mécanismes que l’agriculture biologique a su utiliser pour proposer une alternative plus respectueuse de l’environnement. Un épisode plein d’enseignements simples que nous allons approfondir ! (et pour aller plus loin je vous propose de rechercher ce qu’est la permaculture)

Revoir cet épisode « Agri.bio » : cliquer ici !

Capture d’écran 2016-05-07 à 14.39.08

Problèmes à résoudre :

  • De quoi est constituée la matière produite par les végétaux ?
  • Comment cette matière est-elle produite par les végétaux ?
  • Quel est le devenir de cette matière ?
  • En quoi le charbon ou le pétrole ont-ils une origine biologique ?
  1. La production de matière organique,

    • La photosynthèse à l’échelle de la plante,

A partir des documents du livre aux pages 110 à 113, nous identifierons les modalités de production de matière organique parles plantes, lors de la photosynthèse.
Nous complèterons le schéma ci-dessous en y plaçant les échanges de matière et d’énergie identifiés.

Plante-schéma-vierge

  • Support 1, document 1p110,

DocAp109

Description et résultats de l’expérience :

On cherche à montrer que la lumière déclenche la production de matière organique.

Il s’agit de placer une plante à la lumière mais d’empêcher certaines de ses feuilles de recevoir de la lumière. On pèse les 2 types de feuilles. Afin de s’assurer que le poids de l’eau ne fausse pas les mesures (eau mise en mouvement par évapotranspiration par exemple) on déshydrate les feuilles avant la pesée.

On note en effet une augmentation de près de 25% du poids de la feuille éclairée par rapport à la feuille restée à l’obscurité après 8 heures d’exposition à la lumière.

Déduction :

La lumière permet la production de matière sèche, donc de matière organique, par la plante. Quelle est cette matière organique ?

  • Support2, document 2p110,

DocBp110

Description et résultats de l’expérience :

On sait que l’amidon est une forme de réserve de glucides pour les plantes (amidon du tubercule de pomme de terre par exemple) L’eau iodée est un bon test pour le détecter.

On note en effet que les feuilles éclairées réagissent positivement au test : de l’amidon a été créé suite à l’éclairement. Il n’y en a pas dans la feuille restée à l’obscurité.

Déduction :

La plante produit de la matière organique lorsqu’elle est éclairée, notamment de l’amidon.

  • Support3, document 3p111,

DocAp111

Description et résultats de l’expérience :

Calvin a eu l’idée d’exposer des algues chlorophylliennes à du 14C pendant 30 secondes d’éclairement. Il fixe la réaction et recherche la localisation de la radioactivité.

Les molécules qui ont intégré ce carbone radioactif sont des glucides parmi lesquels le glucose, et des protides (des acides amines, « briques » élémentaires des protéines)

Déduction :

La photosynthèse permet la synthèse de nombreuses molécules organiques, glucides et protéines notamment.

DEVOIRS à LA MAISON,

  1. Terminer l’étude des documents proposés en p111, 112 et 113.
  2. Liste des exposés programmés la semaine prochaine :

Consigne : commencer par utiliser les documents du livre pour illustrer votre exposé,

Exposé 1 : « L’origine des charbons, pétroles et du gaz naturel. La ressource de pétrole s’épuisera-t-elle ? »

Classe de 2deC,

Groupe A : Joël et Léa ; Groupe B : Marina et Laia Guerrero ; Groupe C : Bartúmeu ; Groupe D : Yann et Martí ; Groupe E : Marc et Toma (sujet focalisé sur l’épuisement de la ressource de pétrole)

Classe de 2deE,

Groupe A : Cézara et Alexia ; Groupe B : Marco, David et Alejandro ; Groupe C : Carlos, Raul et Hugo.

Exposé 2 : Les gaz de schistes, définition, méthodes d’extraction (exemple de l’Amérique du Nord). Pourquoi la France refuse-t-elle son extraction ?

Classe de 2deC,

Groupe F : Miriam ; Groupe G : Mariona et Laura ; Groupe H : Claudia, Vera et Katerina (avec un point sur l’épuisement de la ressource de pétrole)

Classe de 2deE,

Groupe D : Josep, Juan et Joan-Marc ; Groupe E : Nicole te Mia ; Groupe F : Ines et Sabrina.

Exposé 3 « original » : Quels produits élaborés grâce au pétrole peut-on remplacer par des matériaux moins polluants et renouvelables ? Intérêts ? Groupe G de 2deE constitué de Sarah et Andrea.