Sujets de Sciences 1 re ES et L

Transcription

Sujet 1, commentaire argumenté
Amérique du Nord, mai 2014, partie 1
La myopie a toujours été une préoccupation à l’école. En effet, elle peut constituer un élément
gênant l’apprentissage, et être quelques fois à l’origine de maux de tête chez l’élève.
Document 1
Une approche historique de la myopie
« Il n’y a pas longtemps que l’on a commencé à se préoccuper de l’hygiène de la vue dans
les écoles, et l’on peut bien dire que c’est un des points de l’hygiène scolaire qui est encore
à présent le plus universellement méconnu ou négligé, sauf dans quelques établissements
des grandes villes. [... ] Une enquête, qui a porté spécialement sur les écoles primaires de
la Ville de Paris, a donné pour résultat une moyenne de 1 myope sur 6 enfants, ce qui est
évidemment une proportion fort alarmante [...].
Un instituteur veut-il s’assurer qu’un enfant a les yeux bien constitués ? Qu’il le fasse lire
dans un volume tenu à bout de bras : s’il est myope, il n’y pourra réussir. [...] Quand il ne
peut suivre une explication au tableau ou à la carte murale, [...] il n’y a pas de doute qu’il
soit myope. »
Source : Dictionnaire de pédagogie et d’instruction primaire, Ferdinand Buisson, édition de 1911.
Document 2
L’œil, un instrument d’optique
Notre œil fonctionne, du point de vue optique, comme une lentille convergente. Un objet
est vu de façon nette lorsque l’image se forme sur la rétine. C’est le cas, par exemple, pour
un œil normal au repos fixant un objet très éloigné. Les schémas ci-dessous représentent
le trajet des rayons lumineux, dans le cas d’un objet situé à l’infini.
Trajet des rayons lumineux dans deux situations dont celle d’un œil myope
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Sujet 1 | Énoncé
Document 3
Le cerveau et l’interprétation des images
Grâce à l’IRMf (Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle), on peut disposer
d’images du cerveau en activité, par exemple lorsque le sujet regarde un objet. L’utilisation de l’IRMf renseigne sur les aires cérébrales activées par la vision de cet objet.
Plus l’activation d’une région du cortex est importante, plus la région est représentée en
couleurs « chaudes » (jaune, orange, rouge).
Localisation de la coupe axiale et des voies visuelles
Commentaire argumenté
En vous appuyant sur l’exploitation de toutes les ressources proposées, expliquer pourquoi,
malgré les maux de tête qui peuvent accompagner la myopie, il n’y a pas d’anomalie du
fonctionnement du cerveau dans la vision et en quoi le port de lunettes permet de corriger ce
défaut de vision qui peut constituer un élément gênant l’apprentissage.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur tous les documents et vos
connaissances (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans différents champs
disciplinaires).
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Sujet 1 | Énoncé
Comprendre le sujet
Ce sujet porte sur la myopie, ses causes et sa correction. La particularité du sujet est
d’avoir à argumenter à partir des documents afin de justifier que la cause est liée à l’œil
et non à un disfonctionnement du cerveau. Vous êtes ainsi amener à expliquer comment
fonctionne un œil normal en comparaison d’un œil myope puis à expliquer comment les
lunettes permettent une correction de ce défaut.
Les pièges à éviter
Commenter les documents un à un sans apporter de connaissances ni d’explications.
Procéder par étapes
1. Lire et surligner dans les documents les données importantes.
2. Faire votre plan au brouillon et noter les notions importantes à expliquer.
Proposition de plan :
L’introduction présente la problématique : la myopie est-elle un défaut de l’œil ou du
fonctionnement du cerveau ? Quelle correction apporter ?
Le développement intègre l’exploitation des documents et les apports de connaissances :
–
–
–
–
comment repérer la myopie ? les symptômes associés ;
l’œil, un système optique défaillant pour le myope : excès de convergence ;
un fonctionnement normal du cerveau : étude des IRMf ;
une correction par des verres divergents.
La conclusion reprend succinctement la réponse à la problématique : la myopie est due
à une trop grande convergence du système optique et non à un disfonctionnement du
cerveau. Les lunettes avec verres divergents permettent la correction (lentilles ou chirurgie
également).
3. Rédiger en suivant la trame de votre plan.
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Sujet 1 | Corrigé
Introduction
La myopie est une anomalie de la vision qui concerne un grand nombre de personnes et sa
détection chez les enfants est importante puisqu’elle peut gêner l’apprentissage en classe et
engendrer des maux de tête. En 1911, dans le Dictionnaire de pédagogie de l’instruction
primaire de Ferdinand Buisson, on déplore la proportion d’un enfant sur six qui est myope et
l’insuffisance d’attention des enseignants à repérer ce défaut de vision. Quelle est la cause de
la myopie et comment la repérer ?
Après avoir cerné les raisons de la myopie qui concerne l’œil et non le cerveau, j’expliquerai
en quoi les lunettes permettent de corriger facilement ce trouble.
I. Les causes de la myopie
Comment repérer la myopie ?
Ce défaut de vision se caractérise par une difficulté à « suivre une explication au tableau ou
à la carte murale » (document 1). Cela traduit l’incapacité de l’œil à lire de loin et à former
une image nette. En 1911, une technique simple permettait à l’instituteur de vérifier si l’enfant
avait un problème de vision, en le faisant lire à travers un volume tenu à bout de bras : l’enfant
myope n’y réussissait pas. L’enfant va faire des efforts pour réussir à lire de loin et des maux
de tête peuvent être ressentis. La vision proche, par contre, est nette.
La myopie est elle due à un mauvais fonctionnement de l’œil ou à une anomalie du cerveau
comme pourraient le suggérer les maux de tête ?
L’œil, un système optique défaillant dans le cas de la myopie
Notre œil est un système optique constitué d’avant en arrière par : la cornée, l’humeur
aqueuse, le cristallin et l’humeur vitrée. La partie interne de l’œil, la rétine, est constituée
de cellules visuelles, les bâtonnets et les cônes, sensibles aux rayons lumineux et dont les
prolongements cytoplasmiques, les axones, constituent le nerf optique. Comment se forme
une image nette ? Lorsque l’œil fixe un objet très éloigné, les rayons lumineux convergent
grâce au cristallin pour former une image nette sur la rétine. Le cristallin joue le rôle d’une
lentille convergente et en fonction de la distance de l’objet, il modifie sa courbure (ou vergence) par contraction ou relâchement des muscles ciliaires permettant l’accommodation.
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Sujet 1 | Corrigé
Dans le cas d’un œil myope, on constate que la convergence des rayons est plus importante
et l’image se forme en avant de la rétine. Elle est floue. (Schéma B document 2)
II. Un fonctionnement normal du cerveau
Quel est le rôle du cerveau ? Les techniques d’IRMf traduisent-elles un fonctionnement normal chez l’individu myope ?
Dans le cas normal, après stimulation des photorécepteurs de la rétine par les rayons lumineux, un message nerveux est véhiculé par le nerf optique. Les voies visuelles se croisent au
niveau du chiasma optique, puis les cellules nerveuses transmettent l’information à d’autres
neurones par l’intermédiaire de synapses situées dans les corps genouillés latéraux. Les messages nerveux arrivent ensuite dans les aires visuelles du cortex cérébral. (Document 3)
Le cerveau permet l’interprétation de l’image et la perception visuelle résulte de la collaboration entre plusieurs aires spécialisées du cortex. Ainsi, l’apprentissage de la lecture nécessite
la reconnaissance du mot, la mémoire, le langage...
On a réalisé une IRMf (Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle) d’un sujet myope
afin de vérifier si le fonctionnement de son cerveau présente les mêmes zones d’activation
qu’un sujet non myope. On observe que lorsque le patient observe un objet, les deux aires
visuelles de chacun des hémisphères sont activées au niveau du cortex de la même façon qu’un
sujet non myope, alors qu’en absence de stimulation (yeux fermés et aucune représentation
visuelle) ces aires ne sont pas activées. (Photos A et B document 3)
Ainsi, la myopie n’est pas due à une anomalie du fonctionnement du cerveau.
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Sujet 1 | Corrigé
III. La correction de la myopie
Quelle correction apporter afin de corriger ce défaut ?
L’œil myope est trop convergent donc le port de lunettes avec des verres concaves divergents
va corriger ce défaut en permettant la formation d’une image nette sur la rétine. Le verre est
donc épais sur les bords et fin au centre.
Conclusion
La myopie est un défaut de vision assez courant, caractérisé par un excès de convergence de
l’œil, mais un fonctionnement tout à fait normal du cerveau. La correction est réalisée facilement par le port de lunettes dont les verres sont divergents. Le port de lentilles est également
possible, et dans certains cas différentes techniques de chirurgie permettent d’apporter une
correction soit au niveau de la cornée, soit au niveau du cristallin.
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Sujet 2, exploitation de documents
Inde, avril 2014, partie 3
L’affaire du pain maudit
Le 16 août 1951, une hystérie collective frappe Pont-Saint-Esprit, petit village paisible
du Gard. Tout commence par une mystérieuse intoxication alimentaire collective. Les
salles d’attente des deux médecins ne désemplissent pas. Près d’une vingtaine de malades viennent consulter pour des problèmes digestifs : nausées, vomissements, frissons,
bouffées de chaleur. Les jours suivants, les symptômes s’aggravent et mutent en crises
hallucinatoires insupportables. Les comptes-rendus de l’époque décrivent la petite bourgade comme un enfer dantesque. Transportés à l’hôpital sur des charrettes ou des voitures,
les malades hurlent, gémissent et s’insultent. D’autres, la bave aux lèvres, terrorisés par
le bruit des sirènes des ambulances, déambulent dans les rues. Bêtes immondes, chimères
et flashes colorés peuplent leurs délires, lorsque ce ne sont pas les flammes ou des voix
d’outre-tombe.
Pour expliquer l’ensemble des symptômes, on parle d’abord de pain infecté par l’ergot
de seigle, sans pour autant parvenir à une certitude scientifique. D’autres hypothèses se
succèdent parmi lesquelles celle d’un journaliste américain, qui prétendra avoir percé le
mystère.
Selon lui, la CIA (l’Agence Centrale du Renseignement Américain) se serait purement et
simplement servi de la population de Pont-Saint-Esprit pour étudier les effets de l’utilisation du LSD comme nouvelle arme de guerre en pulvérisant cette drogue sur le village
et les champs de blé avoisinants.
Source : d’après www.lepoint.fr.
Document 1
L’ergotisme
L’ergot (Claviceps purpurea) est un champignon qui infecte le seigle et d’autres céréales.
Bien visible sur la plante en herbe où des grains se teintent en noir, l’ergot se transforme
en poudre rouge lorsqu’il est écrasé par les meules, passant facilement inaperçu dans la
farine de seigle de teinte foncée.
L’ergot produit une substance toxique, l’ergotamine, à l’origine d’intoxications graves.
Les symptômes comprennent des crises de convulsions et des spasmes douloureux, des
diarrhées, des maux de tête, des nausées et des vomissements. Il peut exister des hallucinations visuelles et auditives.
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Sujet 2 | Énoncé
Modèle moléculaire de l’ergotamine (obtenu avec le logiciel rastop)
Document 2
La transmission du message nerveux au niveau des voies visuelles
Document 2. a) : Trajet du message nerveux
Une molécule, la sérotonine, est présente au niveau du relais cérébral.
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Sujet 2 | Énoncé
Document 2. b) : Modèle moléculaire d’une molécule de sérotonine fixée à son
récepteur spécifique (en grisé) situé sur le neurone B
Document 2. c) : Photo prise au niveau d’une synapse située dans le relais cérébral
(microscope électronique : G X 10 000)
Document 3
Le LSD (acide lysergique diéthylamide)
Le LSD dont le modèle moléculaire est représenté ci-dessous, est une drogue de synthèse
responsable d’hallucinations visuelles et auditives, ainsi que des troubles locomoteurs
et respiratoires accompagnés de nausées et de vertiges. Elle est responsable de troubles
psychiatriques et peut déclencher des maladies mentales durables dès la première prise.
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Sujet 2 | Énoncé
Questions
1 On s’intéresse au mode d’action de la sérotonine dans le cerveau.
L’étude du document 3 permet d’affirmer que la sérotonine :
Cocher la proposition exacte.
transmet en continu le message nerveux visuel du neurone A vers le neurone B.
stoppe la transmission d’un message nerveux visuel en se fixant sur le neurone A.
transmet le message nerveux visuel en se fixant au niveau de la membrane du neurone B.
stoppe la transmission du message nerveux visuel une fois libérée dans l’espace entre les
neurones A et B.
Regardez avec attention le positionnement des neurones A et B, la localisation des récepteurs à la sérotonine et déterminez le sens de la transmission du message nerveux en
repérant les vésicules contenant la sérotonine qui se situent toujours dans l’élément présynaptique.
2 Dans la littérature scientifique évoquant les conséquences de l’usage de drogues, le phénomène de « flash-back » est souvent évoqué.
Le « flash-back » est :
Cocher la proposition exacte.
une réapparition des effets du LSD plusieurs jours voire mois après sa consommation.
observable seulement lorsque la drogue consommée est du LSD.
sans impact sur le fonctionnement de l’organisme lors de la première consommation
de LSD.
la conséquence de l’élimination totale par l’organisme du LSD consommé.
Lisez bien le document 3 qui vous apporte des indications concernant le phénomène de
« flash-back ».
3 Actuellement, le mystère sur le pain maudit de Pont-Saint-Esprit reste entier. Aucune des
deux hypothèses n’a été validée.
Expliquez en quoi ces deux hypothèses étaient scientifiquement fondées.
Répondre en complétant si besoin tout ou partie des figures présentes ci-dessous.
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Sujet 2 | Énoncé
Il s’agit de justifier de l’action des deux molécules : l’ergotamine et le LSD sur le fonctionnement de la synapse à sérotonine située dans les relais cérébraux entre les neurones A
et B.
Présentez tout d’abord les symptômes similaires provoqués par chaque molécule, puis utiliser les documents et vos connaissances pour expliquer les perturbations résultant de l’action de ces deux molécules sur la synapse par rapport au fonctionnement normal. Mettre
ensuite en lien avec les symptômes observés.
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Sujet 2 | Corrigé
1 L’étude du document 3 permet d’affirmer que la sérotonine transmet le message nerveux
visuel en se fixant au niveau de la membrane du neurone B.
2 Le « flash-back » est une réapparition des effets du LSD plusieurs jours voire mois après
sa consommation.
3 Les deux hypothèses sont scientifiquement fondées puisque les symptômes résultant de
l’action de l’ergotamine, substance toxique produite par l’ergot du seigle, sont similaires à
ceux observés suite à la prise d’une drogue telle que le LSD : nausées, vertiges, hallucinations
visuelles et auditives, délires... (documents 1 et 3) Mais quelle est l’action de ces molécules
qui explique ces symptômes ?
Dans les relais cérébraux, les neurones A en provenance du nerf optique entrent en connexion
avec les neurones B au niveau des synapses à sérotonine, puis les neurones B prolongent leurs
axones jusqu’au cortex cérébral (document 3. a).
Les récepteurs à sérotonine sont situés sur la membrane du neurone postsynaptique. Une
partie de la molécule de sérotonine a une forme complémentaire au récepteur, ce qui permet
sa fixation (document 3. b).
Dans le cas d’un fonctionnement normal de la synapse, les vésicules contenant la sérotonine,
situées dans l’élément présynatique (neurone A) libèrent leur contenu par exocytose suite
à l’arrivée d’un message nerveux (document 3. c). Le neurotransmetteur se fixe alors sur
les récepteurs postsynaptiques, ce qui déclenche un message nerveux dans le neurone B. La
transmission du message se fait alors correctement. Le neurotransmetteur est ensuite détruit
ou recapturé par l’élément présynaptique permettant l’arrêt de la stimulation post-synaptique.
L’observation des modèles moléculaires de l’ergotamine, de la sérotonine et du LSD montre
des similitudes pour une partie des molécules qui correspondent à la zone de fixation sur les
récepteurs postsynaptiques (voir les zones colorées sur les molécules et la représentation du
récepteur). Ainsi, l’ergotamine et le LSD peuvent se fixer sur les récepteurs à la place de la
sérotonine et perturber le fonctionnement de la synapse.
Les hallucinations visuelles observées laissent penser que l’ergotamine et le LSD provoquent
la stimulation des neurones B, simulant l’arrivée d’un message nerveux qui n’existe pas. Leur
action peut se reproduire plusieurs jours ou mois après la prise de la drogue provoquant le
phénomène de « flash-back ».
Ainsi les deux hypothèses sont scientifiquement fondées.
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Émirats arabes unis, juin 2013, partie 2
Document 1
« Pourquoi diable dit-on « jeter un coup d’œil » ou « foudroyer du regard » ? Les bizarreries de la langue française rappellent une vieille controverse : comment fonctionne la
vision ?
Et quel est son « sens » : de l’œil à l’objet ou de l’objet à l’œil ? La dispute scientifique
remonte à l’Antiquité. En lice : deux théories, connues sous les noms d’intromission et
d’émission. La première, assignant à l’œil un rôle passif, décrivait le phénomène de la
vision par un quelque chose allant de l’objet à l’œil. La seconde, octroyant à l’œil un rôle
plus actif, expliquait la vision par un quelque chose allant de l’œil à l’objet.
Pour les mathématiciens Euclide et Ptolémée, tenants de l’émission, des rayons visuels
jaillissaient de la pupille pour partir à la rencontre de l’objet. Pour les partisans de l’émission, l’existence d’un feu oculaire était une croyance tenace, corroborée par l’observation
de l’œil des félins, qui luisait dans l’obscurité, et par l’existence de sensations lumineuses
surgissant dans l’œil à l’occasion d’un choc ou d’un traumatisme.
À l’encontre de la thèse de l’émission, en revanche, s’inscrivait l’absence de vision nocturne. Un œil émetteur aurait dû être en mesure de remplir ses fonctions même dans l’obscurité.
La mise en évidence du rôle de la lumière en tant qu’agent de la sensation visuelle allait émerger à la charnière du Xe et du XIe siècle, grâce au mathématicien, physicien et
astronome arabe Al-Hasan ibn al-Haytham appelé encore Alhazen. Ses réflexions et expériences l’amenèrent à condamner sans appel la théorie de l’émission.
Ce fut ensuite grâce à un astronome allemand, Johannes Kepler, que la théorie de l’intromission allait marquer un point de plus, en 1604. Il montra que le cristallin, milieu
transparent, se substituait à une lentille et que la rétine tenait lieu d’écran et se révélait
ainsi véritable agent sensoriel. L’image rétinienne fut effectivement observée quelques
années plus tard, en 1625, par le jésuite allemand Christoph Scheiner. Ce dernier avait
pratiqué une petite ouverture au fond de l’œil d’un bovin mort, de manière à dégager la
rétine. À travers cette ouverture, il observa une image renversée des objets à l’entour. »
Source : extrait d’un article de La Recherche, juillet-août 2010.
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Sujet 3 | Énoncé
Questions
1 Le document présente deux théories opposées sur la propagation des rayons lumineux.
Nommer et représenter l’hypothèse de chacune de ces théories sous la forme d’un schéma
simplifié. Quelle théorie Alhazen a-t-il défendue ?
2 À l’aide du document, expliquer pourquoi Kepler a joué un rôle capital dans la compréhension de la conception de la vision.
3 À notre époque, le physicien utilise le « modèle réduit de l’œil » pour expliquer le principe
de fonctionnement de l’œil en tant « qu’instrument d’optique ». Quels sont les deux éléments
indispensables qu’il associe à ceux de l’œil réel ?
4 Compléter le schéma et justifier l’observation du jésuite allemand Christoph Scheiner en
construisant l’image A’B’ de l’objet AB.
5 Les expressions « jeter un coup d’œil » ou « foudroyer du regard » ont-elles une réalité
physique ? Justifier.
Comprendre le sujet
Ce sujet présente, dans un seul document, les deux théories de la vision proposées durant
l’antiquité : la théorie de l’émission établie par Euclide et Ptolémée et la théorie de l’intromission proposée par Aristote. Les cinq questions visent à confronter ces théories aux
découvertes des chercheurs qui ont suivies : Alhazen, Kepler et Scheiner, qui ont permis la
compréhension actuelle de la vision. L’œil est alors envisagé comme un système optique.
Se limiter aux seules informations du document sans apport de connaissances. Il est indispensable de montrer vos connaissances sur l’anatomie de l’œil et son fonctionnement
optique en complément des données apportées par le texte.
1. Lire attentivement le document proposé et surligner les idées importantes lors de cette
première lecture.
2. Pour chaque question, relire le texte et repérer le passage qui vous intéresse.
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Sujet 3 | Corrigé
1 Les penseurs de l’Antiquité développent deux théories :
Euclide et Ptolémée émettent la théorie de l’émission, qui considère que des rayons jaillissent
de la pupille pour aller à la rencontre de l’objet. Une sorte de « feu oculaire » qui résultait
de l’observation des yeux de félins qui luisent dans l’obscurité. L’œil aurait un rôle actif.
Néanmoins l’absence de vision nocturne va à l’encontre de cette théorie.
On peut la représenter ainsi :
En revanche, la théorie de l’intromission appuyée par Aristote considère la vision comme
l’entrée dans l’œil d’une image qui garde la forme de l’objet et qui vient jusqu’à l’œil. L’œil
apparaît comme passif.
On peut la représenter ainsi :
Alhazen a défendu la théorie de l’intromission et a condamné la théorie de l’émission.
2 Kepler a permis d’avancer dans la compréhension du mécanisme de la vision en montrant
que le cristallin joue le rôle d’une lentille et que la rétine constituait un écran qui assure un rôle
sensoriel. Le cristallin, élément transparent, de forme biconvexe est traversé par la lumière.
Il est capable de se déformer et oriente les rayons sur la rétine.
Ainsi, on pouvait écarter la théorie de l’émission et s’orienter vers la théorie de l’intromission.
3 Pour modéliser le système optique que constitue l’œil, le physicien utilise une lentille qui
représente le cristallin, un écran simulant la rétine. Il peut placer un objet devant le dispositif
afin de voir comment se forme l’image de l’objet sur l’écran.
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Sujet 3 | Corrigé
4
L’image A’B’ se forme de façon inversée sur la rétine par rapport à l’image AB en raison de
la présence de la lentille qui dévie les rayons incidents.
On confirme ainsi l’observation du jésuite Scheiner qui avait pratiqué une petite ouverture au
fond de l’œil d’un bovin mort et observé l’image renversée des objets sur la rétine.
5 L’expression « jeter un coup d’œil » signifie regarder rapidement quelque chose tandis
que « foudroyer du regard », c’est regarder quelqu’un de façon intense avec désapprobation
comme si la foudre allait frapper la personne. Ces expressions donnent l’impression que l’œil
envoie des rayons comme dans la théorie de l’émission émise par Euclide et Ptolémée. Or,
nous avons vu qu’il n’en est rien puisque ce sont en fait les rayons lumineux qui parviennent
à l’œil, véritable système optique constitué d’une lentille, du cristallin et d’une membrane, la
rétine, constituée de photorécepteurs sensibles à la lumière.
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Liban, mai 2013, partie 2
La tenture de l’Apocalypse d’Angers est une représentation de l’Apocalypse de Jean réalisée à la fin du XIVe siècle. L’ensemble, initialement composé de sept pièces, dont six sont
conservées, est exposé dans une des galeries du château d’Angers.
Document 1
La tenture de l’Apocalypse d’Angers
Les coloris mis en œuvre, lors de la conception de la tenture, sont issus des teintures
végétales : la gaude (plante à fleurs jaunâtres) pour le jaune, la guède (plante de la famille
des Brassicacées) pour le bleu pastel, la garance (plante herbacée) pour le rouge. Mais
les pigments utilisés au Moyen Âge tiennent peu dans le temps, beaucoup moins que les
pigments chimiques utilisés à partir du XIXe siècle.
En 1867, la tenture de l’Apocalypse d’Angers est mise à l’abri à l’occasion de l’Exposition
universelle. Malheureusement les pigments naturels du XIVe siècle n’ont pas survécu.
Une grande variété de verts a été utilisée pour cette tenture. Cependant ces derniers ont
viré au bleu plus ou moins foncé. C’est que le vert est constitué d’un mélange de cyan et
de jaune.
En 1982 la galerie d’exposition est réaménagée : l’éclairage de la tenture est limité à
40 lux. Aujourd’hui, la tenture est conservée dans un lieu sombre, à une température
constante (19 °C) et avec un degré d’hygrométrie maîtrisé, pour mieux la protéger.
Source : d’après Liliane Delwasse, La tenture de l’Apocalypse d’Angers, Éditions du Patrimoine.
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Sujet 4 | Énoncé
Document 2
Pigments et colorants
Pigment : substance à l’état sec, généralement en poudre fine, pratiquement insoluble
dans les milieux de suspension usuels, utilisée en raison de son pouvoir colorant ou de
son pouvoir opacifiant élevé, en particulier dans les préparations de peintures ou d’enduits
de protection et de décoration.
Colorant : espèce soluble dans un milieu qu’elle colore.
Source : d’après www.larousse.fr/encyclopedie.
Document 3
Cercle chromatique
Questions
1 D’après les documents, donner la raison pour laquelle on a remplacé à partir du XIXe siècle
les pigments naturels par des pigments de synthèse.
2 On s’intéresse à la détérioration des couleurs de la tenture.
Parmi les propositions suivantes, le paramètre qui n’est pas impliqué dans la détérioration des
couleurs de la tenture est :
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Sujet 4 | Énoncé
Cocher uniquement la réponse exacte.
la température.
la pression.
l’hygrométrie.
la luminosité.
3 On s’intéresse aux colorants présents dans un mélange. Pour déterminer la présence de
colorants dans un mélange liquide et homogène, on peut réaliser :
une décantation.
une filtration.
une chromatographie.
une macération.
4 Dans le document 1, il est écrit au sujet des couleurs de la tenture : « Le vert est constitué
d’un mélange de cyan et de jaune. » Indiquer le type de synthèse de couleurs dont il est
question.
Attention à ne pas confondre synthèse additive et synthèse soustractive.
5 On s’intéresse à la couleur de la tenture éclairée.
Éclairé en lumière verte, le bleu de la tenture apparaît :
bleu.
vert.
cyan.
noir.
Comprendre le sujet
À partir de l’exemple de la tenture de l’Apocalypse d’Angers réalisée au XIVe siècle, ce
sujet soulève les problèmes de la coloration par les pigments naturels, des raisons de la
détérioration des couleurs de la tenture au cours du temps ainsi que de la réalisation des
couleurs par le peintre et de l’effet de l’éclairage. Il comporte cinq questions dont trois
sont sous la forme de réponse à cocher.
Une précipitation à répondre aux questions dont les réponses sont à cocher. Prendre bien
le temps de réfléchir afin de cocher avec assurance la bonne réponse.
Les documents apportent des informations qui vous aident dans les réponses aux questions. Il faut tout d’abord les lire attentivement, puis noter au brouillon les points essentiels.
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Sujet 4 | Corrigé
1 La tenture de l’Apocalypse d’Angers date du XIVe siècle. Les coloris ont été réalisés à partir
de pigments naturels provenant de minéraux ou de plantes... Par exemple, le jaune provient
de la gaude, le bleu pastel de la guède, le rouge de la garance.
Malheureusement ces pigments tiennent peu dans le temps. Ainsi, les verts de la tenture ont
viré au bleu. Les teintes d’origine n’ont pas pu être conservées.
Différents paramètres (la lumière, l’humidité, le pH, la température) peuvent influer sur les
pigments. Les conditions de conservation sont donc désormais très contrôlées et la tenture
est exposée dans un lieu sombre, à une température de 19°C et avec un degré d’hygrométrie
maîtrisé.
À partir du XIXe siècle, les artistes utilisent les pigments de synthèse réalisés dans des usines,
par exemple l’alizarine ou l’indigo qui présentent une meilleure stabilité que les pigments
naturels.
2 Le paramètre qui n’est pas impliqué dans la détérioration des couleurs de la tenture est la
pression.
3 Pour déterminer la présence de colorants dans un mélange liquide et homogène, on peut
réaliser une chromatographie.
4 Le peintre dépose des pigments colorés qui absorbent une partie de la lumière visible. Les
couleurs primaires sont celles qui absorbent une des trois composantes de la lumière, le cyan
absorbe le rouge, le magenta absorbe le vert et le jaune absorbe le bleu.
Ainsi en synthèse soustractive, le mélange du cyan et du jaune en quantités égales donne du
vert puisque les lumières rouge et bleue sont absorbées.
Le cercle chromatique est une représentation conventionnelle des couleurs. Il permet de retrouver les lumières complémentaires absorbées puisqu’elles sont disposées à l’opposé sur le
cercle.
5 Éclairé en lumière verte, le bleu de la tenture apparaît noir.
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Polynésie, juin 2013, partie 2
Document 1
Environ 153 millions de personnes dans le monde auraient besoin de lunettes mais n’y
ont pas accès, selon l’Organisation Mondiale de la Santé. L’un des freins est le manque
de personnel qualifié : on compte environ un ophtalmologiste pour 8 000 habitants en
Europe, mais un pour huit millions au Mali. Face à cette carence, le physicien britannique
Joshua Silver, de l’université d’Oxford, a imaginé des lunettes dont le réglage est effectué
par leur porteur et permet de corriger la myopie, l’hypermétropie et la presbytie.
Source : d’après un article paru dans Le Monde du 08/10/2011.
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Sujet 5 | Énoncé
Questions
1 On s’intéresse aux « lentilles » représentées sur les figures A et B.
La lentille de la figure A est :
divergente et sa représentation symbolique est :
divergente et sa représentation symbolique est :
convergente et sa représentation symbolique est :
convergente et sa représentation symbolique est :
2 Défaut de vision
On schématise l’œil d’un adolescent présentant un défaut de vision :
31
Sujet 5 | Énoncé
a) Préciser de quel défaut il s’agit, puis faire une phrase avec le mot « convergent » pour
décrire ce défaut.
b) Indiquer s’il faut creuser ou gonfler la membrane de la lunette autofocus pour corriger ce
défaut de vision.
3 Caractérisation d’une lentille
On considère une lentille notée L1 , de vergence V1 = + 2 δ et une lentille L2 , de vergence V2 = − 2 δ .
a) Donner le nom de l’unité représentée par le symbole δ .
b) Préciser laquelle des deux lentilles correspond à celle de la figure B du document.
4 On s’intéresse à la lentille de la figure B. La figure B représente une correction pour un
défaut de vision correspondant à un œil :
hypermétrope.
emmétrope.
presbyte.
myope.
5 Correction de la presbytie
La presbytie gêne la vision des objets proches, pour les adultes d’un certain âge : l’accommodation devient imparfaite, le cristallin n’est plus assez convergent.
a) Schématisation du défaut
Compléter le schéma pour montrer un défaut de presbytie.
b) Expliquer s’il faut gonfler ou creuser la membrane de la lunette autofocus pour corriger ce
défaut de vision.
c) Nommer un autre défaut de l’œil pour lequel on devrait effectuer le même réglage des
lunettes autofocus.
32
Sujet 5 | Énoncé
Comprendre le sujet
Il se compose d’un seul document présentant la lunette autofocus et les caractéristiques de
ses lentilles dont la forme varie en fonction de la quantité de silicone qu’elles contiennent.
Les questions concernent les lentilles et les défauts de vision.
Des réponses trop succinctes qui seraient incomplètes. Veillez à répondre de façon claire
et précise à chacune des questions.
33
Sujet 5 | Corrigé
1 La lentille de la figure A est convergente et sa représentation est l.
2 a) Le défaut observé est la myopie puisque l’image de la bougie se forme en avant de la
rétine, traduisant un manque de convergence de l’œil.
b) Il faut creuser la membrane de la lunette autofocus afin de créer une lentille divergente qui
compensera le défaut de l’œil.
3 a) L’unité représentée par le symbole δ est la dioptrie.
b) La figure B du document représente une lentille divergente qui a donc une vergence négative. C’est la lentille L2 qui correspond à la figure B.
4 La figure B représente une correction pour un défaut de vision correspondant à un œil
myope.
5 a) Le point F’ se forme en arrière de l’œil.
b) Il faut gonfler la lentille afin d’obtenir une lentille convergente dont le centre sera épais et
les bords minces. Cette lentille permettra de ramener l’image de l’objet sur la rétine.
c) L’hypermétropie est également corrigée par des lentilles convergentes puisqu’il s’agit d’un
défaut de convergence de l’œil, où l’image se forme en arrière de la rétine.
34
Amérique du Nord, juin 2013, partie 2
Une élève de première regarde avec une loupe l’écran de son ordinateur. Elle est étonnée de
constater qu’il est constitué de petits points rouges, verts et bleus. Pour comprendre comment
son écran d’ordinateur reproduit toutes les couleurs avec des points rouges, verts et bleus
alors que son imprimante utilise des cartouches de couleur cyan, magenta et jaune, elle se
documente sur les différentes synthèses des couleurs et elle effectue des expériences lors
d’une séance d’enseignement scientifique.
Document 1
Restitution des couleurs
De très nombreux objets de notre vie quotidienne (téléviseurs, ordinateurs, téléphones
portables...) possèdent des écrans plats en couleur. Si la technologie varie d’un écran
à l’autre (affichage à cristaux liquides LCD, plasma...), le principe utilisé est toujours
le même : chaque point de l’image est formé de trois luminophores qui produisent des
lumières rouge, verte et bleue avec des intensités différentes. Ces luminophores sont trop
proches les uns des autres pour que l’œil puisse les distinguer. Le cerveau fait donc, pour
chaque point, la synthèse des lumières reçues par l’œil.
Les imprimantes couleurs possèdent trois cartouches de couleur cyan, magenta et jaune
qui déposent l’encre (pour les imprimantes à jet d’encre) ou la poudre (pour les imprimantes laser) pour créer toutes les couleurs.
Document 2
Cercle chromatique
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Sujet 6 | Énoncé
Questions
1 Expliquer pourquoi un mélange des trois couleurs cyan, magenta et jaune dans les mêmes
proportions permet d’obtenir du noir avec une imprimante à jet d’encre.
2 L’élève de première effectue des expériences pour comprendre comment son écran d’ordinateur et son imprimante reproduisent les couleurs. Elle dispose d’une source de lumière blanche, de trois lumières colorées (rouge, bleue et verte), de six filtres colorés (cyan,
magenta, jaune, rouge, vert et bleu) et d’un écran blanc.
a) Dans une première expérience, elle superpose les lumières colorées et observe les couleurs
sur l’écran. Elle note ses observations sur un schéma récapitulatif.
Parmi les quatre propositions, choisir le schéma correspondant aux observations de l’élève.
36
Sujet 6 | Énoncé
b) Elle souhaite faire une deuxième expérience avec la source de lumière blanche et des filtres
colorés pour comprendre comment son imprimante à jet d’encre reproduit la couleur rouge.
Parmi les quatre propositions, choisir celle qui correspond à l’expérience que l’élève doit
réaliser.
Pour observer la couleur rouge sur l’écran elle doit superposer :
le filtre jaune et le filtre magenta.
le filtre bleu et le filtre vert.
le filtre cyan et le filtre magenta.
le filtre cyan et le filtre jaune.
c) Elle s’aperçoit que sa trousse jaune apparaît rouge lorsqu’elle est éclairée avec de la lumière
rouge. Elle réalise alors une troisième expérience. Elle superpose les filtres jaune et rouge et
les éclaire avec la source de lumière blanche. Elle constate que l’écran est rouge.
Parmi les quatre propositions, choisir celle qui correspond à l’interprétation de l’expérience.
L’élève observe la couleur rouge sur l’écran, car le filtre rouge laisse passer la lumière rouge
et le filtre jaune laisse passer les lumières :
bleue et verte.
bleue, verte et rouge.
rouge et verte.
bleue et rouge.
1. Pour les questions 2. a) et b), il n’est pas facile de mémoriser le résultat de la superposition des couleurs. Vous pouvez vous aider du document 2, le cercle chromatique, qui
présente la variation continue des couleurs : deux couleurs symétriques par rapport au
centre sont dites complémentaires.
2. Pour la question 2. a), il s’agit d’une synthèse additive. Pour la question 2. b), la synthèse
est soustractive, la superposition des deux filtres primaires donne naissance à la couleur
complémentaire.
3 Préciser le type de synthèse des couleurs (additive ou soustractive) mis en jeu :
a) lorsque « le cerveau fait la synthèse des lumières reçues par l’œil » face à un écran ;
b) lors de l’utilisation d’une imprimante à jet d’encre.
Vos connaissances sur les synthèses soustractive et additive ont été mobilisées dans les
questions précédentes. La synthèse soustractive a été expliquée dans la question 1 concernant l’imprimante à jet d’encre, vous pouvez donc être assez succinct et faire un renvoi
à la réponse à cette question si avez été très précis. Par contre, vous n’avez pas expliqué
la synthèse additive qui intervient pour l’œil et le cerveau puisque vous avez coché les
bonnes réponses à la question 2, donc une explication plus approfondie est nécessaire.
37
Sujet 6 | Corrigé
1 Les imprimantes à jet d’encre utilisent le principe de la synthèse soustractive. Ces imprimantes possèdent trois cartouches de couleurs : le cyan, le magenta et le jaune qui sont les
trois couleurs primaires pour la synthèse soustractive. Il s’agit d’un dépôt d’encre dans des
proportions variables qui permet de créer toutes les couleurs.
La synthèse soustractive consiste à combiner l’effet d’absorption de plusieurs couleurs afin
d’en obtenir une nouvelle.
En absence de filtre sur le trajet d’une lumière blanche, toutes les couleurs sont réfléchies,
l’écran est blanc. Si on dépose une couleur, toutes les couleurs sont absorbées, sauf celle qui
est intercalée. Le filtre coloré absorbe ou soustrait une partie du spectre lumineux.
Si on superpose plusieurs filtres (ou plusieurs couleurs), on obtient une nouvelle couleur.
Par exemple la superposition de deux filtres, cyan et magenta, sur une surface blanche permet
d’obtenir du bleu. La superposition du jaune et du cyan donne du vert et celle du jaune et du
magenta donne du rouge. Le bleu, le vert et le rouge sont les couleurs secondaires.
Ainsi, c’est la superposition des couleurs primaires dans différentes proportions qui permet
d’obtenir toutes les couleurs.
La superposition des trois couleurs primaires (cyan, magenta et jaune) dans les mêmes proportions donne du noir, puisque l’on soustrait l’ensemble du spectre coloré.
2 a) Le schéma juste est le schéma 4.
b) Pour observer la couleur rouge sur l’écran elle doit superposer le filtre jaune et le filtre
magenta.
c) L’élève observe la couleur rouge sur l’écran, car le filtre rouge laisse passer la lumière
rouge et le filtre jaune laisse passer les lumières rouge et verte.
3 a) La synthèse additive intervient lorsque l’œil perçoit les couleurs face à un écran.
La rétine renferme trois types de cônes sensibles à trois longueurs d’onde différentes, le bleu,
le vert ou le rouge (les couleurs primaires). Des messages nerveux sont envoyés au cerveau en
fonction des stimulations de ces trois types de photorécepteurs. Une synthèse additive est réalisée, c’est-à-dire qu’en « additionnant » dans différentes proportions ces différentes couleurs,
on obtient toutes les couleurs. Deux couleurs sont complémentaires si par synthèse additive
elles donnent du blanc. Le cercle chromatique, qui représente la succession des couleurs dans
un cercle, permet de retrouver les couleurs complémentaires, disposées de façon symétrique
par rapport au centre.
b) La synthèse soustractive est mise en jeu lors de l’utilisation d’une imprimante à jet d’encre.
(Voir réponse détaillée à la question 1.)
38
Pendant les vacances scolaires, la famille Martin décide de visiter cette grotte paléolithique
située sur la commune de Montignac en Dordogne. Surnommée la « chapelle Sixtine de l’art
pariétal », l’âge de ses peintures est estimé entre 18 600 et 18 900 ans. Malheureusement,
en arrivant sur place, les visiteurs s’aperçoivent qu’ils ne pourront accéder qu’au fac-similé :
Lascaux II.
Document 1
La palette des peintres de Lascaux
La palette des artistes d’art pariétal est relativement restreinte. Elle associe essentiellement le noir à l’éventail des couleurs chaudes, brun foncé, rouge et jaune.
Les colorants minéraux utilisés, abondants dans la région de Lascaux, sont principalement
l’oxyde de fer ou de manganèse et le charbon de bois. Ils furent utilisés sans charge, c’està-dire sans ajout de matière favorisant leur dispersion, sinon l’eau qui sert uniquement de
liant.
Source : d’après www.lascaux.culture.fr et www.semitour.com.
Document 2
De l’original au fac-similé...
En septembre 1940, quatre adolescents s’intéressent à « un trou de renard » censé ouvrir la
voie d’un souterrain, ils découvrent la grotte de Lascaux. L’importance de la découverte
est inouïe, ce site d’art pariétal est très vite classé au titre des monuments historiques.
39
Sujet 7 | Énoncé
En juillet 1948, après de lourds travaux qui détruisent notamment le cône d’éboulis protecteur de l’entrée de la grotte, celle-ci est ouverte au public.
En 1960, la grotte reçoit 100 000 visiteurs avec des pointes estivales à 1 800 personnes
par jour.
En mars 1963, après avoir reçu plus d’un million de visiteurs et au vu des nombreuses
dégradations, la grotte est définitivement fermée au public.
En juillet 1983, le fac-similé Lascaux ouvre et reçoit plus de 280 000 visiteurs par an.
Source : d’après www.lascaux.culture.fr.
Document 3
Document 4
Synthèse soustractive
40
Sujet 7 | Énoncé
Questions
À l’aide des documents et de vos connaissances, répondre aux questions suivantes :
1 Proposer un terme pouvant judicieusement remplacer celui qui est souligné dans le document 1 en justifiant.
2 Expliquer quelles sont les raisons pour lesquelles la famille Martin n’a pu visiter que le
fac-similé de la grotte de Lascaux.
3 Monsieur Martin a oublié de changer de lunettes et pénètre dans la grotte avec des lunettes
de soleil adaptées à sa vue. L’éclairage étant faible, il est obligé de les enlever et ne peut donc
pas profiter du spectacle offert par la salle des taureaux (document 3).
Expliquer, en justifiant la réponse, quel est le défaut de vision de Monsieur Martin, en précisant quel type de verre peut le corriger.
4 Pour garder un souvenir de sa visite, Nicolas, le fils de la famille Martin se fait photographier devant l’entrée de la vraie grotte de Lascaux. Il porte ce jour-là un tee-shirt rouge. Dès
son retour à la maison, il imprime la photo.
À l’aide du document 4, expliquer comment l’imprimante quadrichromique peut restituer sur
papier la couleur du tee-shirt.
Comprendre le sujet
Le sujet comporte quatre questions en lien avec les documents, mais il nécessite des
connaissances de cours. L’art pariétal de la grotte de Lascaux est le point de départ pour
aborder différents aspects du programme : les techniques de coloration, les problèmes de
conservation des œuvres, un exemple d’anomalie de vision et la restitution des couleurs
par les imprimantes quadrichromiques.
Un commentaire des documents sans apport de connaissances ; une confusion entre colorant et pigment ; une confusion entre lentille convergente et lentille divergente.
1. Avant de vous entraîner à faire ce sujet, n’hésitez pas à revoir votre cours concernant
« la représentation visuelle du monde », puisque de nombreuses connaissances sont nécessaires.
2. Lire entièrement le sujet avant de commencer à répondre aux questions et noter au
brouillon les informations tirées de chaque document.
3. Pour chaque question, utiliser tout d’abord les informations intéressantes du ou des
documents, puis compléter votre réponse avec des explications précises en montrant vos
connaissances sur le sujet.
41
Sujet 7 | Corrigé
1 Le mot colorant peut être remplacé par le terme pigment. Les substances colorantes utilisées en peinture sont des pigments en suspension dans un liant.
Le colorant est une espèce chimique soluble dans le milieu qu’il colore. Le pigment naturel
ou de synthèse est par contre insoluble. Il se présente sous forme de poudre colorée qui se
disperse dans le milieu qu’il colore. Il est souvent utilisé avec de l’eau qui constitue le liant.
Le charbon de bois est d’origine organique et permet la couleur noir, les oxydes de fer ou de
manganèse sont d’origine minérale et donnent des couleurs ocre, brun, noir.
2 La famille Martin n’a pas pu visiter la grotte d’origine qui a été fermée au public. En effet,
en raison de l’accroissement du nombre de visiteurs, les peintures rupestres s’altéraient d’où
la nécessité de construire un fac-similé et de préserver le site classé au titre des monuments
historiques.
La couleur des pigments dépend des éléments chimiques qui les constituent. Dans la grotte
de Lascaux, il s’agit de l’oxyde de fer ou de manganèse et le charbon de bois. La couleur
d’un pigment peut être modifiée lorsque les paramètres de température et de pH changent.
En 1948, le cône d’éboulis qui protégeait la grotte est détruit, modifiant la température et le
degré d’humidité à l’intérieur de celle-ci.
De plus, le nombre de visiteurs augmentant année après année (de 100 000 à 1 million), la
température de la grotte tend à augmenter tandis que l’humidité diminue et que le dioxyde
de carbone émis par la respiration réduit le pH, altérant les teintes des peintures rupestres.
L’éclairage de la grotte peut également être un facteur de dégradation puisqu’il favorise le
développement de végétaux qui réalisent la photosynthèse (algues, mousses, lichens...).
La préservation des peintures originales a donc nécessité l’arrêt des visites par un public trop
nombreux.
3 D’après le document 3, Monsieur Martin a une vision floue des peintures de la salle des
taureaux après avoir ôté ses lunettes.
Le punctum proximum (PP), c’est-à-dire la position de l’objet la plus proche de l’œil pour
laquelle l’image formée sur la rétine est nette, et le punctum remotum (PR), position de l’objet
la plus éloignée de l’œil pour laquelle l’image est encore nette, délimitent la zone de vision
distincte. Chez Monsieur Martin, cette zone est plus proche de l’œil et plus restreinte.
Monsieur Martin est myope. L’image de l’objet se forme en avant de la rétine. Cette anomalie
peut être corrigée par des lentilles divergentes qui permettent de former l’image de l’objet
sur la rétine.
4 L’imprimante quadrichromique utilise les quatre couleurs : magenta, jaune, cyan et noir.
Le magenta, le cyan et le jaune sont les trois couleurs primaires en synthèse soustractive. Si
on superpose ces trois couleurs sur le trajet de la lumière blanche, on supprime la transmission
de la lumière et on obtient le noir. Pour obtenir différentes couleurs, on soustrait à la lumière
blanche les trois couleurs primaires dans différentes proportions.
Nicolas a un tee-shirt rouge. La superposition d’encre magenta et jaune permet d’obtenir une
couleur rouge (document 4). Alors, seule la lumière de couleur rouge passe.
L’encre noire est utilisée pour obtenir les différentes nuances de gris.
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Polynésie, septembre 2013, partie 1
Au début du XXe siècle, un ophtalmologue a soigné le peintre impressionniste Claude
Monet, qui souffrait de cataracte.
Après son opération, Monet lui écrit : « Je lis certes non sans mal, mais cette diminution
de vision dehors n’est pas sans m’inquiéter. Songez que, dans quelques jours, il y aura
six mois de la première opération. Ce n’est guère encourageant et je dois vous l’avouer,
cette opération, je la regrette bien. »
Source : lettre extraite de : www.biusante.parisdescartes.fr/.
Document 1
La cataracte de Monet et les conséquences sur son œuvre
« La nuit s’abat progressivement sur l’œuvre de Monet, de 1910 à 1923. Ses œuvres
s’obscurcissent, les contours s’estompent et certaines couleurs disparaissent. Une maladie
de la vision plonge jour après jour davantage le peintre dans les ténèbres. [...]
Le monde à peindre n’est pas composé d’objets, il n’est rien d’autre qu’un patchwork
lumineux et coloré. Ironiquement, Monet allait se rendre compte de la différence entre la
théorie et l’expérience directe lorsqu’il commença à perdre la vue. Victime de cataracte,
le peintre vit son monde se voiler d’année en année, perdant progressivement les principes
clés du mouvement qu’il avait inauguré : la lumière et les couleurs.
Maladie liée à l’âge, la cataracte est une opacification du cristallin. [...] Le cristallin perd
progressivement sa transparence, jusqu’à ce qu’il finisse par absorber complètement la
lumière. En 1911 déjà, il dit avoir « constaté avec terreur qu’il ne voyait plus rien de l’œil
droit ». [...] Il écrit : « Ma mauvaise vue signifie que je vois tout comme au travers d’un
brouillard. » [...] Sa rencontre avec l’ophtalmologue Charles Coutela fut déterminante.
Celui-ci commence par prescrire au peintre des gouttes qui ont pour effet de dilater la pupille. Ce faisant, Monet peut « voir » autour du voile de la cataracte. Grâce à ce traitement,
la pupille se dilate à un tel point que son diamètre dépasse celui du cristallin opacifié, si
bien que la lumière parvient à passer et à impressionner la rétine. Cette solution ne fonctionne toutefois qu’un temps et l’opération ne peut plus être évitée [...]. »
Source : d’après Sébastien Diémoz, Maux d’artistes, ce que disent les œuvres, Belin, 2010.
43
Sujet 8 | Énoncé
Document 2
Document 2. a) : Fonctionnement de la pupille
La pupille est l’orifice situé au milieu de l’iris. Elle nous apparaît noire étant donné que
la majorité de la lumière entrant à l’intérieur de l’œil est absorbée. La variation du diamètre de la pupille est contrôlée par des mouvements involontaires de contraction et de
relâchement du muscle de l’iris. Ces mouvements permettent de réguler l’intensité de la
lumière entrant dans l’œil.
Document 2. b) : Description de l’opération de la cataracte
À l’époque de Monet, l’opération consistait à retirer le cristallin mécaniquement en pratiquant une incision dans la cornée et en retirant la lentille en entier. Aujourd’hui, on utilise
de plus en plus une sonde à ultrasons qui fragmente le cristallin, qui peut être retiré de
façon moins invasive. Il faut ensuite insérer un implant oculaire, lentille de plexiglas,
d’hydrogel ou de silicone. Aujourd’hui, dans 90 % des cas, l’amélioration de la vision est
notable après une opération de la cataracte.
44
Sujet 8 | Énoncé
Document 3
Intensité minimale de stimulation des photorécepteurs en fonction de la longueur
d’onde
On soumet chaque type de photorécepteur à des rayonnements lumineux de longueurs
d’ondes différentes et on mesure l’intensité lumineuse à partir de laquelle il réagit. Les
données obtenues permettent de construire le graphique suivant :
Donnez les raisons pour lesquelles les gouttes prescrites à Monet, puis l’opération de la cataracte qu’il a subie, n’ont pu apporter qu’une amélioration limitée de sa vision, et expliquez
en quoi le traitement actuel est plus efficace.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires).
45
Sujet 8 | Énoncé
Comprendre le sujet
Ce sujet aborde le problème de la cataracte et de l’évolution des traitements en lien avec
l’amélioration des connaissances concernant les mécanismes de la vision et des techniques
opératoires. Il s’agit d’expliquer que les traitements proposés au peintre Monet ont été insatisfaisants parce qu’ils n’ont pas permis de rétablir le fonctionnement normal de l’œil
tandis que les techniques chirurgicales actuelles permettent d’insérer un implant qui remplace le cristallin défectueux. Les documents sont un appui pour amener vos connaissances sur le fonctionnent de l’œil.
Traiter les documents les uns après les autres sans puiser progressivement les informations
utiles à votre argumentation.
Oublier de mettre en lien les structures anatomiques et leur fonction dans le mécanisme de
la vision : la perception des couleurs (les cônes), la sensibilité à la lumière (les bâtonnets),
l’accommodation pour la formation d’une image nette (le cristallin).
1. Lire les documents et surligner les éléments importants.
2. Noter les points à traiter au brouillon, les numéroter pour élaborer votre plan.
L’introduction présente la problématique et le plan : pourquoi le traitement proposé au
début du XXe siècle à Monet était-il inefficace ? Comment cela a t-il été solutionné par le
traitement actuel ?
Le développement aborde les différents points dans un ordre qui peut varier :
– la cataracte : une opacification du cristallin liée à l’âge et ses conséquences sur la vision ;
– l’œil : un système optique et la formation d’une image nette ;
– inefficacité du traitement du début du XXe siècle : gouttes et retrait du cristallin ;
– les solutions du traitement actuel : l’implant.
La conclusion reprend succinctement la réponse à la problématique : l’implant remplace
le cristallin défectueux et permet la stimulation des photorécepteurs de la rétine et l’accommodation.
3. Rédiger en suivant la trame de votre brouillon.
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Sujet 8 | Corrigé
Introduction
Le peintre Monet a vu sa vision se réduire avec l’âge en raison d’un problème de cataracte,
c’est-à-dire une opacification du cristallin, qui a entraîné une perte de la vision de la lumière
et des couleurs. Cependant, au début du XXe siècle les traitements proposés n’ont pas permis
à Monet de recouvrir une vision de bonne qualité. Son témoignage traduit son désarroi et
son inquiétude puisque la réalisation de ses œuvres implique une bonne vision : « [...] cette
diminution de vision n’est pas sans m’inquiéter. Songez que, dans quelques jours, il y aura
six mois de la première opération. Ce n’est guère encourageant et je dois vous l’avouer, cette
opération, je la regrette bien. »
Après avoir expliqué les raisons de cette inefficacité en lien avec le fonctionnement normal
de l’œil, nous verrons que les solutions actuelles de la médecine soignent efficacement les
patients.
I. Un traitement inefficace pour résoudre le problème de la cataracte
Le traitement proposé par le médecin consista dans un premier temps à donner des gouttes,
qui avaient pour fonction de dilater la pupille afin que son diamètre soit supérieur à celui du
cristallin, permettant aux rayons lumineux de parvenir jusqu’à la rétine.
Dans un deuxième temps, l’opération s’est avérée indispensable puisque la vision de Monet
se réduisait encore. Les techniques opératoires de l’époque entraînent des lésions de la cornée
qui est fortement incisée afin de prélever le cristallin (document 2. b). Dépourvu de cristallin,
l’œil de Monet n’est plus aveugle, mais sa vision reste floue.
Les connaissances actuelles sur le fonctionnement de l’œil nous permettent de comprendre
pourquoi ce traitement est insuffisant.
II. L’œil : un système optique
Comment se forment des images nettes et colorées sur la rétine ?
La cataracte est une opacification du cristallin, c’est-à-dire une perte progressive de sa transparence. La lumière ne peut plus traverser le cristallin jusqu’à la rétine et stimuler les photorécepteurs. La personne perd progressivement la vue, à la fois la lumière et la couleur, et peut
devenir aveugle. Monet indique bien : « Ma mauvaise vue signifie que je vois tout comme au
travers d’un brouillard. » (document 1).
Le cristallin joue le rôle de lentille convergente (document 2. a) permettant la formation d’une
image nette sur la rétine. En absence de cristallin, les rayons ne peuvent converger au niveau
de la fovéa. En fonction de l’éloignement de l’objet, l’accommodation se réalise grâce à
la déformation du cristallin sous l’action de la contraction ou du relâchement des muscles
ciliaires qui le soutiennent. Sa courbure (ou vergence) est modifiée, permettant une vision
nette des objets situés à différentes distances.
La rétine renferme les cellules photoréceptrices, les bâtonnets et les cônes qui perçoivent les
rayons lumineux. Les bâtonnets sont sensibles à de faibles intensités lumineuses, environ 1 lux
47
Sujet 8 | Corrigé
pour une longueur d’onde de 500 nm. Il existe trois sortes de cônes sensibles à différentes
longueurs d’onde : 450, 540 et 580 nm pour des intensités lumineuses plus élevées ; 104 et
105 lux environ (document 3).
Ces trois longueurs d’onde correspondent au trois couleurs primaires, bleu, vert et rouge permettant d’obtenir toutes les couleurs par synthèse dans le cerveau. Les cônes sont donc responsables de la vision des couleurs.
La stimulation des photorécepteurs permet la naissance d’un message nerveux, véhiculé par
les nerfs optiques jusqu’au cerveau où il aboutit dans les aires visuelles du cortex. Le cerveau
traite les messages visuels et l’interaction avec d’autres aires (langage, mémoire...) permet la
perception visuelle.
Ces connaissances sur les mécanismes de la vision nous permettent de comprendre que les
gouttes qui dilatent la pupille n’apportent pas de solution à l’opacification progressive du
cristallin et sa suppression, même si elle permet l’entrée des rayons du soleil et la stimulation
de la rétine, ôte toute possibilité d’accommodation donc d’image nette.
III. Efficacité du traitement actuel
Grâce aux instruments de précision, les chirurgiens actuels peuvent réduire au maximum les
incisions réalisées dans la cornée et l’éclatement du cristallin par ultrasons réduit son volume
et facilite son retrait.
Le rétablissement d’une bonne vision pour le patient nécessite la mise en place d’un implant
oculaire, qui remplace le cristallin dans sa fonction d’accommodation pour la formation d’une
image nette sur la rétine. C’est une lentille en Plexiglas, hydrogel ou silicone. Celle-ci a la
capacité de se déformer. En absence d’implant, l’accommodation ne serait pas possible.
Conclusion
Monet n’a pas pu bénéficier d’un traitement adéquat pour guérir de sa cataracte, ce qui a eu
des conséquences fâcheuses pour la réalisation de ses tableaux. À l’heure actuelle, grâce aux
progrès scientifiques, l’efficacité du traitement de la cataracte consiste à ôter le cristallin et à
le remplacer par un implant qui pourra rétablir le fonctionnement normal de l’œil.
48
Sujet national, juin 2014, partie 1
Document 1
La DMLA
La rétine, qui tapisse toute la partie postérieure de l’oeil, reçoit la lumière et la transforme en influx nerveux grâce aux photorécepteurs (les cônes et les bâtonnets) transmis
au cerveau par le nerf optique.
La Dégénérescence Maculaire Liée à l’Âge (DMLA) est une maladie liée à un vieillissement de la zone centrale de la rétine, appelée macula, dédiée à la vision précise en
particulier utile pour la lecture. En revanche, la rétine périphérique n’est pas atteinte dans
la DMLA, même à un stade tardif de la maladie, permettant une vision sur les côtés indispensable pour s’orienter dans l’espace. La DMLA se manifeste par les symptômes
suivants : baisse de l’acuité visuelle, vision déformée, apparition d’une tache centrale.
La DMLA est fréquente dans les pays développés où elle est devenue la première cause
de baisse sévère de la vision en raison du vieillissement de la population. Si la DMLA
survient à partir de 50 ans, la moyenne d’âge des patients se situe autour de 80 ans. En
France, on estime qu’un million de personnes sont atteintes par la maladie. Les formes les
plus sévères avec une baisse visuelle grave concernent environ 200 000 patients. D’après
les estimations sur le vieillissement de la population, ces chiffres devraient doubler d’ici
2020.
Source : d’après www.association-dmla.com/dmla.php.
49
Sujet 9 | Énoncé
Document 2
Distribution des photorécepteurs et de l’acuité visuelle dans la rétine de l’œil gauche
Source : d’après le Manuel scolaire Sciences 1res ES-L, Éditions Nathan, 2011.
50
Sujet 9 | Énoncé
Document 3
L’implant rétinien
Avec les dispositifs actuels d’implants, la vision que recouvrent les patients est forcément
partielle et grossière. Ils ne voient qu’en noir et blanc, et distinguent surtout des formes
et des couleurs très contrastées. Comme le capteur ne recouvre pas toute la surface de
la rétine, mais seulement une zone de 3 mm de côté, leur champ de vision est réduit à
l’équivalent d’une pochette de CD tenue à bout de bras.
Malgré ces limitations, ces premiers succès sont très encourageants pour ceux qui ont
perdu la vue à la suite d’une rétinopathie pigmentaire, une maladie dégénérative qui détruit les cellules de la rétine. Ainsi, deux patients anglais, aveugles depuis plusieurs années, ont retrouvé une perception partielle de la vue grâce à l’implantation de rétines
artificielles.
Ces mêmes implants devraient aussi être testés dans le futur sur des personnes souffrant
de dégénérescence maculaire.
Sources : Cyrille Vanlerberghe, d’après www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/ et d’après le
site du journal quotidien Le Figaro, mai 2012, www.lefigaro.fr/actualite.
51
Sujet 9 | Énoncé
Document 4
Évolution de la résolution de l’implant électronique
Source : d’après le site australien www.gizmag.com/australian-bionic-eye-prototype.
L’observation d’une image complexe (paysage ou visage) permet de comprendre immédiatement le premier challenge des prothèses rétiniennes qui tient dans la nécessité d’augmenter le nombre de microélectrodes et donc leur densité.
Il faut compter 73 000 euros pour le modèle Argus II, deuxième génération du modèle
Argus, créé en Californie en 2009. Pas à la portée de toutes les bourses donc. En Europe,
une soixantaine de patients en ont pour l’heure bénéficié.
De plus, il faut préciser que la pose de ce type d’implant nécessite un geste de chirurgie
hautement spécialisé. L’intervention dure plus de quatre heures et ne peut être réalisée
que par des chirurgiens très expérimentés.
Sources : La lettre des neurosciences, automne-hiver 2012, www.neurosciences.asso.fr ; Panorama,
magazine pour les professionnels de la vue, juin 2009 ; et
www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/.
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Sujet 9 | Énoncé
Dans le cadre d’un concours scientifique ouvert aux lycéens, vous avez choisi de présenter
un sujet sur l’utilisation des nouvelles technologies dans le domaine de la vision.
Vous chercherez à convaincre le jury du concours de l’importance du développement de l’implant rétinien, dans le cas de la DMLA, tout en étant conscient de ses limites.
Comprendre le sujet
Le sujet porte sur une maladie de la rétine, la DMLA ou Dégénérescence Maculaire Liée
à l’Âge, qui résulte d’un vieillissement de la zone centrale de la rétine, ainsi que sur les
perspectives de traitement des malades, à l’aide d’un implant électronique qui constitue
une véritable rétine artificielle. Il s’agit de présenter cette technique avec ses avantages,
mais aussi ses difficultés actuelles. Les documents vous apportent toutes les informations
sur l’implant électronique et vous devez faire le lien avec le fonctionnement normal de
l’œil.
Attention de ne pas être trop succinct et de bien exploiter toutes les informations des
documents en faisant le lien entre le fonctionnement normal de l’œil et le rôle de l’implant.
1. Lire et surligner dans les documents les données importantes.
2. Faire votre plan au brouillon et noter les notions importantes à expliquer.
Introduction : présente l’objet de l’exposé : l’importance de la recherche sur l’implant
rétinien, micro-puce électronique, pour soigner les patients atteints de DMLA.
Développement
intègre l’exploitation des documents et les apports de connaissances.
– la DMLA, une maladie aux symptômes très handicapants ;
– la mini–puce électronique : une rétine artificielle. Des résultats prometteurs. Des limites
à surmonter (une vision partielle, un coût important, une chirurgie de haute précision)
Conclusion : l’utilisation des nouvelles technologies intervient de plus en plus en médecine pour soigner les patients. Une micro-puce électronique peut remplacer la partie de la
rétine défectueuse dans le cas de la DMLA et les travaux de recherche sur les prototypes
sont indispensables et prometteurs.
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Sujet 9 | Corrigé
Introduction
Les nouvelles technologies ouvrent de plus en plus de perspectives dans le domaine de la
médecine. Dans le cadre de ce concours scientifique, j’ai choisi de vous présenter l’utilisation
d’implants électroniques dans le traitement de la DMLA ou Dégénérescence Maculaire Liée
à l’Âge. Dans un premier temps, je présenterai cette maladie et l’ensemble des symptômes
qui en résultent, puis j’aborderai le principe de l’implant rétinien, dont les perspectives sont
tout à fait encourageantes pour le soin des malades, mais qui pose des difficultés.
I. La DMLA, une maladie aux symptômes très handicapants
La dégénérescence maculaire liée à l’âge est due au vieillissement de la zone centrale de la
rétine, appelée macula. La rétine est un tissu nerveux constitué de neurones dont certains, les
photorécepteurs, renferment un pigment rétinien sensible à la lumière. Il existe deux grands
types de photorécepteurs, les cônes et les bâtonnets qui transmettent au cerveau des messages
nerveux par l’intermédiaire du nerf optique (document 1).
Or, les photorécepteurs ne sont pas répartis de façon régulière (document 2). Au centre de la
rétine, la macula, il n’y a que des cônes (densité de 155 × 1000 mm-2 ), cellules photoréceptrices dont les trois catégories, bleues, rouges et vertes, permettent la vision des couleurs. En
périphérie de la rétine, il y a essentiellement des bâtonnets sensibles aux très faibles intensités
lumineuses mais ne permettant pas de distinguer les couleurs. Le point aveugle est une zone
dépourvue de photorécepteurs, point de départ du nerf optique.
La DMLA touche la zone centrale de la rétine, mais non la zone périphérique. Or comme
le montre le graphique du document 2, l’acuité visuelle, c’est-à-dire la capacité de l’œil à
voir dans le détail et à lire (en lien avec la répartition des cônes), est maximale dans cette
zone : 10 dixièmes alors qu’elle se réduit très rapidement en périphérie des deux côtés avec
seulement 1 dixième à 30° et 0,4 à 60°.
Les patients perdent ainsi l’acuité visuelle, voient apparaître une tache centrale et ont une
vision déformée. La lecture n’est plus possible et la gêne est considérable pour la vie quotidienne. Néanmoins, l’orientation dans l’espace reste possible puisque la périphérie de la
rétine n’est pas touchée.
Cette maladie touche de plus en plus de personnes en raison du vieillissement de la population
et de l’allongement de la durée de vie. 200 000 patients ont une forme sévère de DMLA et
on estime que le nombre devrait doubler d’ici 2020.
Il est donc urgent de trouver des traitements efficaces qui permettent aux patients de recouvrir
une vision de bonne qualité, et sur ce point, les nouvelles technologies offrent des perspectives
tout à fait intéressantes.
54
Sujet 9 | Corrigé
II. La mini-puce électronique : une rétine artificielle
1. Des résultats prometteurs
Pour rétablir la vision chez les patients de DMLA dont la rétine est endommagée, il faudrait
remplacer la zone abimée et reconstituer une rétine fonctionnelle.
Il est possible de créer une rétine artificielle grâce à un implant rétinien constitué d’une minipuce électronique de 3 mm composée de micro-électrodes qui réagissent à la lumière et stimulent le nerf optique sous forme de messages électriques.
Cette technique a été utilisée pour soigner des rétinopathies pigmentaires (maladie dégénérative qui détruit les cellules de la rétine) et montrent des résultats très encourageants puisque
deux patients aveugles depuis plusieurs années ont retrouvé une perception visuelle. On peut
donc envisager d’utiliser cette technique pour soigner les patients atteints de DMLA.
2. Des limites à surmonter
a) Une vision partielle
Cependant, l’implant actuel est composé de 16 électrodes qui ne permettent qu’une vision
partielle et grossière. Les patients distinguent surtout les formes, voient en noir et blanc, ou
des couleurs très contrastées.
L’amélioration de la vision nécessite d’augmenter le nombre d’électrodes ; si 16 électrodes
permettent de détecter le mouvement, 100 permettent la reconnaissance d’objets et le déplacement sans aide, et 1 000 électrodes la reconnaissance des visages et des émotions ainsi que
la reconnaissance des lettres pour la lecture. Il s’agit d’une technologie très perfectionnée et
miniaturisée ; dans un même volume, il faudrait placer davantage de microélectrodes.
b) Un coût important
Ces prototypes sont actuellement très coûteux (73 000 euros pour le modèle Argus II), et
beaucoup de malades n’ont pas les moyens de se faire soigner avec cette technique. En Europe, seulement une soixantaine de patients en ont bénéficié, mais on peut espérer que dans
le futur le coût de production se réduira pour traiter la totalité de patients.
c) Une chirurgie de haute précision
Une autre difficulté est la formation des chirurgiens à la pose de ces implants, qui nécessite
des gestes d’une grande précision au cours d’une opération d’une durée de quatre heures. Le
challenge sera d’améliorer la technique chirurgicale afin de réduire la durée de l’opération et
de la rendre accessible à une grande majorité d’ophtalmologistes.
55
Sujet 9 | Corrigé
Conclusion
Les nouvelles technologies, avec la micro-électronique, permettent à l’heure actuelle de
concevoir des rétines artificielles, et plusieurs prototypes sont à l’étude, qui pourraient soigner
les patients atteints de DMLA. Ceux-ci permettent la perception lumineuse et la transmission
de messages nerveux au nerf optique. Les premiers résultats sont très encourageants et on
peut penser que les chercheurs vont trouver des solutions afin de résoudre les difficultés qui
se présentent encore.
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Il s’est vendu en France, 1,5 million de carafes filtrantes en 2008 et près de 2 millions en
2012. Pourquoi un tel succès ?
Document 1
Bien que l’eau du robinet soit potable en France, un grand nombre de foyers a choisi de la
filtrer avant de la consommer. Les principales raisons sont l’odeur et le goût de chlore 1 ,
la dureté de l’eau et éventuellement la présence d’ions nitrate.
L’utilisation de ce type de carafes exige des précautions : il faut changer régulièrement les
cartouches filtrantes et les manipuler avec des mains propres, la moindre contamination
étant propice à la prolifération des microbes, surtout si l’eau est conservée à température
ambiante. L’adoucissement de l’eau du robinet par le filtrage permet de retarder le dépôt
de calcaire, par exemple dans les bouilloires.
L’association « UFC-Que Choisir » a publié en avril 2010 les résultats de plusieurs tests
pour vérifier la pertinence de ce choix. Les tests s’effectuaient sur deux « populations» de
carafes filtrantes utilisées dans des conditions différentes : la première population utilisée
dans un laboratoire, la seconde population utilisée au domicile de 31 familles. Dans les
deux cas l’utilisation a été faite avec de l’eau du robinet.
Dans le premier cas, les exigences d’utilisation attendues sont respectées et les résultats
satisfaisants : le goût du chlore est éliminé, la dureté de l’eau est diminuée. Dans le second
cas, les résultats sont alarmants : alors que la plupart des utilisateurs reçoivent une eau de
robinet potable, l’eau filtrée, souvent conservée quelques jours, est dégradée.
Cela signifie qu’elle contient un fort développement microbien.
Source : d’après Que choisir, avril 2010.
Document 2
Les grandes alertes sur la dégradation de la qualité de l’eau du robinet lancées dans les
années 1990 par « Que Choisir », pour les nitrates, puis pour les pesticides, ne sont plus
d’actualité. Depuis, les stations de traitement se sont multipliées, les captages d’eau potable pollués par les nitrates et/ou les pesticides sont régulièrement abandonnés. Si les
rivières et les nappes souterraines sont toujours très contaminées, la pollution de l’eau du
robinet par les nitrates devient rare, et les dépassements de normes sur les pesticides peu
fréquents.
Source : d’après le site internet de Que choisir.
1. Le chlore dans l’eau est présent notamment sous forme d’ions hypochlorite et d’ions chlorure.
57
Sujet 10 | Énoncé
Document 3
Tests de présence d’ions dans l’eau
Ion testé
Solution test
Test positif si formation d’un
Ions calcium
Oxalate de sodium
Précipité blanc
Ions magnésium
Hydroxyde de sodium
Précipité blanc
Ions chlorure
Nitrate d’argent
Précipité blanc
Ions sulfate
Chlorure de baryum
Précipité blanc
Questions
1 Le filtre de la carafe permet de diminuer fortement la dureté de l’eau en retenant certains
ions. Choisir parmi les ions suivants, les deux ions responsables de la dureté d’une eau : les
ions chlorure, les ions sodium, les ions magnésium, les ions aluminium, les ions calcium.
2 Un utilisateur de ce type de carafe filtre son eau avant de la faire bouillir. Décrire ce qu’il
observera sur la résistance chauffante de sa bouilloire lorsque le filtre ne sera plus efficace.
3 Dans la phase de traitement des eaux naturelles, on introduit du chlore.
a) Indiquer la raison de l’introduction de chlore.
b) Le filtre de la carafe éliminant le chlore (présent dans l’eau sous forme d’ions), indiquer la
précaution à prendre pour conserver pendant un ou deux jours une eau filtrée.
4 On veut tester la présence d’ions chlorure dans une eau préalablement filtrée par la carafe.
58
Sujet 10 | Énoncé
a) Recopier et légender le schéma de l’expérience ci-dessus.
b) Lors de ce test, on a observé la formation d’un précipité blanc. Utiliser cette information
pour évaluer l’état de fonctionnement de la cartouche filtrante.
5 Expliquer pourquoi à l’heure actuelle l’achat d’une carafe filtrante n’est plus utile pour se
protéger des ions nitrate.
Comprendre le sujet
Il aborde l’intérêt des carafes filtrantes pour le traitement de l’eau de robinet. Les cinq
questions portent sur les ions filtrés, l’efficacité du filtre, le rôle du chlore et le problème
des ions nitrates. Les deux premiers documents sont des textes extraits de la revue Que
choisir, et le troisième un tableau qui récapitule la solution test utilisée pour chaque ion
et le résultat obtenu s’il est positif.
Éviter les pièges
Répondez aux questions sans utiliser les documents au risque de ne pas répondre ou de
faire des erreurs.
Lisez bien les documents dans lesquels vous trouverez un certain nombre d’éléments de
réponse aux questions. Ils sont une aide précieuse, d’autant que vous n’avez plus forcément en mémoire les solutions tests et les résultats positifs.
59
Sujet 10 | Corrigé
1 Les ions magnésium et les ions calcium sont responsables de la dureté de l’eau.
2 Lorsque le filtre ne sera plus efficace, l’utilisateur d’une carafe filtrante observera un dépôt
de tartre, c’est-à-dire de calcaire, sur la résistance chauffante de sa bouilloire. Il s’agit d’un
dépôt blanc qui correspond à un précipité contenant les ions calcium et magnésium.
3 a) Le chlore permet d’éviter le développement des micro-organismes dans l’eau, dont les
bactéries.
b) Dans une eau filtrée, dépourvue de chlore, les micro-organismes peuvent se développer.
Pour la conserver un ou deux jours, il est nécessaire de la placer au réfrigérateur puisque le
développement des micro-organismes, dont les bactéries, est fortement freiné par une faible
température (entre 2°C et 6°C).
4 a)
b) Le précipité blanc indique la présence de chlorures : le filtre de la carafe n’est plus efficace.
5 À l’heure actuelle, l’eau qui arrive au robinet a subi différents traitements afin d’en améliorer la qualité et les analyses sont régulières afin de veiller à ce que les normes soient respectées. Concernant les nitrates, les prélèvements d’eau dans les zones polluées sont abandonnés ;
ainsi l’utilisation d’une carafe filtrante pour éliminer cet ion n’a pas de sens. Son action peut
être utile pour réduire le goût du chlore et la dureté de l’eau.
Remarque : les nitrates nuisent à la santé puisque leur transformation en nitrites dans le corps
a un effet cancérigène.
60
Un simple clic pour mettre sous vide soi-même ses aliments
Privilégiée par les professionnels de la restauration depuis de nombreuses années, la mise
sous vide est reconnue pour son efficacité. Aujourd’hui, pour permettre aux particuliers de
conserver leurs produits frais jusqu’à 5 fois plus longtemps, des dispositifs de mise sous vide
sont en vente. Ils permettent en quelques secondes une mise sous vide de la viande, du poisson,
des légumes...
Document 1
La mise sous vide
La mise sous vide est un mode de conservation qui permet une meilleure hygiène alimentaire. En évacuant le dioxygène, elle optimise la conservation des aliments tout en
préservant leurs qualités nutritionnelles et organoleptiques 1 .
De plus, ce mode de conditionnement évite la transmission dans le réfrigérateur des
odeurs qui altèrent le goût d’autres produits.
1. L’apparence, l’odeur, le goût, et la texture constituent les qualités organoleptiques d’un aliment ou d’une boisson.
61
Sujet 11 | Énoncé
Document 2
Durée maximale de conservation de poissons d’eau de mer depuis leur jour de pêche
Durée maximale de conservation en jours en
milieu oxygéné
0 °C
5 °C
10 °C
Saumon
11,8
8,0
3,0
Dorade
32,0
donnée non connue
8,0
Cabillaud
14,0
6,0
3,0
Source :d’après www.fao.org.
Document 3
Effet de la température sur le taux de croissance de deux populations bactériennes
Shewanella putrefaciens et Photobacterium phosphoreum sont deux bactéries très répandues en milieu marin et donc naturellement présentes en surface de la peau des poissons
pêchés. Elles sont responsables de l’altération des poissons crus marquée par l’apparition
d’odeurs indésirables.
Document 3. a) : Accroissement de la population de Shewanella putrefaciens en
fonction de la température
62
Sujet 11 | Énoncé
Document 3. b) : Accroissement de la population de Photobacterium phosphoreum en
fonction de la température
Source : d’après www.fao.org.
Madame X. amatrice de sushis (préparation à base de poisson cru), souhaite acheter un dispositif d’emballage sous vide. En effet, la notice du dispositif utilise notamment comme argument le fait de pouvoir conserver plus longtemps du poisson cru.
Expliquez à Madame X. les gains en termes de conservation que lui apportera cette technique et quelle précaution supplémentaire elle devra respecter entre l’achat du poisson
et sa consommation des sushis afin de garantir leur qualité.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans les différents champs
disciplinaires).
Comprendre le sujet
Le sujet porte sur la conservation des aliments et plus particulièrement sur l’efficacité des
emballages sous vide. Il s’agit d’expliquer les avantages de ce dispositif pour enrayer le
développement des micro-organismes responsables de l’altération des aliments, puis d’en
montrer les limites : citez la nécessité de prendre des précautions supplémentaires, par
63
Sujet 11 | Énoncé
exemple avec des températures de conservation adéquates, puisque certaines bactéries se
multiplient en milieu aérobie et anaérobie. Les documents proposés vous apportent des
données concrètes pour appuyer votre argumentation.
Il ne s’agit pas de procéder à un commentaire des documents les uns après les autres, mais
il faut les mettre en relation et établir un lien avec la problématique.
N’oubliez pas d’apporter des connaissances dans votre argumentation.
Ne confondez pas le milieu « aérobie » (riche en dioxygène) et le milieu « anaérobie »
(sans dioxygène).
1. Lire chaque document attentivement et noter ou surligner les éléments importants.
2. Faire un plan détaillé de votre argumentation au brouillon, en citant les documents et en
apportant des connaissances simples mais qui montrent que vous avez compris le sujet.
Introduction : exposé de la problématique. Quels sont les avantages de l’emballage sous
vide des aliments pour leur conservation ? Quelle est la condition indispensable pour une
bonne efficacité de ce dispositif ?
Développement : vous pouvez d’abord rédiger une partie sur le principe de ce dispositif
et ses avantages (document 1 et connaissances) :
– principe : supprimer l’air donc le dioxygène pour limiter les proliférations des microorganismes ;
– avantages : conservation des qualités nutritionnelles et organoleptiques (odeur, apparence, goût, texture), pas de transmission d’odeurs, limiter les risques de toxi-infection
alimentaire (exemples à citer).
Exposez ensuite dans une autre partie la précaution supplémentaire liée à ce dispositif :
– étude de la conservation de poissons à différentes température (document 2) ;
– étude des conditions d’accroissement des deux souches bactériennes (document 3) ;
– les précautions à prendre à partir de l’achat du poisson jusqu’à la confection des sushis
(connaissances personnelles) et conservation des emballages sous vide au réfrigérateur.
Conclusion : c’est l’aboutissement de votre argumentation. Elle vous permet de répondre
à la problématique de façon synthétique : l’emballage sous vide des sushis est efficace s’il
est placé à faible température.
64
Sujet 11 | Corrigé
Madame, vous souhaitez acheter un dispositif d’emballage sous vide afin de conserver plus
longtemps vos sushis qui sont préparés à base de poissons crus. Vous avez tout à fait raison car il vous permettra de garder vos produits cinq fois plus longtemps tout en préservant
leurs qualités nutritionnelles et organoleptiques (apparence, odeur, goût et texture). Je vais
vous expliquer en quoi l’emballage sous vide permet de réduire la prolifération des microorganismes responsables de la dégradation des aliments. Néanmoins, quelques précautions
supplémentaires sont indispensables puisque les différentes bactéries ne se développent pas
toutes dans les mêmes conditions de température et d’oxygénation.
Les avantages de l’emballage sous vide
Le principe de l’emballage sous vide consiste à supprimer l’air en contact avec l’aliment,
et notamment le dioxygène. Or, nous savons que la plupart des micro-organismes qui sont
responsables de l’altération des produits ont besoin de dioxygène. Ils se nourrissent de la
matière organique et des minéraux contenus dans l’aliment et se développent d’autant plus que
les conditions sont favorables : richesse en matière organique, présence d’eau, température et
pH adaptés suivant les espèces, présence de dioxygène pour certains.
En freinant leur développement, on augmente ainsi la durée de conservation des aliments
frais tels que les sushis jusqu’à cinq fois plus longtemps. Les caractéristiques nutritionnelles
et organoleptiques de l’aliment sont conservées et on supprime la transmission des odeurs à
d’autres produits dans le réfrigérateur.
L’emballage sous vide concourt à une bonne hygiène puisqu’il évite la prolifération de microorganismes pathogènes (bactéries, champignons, virus ou protozoaires) pour l’homme, qui
peuvent être responsables d’intoxications alimentaires provoquant diarrhées, fièvres, vomissements, céphalées et autres problèmes de santé. C’est le cas de la salmonellose, de la listériose ou de la toxoplasmose. Le botulisme est aussi une toxi-infection, rare mais très grave,
due à une bactérie anaérobie, le Clostridium botulinum, produisant dans l’aliment la toxine
botulinique qui perturbe le système nerveux et peut causer la mort par asphyxie.
Y a-t-il une précaution supplémentaire à prendre pour assurer son efficacité ?
Le développement optimal des différentes souches bactériennes ne se fait pas toujours dans
les mêmes conditions.
Les deux bactéries, Shewanella putrefaciens et Photobacterium phopshoreum, sont responsables de l’altération du poisson cru et de l’apparition d’odeurs indésirables. Quelles sont les
conditions de température et d’oxygénation favorables au développement de ces bactéries ?
L’emballage sous vide est-il efficace ? Y a-t-il des précautions supplémentaires à prendre pour
optimiser l’efficacité de l’emballage sous vide ?
65
Sujet 11 | Corrigé
Conservation de poissons à différentes températures
Le document 2 nous présente en exemple la durée maximale de conservation de trois poissons
en milieu oxygéné en fonction de la température. On constate, dans les trois cas, que la durée
de conservation est plus longue si la température est basse : à 0 °C, saumon, cabillaud et
dorade se conservent respectivement 11,8 jours, 14 jours et 32 jours. À 5 °C, le saumon ne
se conserve plus que 8 jours et le cabillaud 6 jours, puis à 10 °C, les durées se réduisent
considérablement à 3 jours pour le saumon et le cabillaud, et à 8 jours pour la dorade. Ces
résultats nous montrent que la température de conservation est primordiale.
Accroissement des bactéries en fonction de la température et du milieu aérobie
et anaérobie
Le document 3 nous présente le taux de croissance des deux populations bactériennes, Shewanella putrefaciens et Photobacterium phopshoreum qui se développent sur le poisson cru
en fonction de la température et de la présence ou non de dioxygène.
La bactérie Shawanella putrefaciens se développe mieux en milieu oxygéné. En effet, elle
présente un taux d’accroissement de 100 % pour une température de 29 °C environ en milieu
aérobie tandis qu’elle atteint seulement 62 % d’accroissement pour une température de 27 °C
en milieu anaérobie. On observe que la croissance est très faible à 0 °C (environ 2 %), et
réduite jusqu’à 5 °C (environ 10 %), puis le développement de la population bactérienne augmente rapidement quand la température augmente pour chuter dans les fortes températures.
Concernant la bactérie Photobactérium phosphoreum, ses conditions optimales de croissance
sont un milieu anaérobie et une température d’environ 17 °C pour un taux d’accroissement
de 44 %. En aérobie, à 19 °C, le taux d’accroissement maximal est de 39 %. On observe
également un moindre développement à faible température.
Nous voyons par l’étude de ces deux graphiques que les souches bactériennes n’ont pas le
même développement en fonction des conditions de température et d’oxygénation, mais dans
les deux cas une température proche de zéro limite leur développement.
Ainsi, le fait de placer les aliments dans le réfrigérateur permet de réduire le développement
de ces bactéries.
Des précautions dès l’achat
Au moment de l’achat, Madame, je vous conseille de faire attention à l’aspect du poisson et
à l’absence d’odeur qui montre qu’il est bien frais. Ensuite, il est important de ne pas rompre
la chaîne du froid et de transporter votre poisson dans un sac isotherme afin de le maintenir
entre 0 °C et 6 °C (sur l’étal du poissonnier, il est posé sur la glace donc proche de 0 °C). À
votre domicile, vous le conserverez au réfrigérateur et réaliserez les sushis si possible dans
les heures qui suivent.
Les précautions d’hygiène habituelles vous permettent de limiter le risque de contaminations
microbiennes : se laver les mains avant de cuisiner, laver le poisson, manipuler sur un plan
de travail et avec des ustensiles très propres, etc.
66
Sujet 11 | Corrigé
Les emballages sous vide doivent être placés au réfrigérateur dès leur confection, ce qui
maintient l’aliment entre 2 °C et 6 °C. Cette zone de température permet de prolonger la
durée de conservation des sushis, en limitant le développement des bactéries puisque les deux
étudiées peuvent proliférer en milieu anaérobie (surtout la Photobacterium phosphoreum).
Ainsi, les conditions anaérobies de l’emballage sous vide ne sont pas suffisantes pour
enrayer les proliférations bactériennes.
Conclusion
Les aliments placés dans un emballage sous vide mis au réfrigérateur peuvent être conservés
beaucoup plus longtemps tout en gardant leurs propriétés, puisque ces conditions permettent
de limiter considérablement le développement des micro-organismes responsables de l’altération des aliments.
67
Le « poisson aromatisé à la fumée » est préparé avec des arômes de fumée, mais sans être
soumis à un procédé de fumage. Au Canada, le règlement « B.21.025 », qui vise à assurer
l’innocuité des produits de poisson aromatisé à la fumée distribués et vendus, impose un
certain nombre de règles dont on cherche à comprendre l’intérêt.
Document 1
Conditions de conservation du poisson aromatisé à la fumée
Les emballages étanches à l’air (emballages sous vide) [...] empêchent l’échange facile de
l’oxygène avec toute portion du contenu. Le poisson aromatisé à la fumée contenu dans
des emballages étanches à l’air et qui n’a pas été traité par un autre moyen de conservation
doit porter la mention « Garder congelé jusqu’à utilisation ». Ce règlement a été élaboré
suite aux incidents de botulisme (une forme d’intoxication alimentaire) découlant de la
consommation de poisson aromatisé à la fumée, emballé sous vide, mais non congelé
au départ. La bactérie responsable, Clostridium botulinum de type E, est très répandue
dans les milieux marins et, de ce fait, présente dans plusieurs poissons. Cet organisme
présente un problème particulier de santé publique, car dans des conditions favorables il
peut proliférer [...] sans que l’aliment ne montre aucun signe de détérioration. Le règlement B.21.025 interdit la vente d’animaux marins ou d’eau douce auxquels on a ajouté
un arôme de fumée liquide s’ils sont emballés dans un contenant étanche à l’air sauf si
le contenant a subi, après scellage, un traitement par la chaleur et pendant une période
permettant de détruire toutes les spores de Clostridium botulinum, ou si la teneur en sel
des produits dans le contenant est égale ou supérieure à neuf pour cent.
68
Sujet 12 | Énoncé
Document 2
Observation de l’aspect et de l’odeur du poisson au bout de 3 jours de conservation
dans des conditions différentes
Conditions de
conservation du
poisson
Aspect
Emballé sous vide et
placé au
réfrigérateur
Non emballé et placé
au réfrigérateur
Non emballé et placé
à température
ambiante
Aspect de la peau
Pigmentation
brillante. Pas de
décoloration.
Terne. Pigmentation
en voie de
décoloration.
Décoloration de la
pigmentation bien
avancée.
Aspect de la chair
Lisse et brillante, pas
de changement de
couleur initiale.
Terne.
Terne.
Saveur et odeur
Saveur douce. Pas de
mauvaise odeur.
Aigre et presque
nauséabonde.
Nauséabonde.
Source : d’après l’Agence canadienne d’inspection des aliments.
69
Sujet 12 | Énoncé
Document 3
Les différentes formes de vie de Clostridium botulinum de type E et les passages d’une
forme à une autre en fonction des conditions du milieu
Lorsque les conditions du milieu deviennent défavorables (manque de nourriture, teneur en
sel supérieure ou égale à 9 %, température inférieure à 3.3 °C...), la bactérie se transforme en
une spore très résistante, incapable de se multiplier ou de libérer la toxine botulique.
Lorsque les conditions redeviennent favorables (présence de substances nutritives, teneur en
sel inférieure à 9 %, température favorable, voir le tableau ci-dessous), la spore germe pour
donner une bactérie, qui pourra se multiplier et libérer la toxine botulique.
70
Sujet 12 | Énoncé
Températures favorables au développement des bactéries Clostridium botulinum de
type E
Température en °C la plus
favorable
Température en °C
minimale
Croissance de la population
bactérienne
30
3,3
Germination de la spore en
bactérie
37
10
Un consommateur, peu attentif aux mentions notées sur l’emballage du poisson aromatisé à
la fumée emballé sous vide, veut conserver celui-ci dans son réfrigérateur, à 5 °C.
Convainquez-le de respecter la recommandation « Garder congelé jusqu’à utilisation », en
expliquant notamment comment une réfrigération à 5 °C limite les signes de détérioration
mais ne garantit pas l’innocuité de ce produit.
Comprendre le sujet
Ce sujet porte sur les conditions de conservation du poisson aromatisé à la fumée qui
doivent être particulières en raison de la présence très fréquente sur le poisson de la bactérie Clostridium botulinum de type E, responsable du botulisme, toxi-infection alimentaire
grave.
Il s’agit de montrer l’intérêt de la congélation pour empêcher le développement de la
bactérie, qui présente deux formes de vie, bactéries et spores.
Vous devez convaincre, avec des arguments scientifiques sérieux, un consommateur qui
souhaite conserver son poisson sous vide au réfrigérateur à 5 °C et non au congélateur.
Une étude des documents les uns après les autres sans les intégrer dans une argumentation.
Vous devez mobiliser vos connaissances sur les conditions de développement des bactéries
(température, matières organiques, mais les particularités du Clostridium botulinum sont
précisées dans les documents du sujet).
1. Lire attentivement chaque document et noter ou surligner les informations importantes.
71
Sujet 12 | Énoncé
2. Faire le plan au brouillon.
Introduction : exposé de la problématique. Nécessité de congeler le poisson aromatisé
à la fumée dans son emballage sous vide pour empêcher le développement de la bactérie
Clostridium botulinum. La réfrigération à 5 °C ne suffit pas.
Développement :
– les caractéristiques de la bactérie Clostridium botulinum : effets sur la santé, les différentes formes de vie (bactéries et spores), les conditions favorables au développement
des bactéries et à la germination des spores (document 3) ;
– la conservation du poisson : les signes de détérioration dans différentes conditions de
conservation (document 2), les recommandations de l’Agence canadienne d’inspection
des aliments (document 1), les garanties de la congélation.
Conclusion : une congélation est indispensable pour garantir l’innocuité du produit.
3. Rédiger en vous adressant au consommateur et en suivant votre plan argumenté.
72
Sujet 12 | Corrigé
Cher Monsieur,
Vous venez d’acheter du poisson aromatisé à la fumée, emballé sous vide et vous souhaitez
le conserver dans votre réfrigérateur à 5 °C.
Or, je vous recommande vivement de suivre les consignes de conservation indiquées sur l’emballage, « Garder congelé jusqu’à utilisation », en raison du risque d’intoxication par une
bactérie très souvent présente sur les poissons, appelée Clostridium botulinum, responsable
du botulisme, et dont je vais vous expliquer les caractéristiques de développement.
Le Clostridium botulinum de type E est une bactérie très répandue dans les milieux marins et
donc présente dans plusieurs poissons.
Elle est responsable d’une toxi-infection alimentaire collective (TIAC), le botulisme, véritable problème de santé publique puisqu’elle peut toucher un grand nombre de personnes.
Cette bactérie libère une toxine responsable de nombreux symptômes : vomissement, diarrhée, faiblesse musculaire, difficultés à avaler et sécheresse de la bouche, qui doivent être très
rapidement traités puisque l’intoxication peut être mortelle.
Il s’agit d’un cas d’urgence. En effet, la toxine provoque une paralysie des muscles respiratoires et locomoteurs en bloquant la libération d’un neurotransmetteur, l’acétylcholine, au
niveau des synapses neuromusculaires et peut entraîner le décès de la personne.
La bactérie présente la particularité d’exister sous deux différentes formes de vie en fonction
des conditions du milieu, ce qui la rend particulièrement résistante.
Dans des conditions défavorables, en absence de nourriture, avec une température inférieure
à 3.3 °C et une teneur en sel supérieure ou égale à 9 %, la bactérie se transforme en spore
dormante, résistante, incapable de se multiplier, ni de libérer la toxine botulique.
Mais lorsque les conditions deviennent favorables (température optimale de 37 °C et température minimale de 10 °C, teneur en sel inférieure à 9 %, présence de substances nutritives),
les spores germent et donnent des bactéries qui se multiplient rapidement et libèrent la toxine
botulique.
La croissance de la population bactérienne se fait dans des conditions optimales de température de 30 °C.
Ainsi, il est nécessaire de tenir compte des particularités de cette bactérie pour limiter sa
prolifération lors de la conservation des aliments, d’autant que les signes de détérioration du
poisson ne sont pas toujours visibles.
L’Agence canadienne d’inspection des aliments a réalisé une comparaison de l’aspect et de
l’odeur du poisson après 3 jours dans différentes conditions de conservation.
Emballé sous vide et placé au réfrigérateur (à 5 °C), l’aspect de la peau et de la chair est
brillant avec une couleur parfaitement conservée et la saveur de la chair est douce et sans
odeur. Un poisson non emballé sous vide et placé au réfrigérateur verra sa peau et sa chair
apparaître ternes et décolorés, tandis que la saveur deviendra aigre et l’odeur nauséabonde.
Enfin, placé à température ambiante et non emballé, la peau du poisson se décolorera au bout
de trois jours, la chair sera terne et l’odeur sera nauséabonde.
73
Sujet 12 | Corrigé
Ces observations nous montrent que la dégradation de l’aliment se fait très rapidement si les
conditions de conservation ne sont pas satisfaisantes (température trop élevée, contact avec
l’oxygène de l’air). Un emballage sous vide empêchant l’échange du contenu avec l’oxygène
de l’air et une température de 5°C permet de conserver le poisson afin qu’il garde un aspect
et une saveur convenables.
Mais ces conditions suffisent-elles à empêcher le développement de la bactérie, Clostridium
botulinum ou la germination de ses spores ?
Nous avons vu précédemment que la croissance de la bactérie se fait pour une température
minimale de 3.3 °C : une réfrigération à 4 °C n’est donc pas suffisante.
De plus, Clostridium botulinum est une bactérie anaérobie, c’est-à-dire qu’elle peut se développer en absence de dioxygène. La conservation sous vide au réfrigérateur permet de limiter
le développement de certaines bactéries aérobies, mais non celui de Clostridium botulinum.
Pour cette raison, l’Agence canadienne d’inspection des aliments préconise de conserver les
poissons aromatisés à la fumée dans des emballages sous vide et au congélateur, s’il n’y a pas
eu de traitement par la chaleur permettant de détruire les spores du Clostridium ou si la teneur
en sel est supérieure ou égale à 9 %, conditions défavorables à la germination des spores. En
effet, le poisson aromatisé à la fumée n’est pas soumis à un procédé de fumage, donc n’a pas
subi de traitement à la chaleur.
Compte tenu de ces différents éléments, je vous conseille vivement de placer votre poisson
aromatisé à la fumée dans son emballage sous vide au congélateur. Ainsi, il ne se détériorera
pas et vous garantirez l’innocuité de votre produit.
74
Document 1
La qualité de l’eau du robinet
Le consommateur d’eau en bouteille est surtout influencé par la perception qu’il a de la
qualité de l’eau du robinet. Des enquêtes spécifiques montrent que, dans certaines régions,
46 % des consommateurs préfèrent l’eau en bouteille dont 22,6 % du fait de la pollution
(craintes de produits toxiques et de risques pour la santé).
Source : d’après La revue du BRGM (bureau de recherches géologiques et minières), mars 2007.
L’eau du robinet est le produit alimentaire le plus surveillé. Elle est soumise à de multiples analyses, depuis son origine jusqu’au robinet, et à des contrôles quotidiens. [...] Les
résultats de ces mesures [...] permettent de garantir que l’eau produite est conforme aux
normes sanitaires. Dans de très rares cas, donnant lieu à des informations locales officielles (pollution des nappes dans certains secteurs après de fortes pluies, par exemple),
l’eau du robinet n’est plus propre à la consommation.
L’odeur d’eau de Javel qui se dégage parfois de l’eau du robinet est due au chlore ajouté
à l’eau. Le chlore est utilisé pour garantir la totale qualité bactériologique de l’eau durant
son transport dans les canalisations jusqu’à votre robinet. Il contribue aussi à la sécurité
de votre eau, car il réagit avec la plupart des polluants.
Il faut enfin savoir que l’eau distribuée ne contient que très peu de plomb (5 µg/l est un
chiffre courant). Par contre, si l’eau a stagné dans les tuyaux (par exemple l’eau utilisée en
début de journée), elle a pu se charger un peu en plomb si les canalisations (branchement
d’immeuble, tuyauteries du bâtiment) sont encore en plomb.
Voici quelques petites astuces :
– avant de consommer l’eau, laissez-la couler quelques instants ;
– remplissez la carafe d’eau un peu avant de passer à table ;
– placez votre carafe d’eau au réfrigérateur. Fraîche, et ayant perdu son goût de chlore,
elle sera appréciée.
Attention : l’eau en bouteille, une fois ouverte, ou l’eau du robinet, ne doivent pas être
consommées après un ou deux jours, car elles sont progressivement contaminées par les
bactéries présentes dans notre environnement quotidien.
Source : d’après www.ecologie.gouv.fr.
75
Sujet 13 | Énoncé
Document 2
Le prix de l’eau
Lorsque vous achetez une bouteille d’eau, ce n’est pas le liquide que vous payez le plus
cher, mais l’emballage qui finira à la poubelle (coût du liquide : 20 % ; coût de l’emballage : 80 %).
Source : d’après www.ecologie.gouv.fr.
Comparaison du prix moyen de l’eau selon les associations rassemblées au sein de la
Maison de la Consommation et de l’Environnement
Prix moyen 1
Eau du robinet
Eau minérale en bouteille
1,87
240
(en euros/ an/ personne)
Source : d’après le site du journal hebdomadaire L’Express, www.lexpress.fr.
Document 3
Eau en bouteille et environnement
L’eau en bouteille, en plus de son prix élevé, engendre un coût énergétique important.
En effet, le plastique utilisé dans sa fabrication, le polyéthylène téréphtalate (PET), un
dérivé du pétrole brut, nécessite plusieurs millions de litres de pétrole par an. En effet, il
faut près de 2 kg de pétrole brut pour fabriquer 1 kg de PET.
L’industrie de l’eau en bouteille génère chaque année plusieurs milliers de tonnes de déchets. Une eau parcourt en moyenne 300 km, de l’embouteillage au recyclage. Un recyclage dont les méthodes sont de plus en plus souvent pointées du doigt. En effet, dans
certains pays, faute de structures adaptées ou à cause de coûts trop élevés, les bouteilles
vides en plastique sont parfois exportées pour être traitées dans d’autres pays comme
la Chine.
L’eau du robinet, qui ne requiert aucun emballage, donc pas de pétrole, permettrait d’économiser environ 10 kg de déchets par an et par personne par rapport à l’eau embouteillée.
Source : d’après le site du journal hebdomadaire L’Express, www.lexpress.fr.
1. Pour 1,5 l de boisson par jour
76
Sujet 13 | Énoncé
Vous êtes membre du club « développement durable » de votre lycée et vous découvrez une
campagne publicitaire vantant la consommation de l’eau en bouteille.
Rédigez un article à paraître dans le journal du lycée présentant les avantages de l’eau du robinet par rapport à l’eau en bouteille auprès de vos camarades.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et sur vos
connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans les différents
champs disciplinaires).
Comprendre le sujet
Il s’agit de développer votre argumentation dans un article du journal du lycée afin de
convaincre vos lecteurs des avantages de l’eau du robinet et de les sensibiliser au développement durable.
Le marketing lié à la vente de l’eau en bouteille peut mettre en doute les qualités de l’eau
du robinet pour augmenter les ventes, et donc influencer le consommateur qui ne possède
pas toutes les données sur la question. Les documents vous apportent de nombreuses données sur la surveillance de l’eau du robinet, la comparaison du prix de l’eau et l’impact
des bouteilles en plastique sur l’environnement.
Une description des documents les uns après les autres sans les intégrer dans une argumentation.
1. Lire chaque document attentivement et noter ou surligner les éléments importants.
2. Faire un plan détaillé au brouillon de votre argumentation.
Introduction : exposé de la problématique. Des publicités encouragent à la consommation
d’eau en bouteille : l’eau du robinet est-elle moins fiable que l’eau en bouteille pour la
santé ? Quels sont les avantages de l’eau du robinet pour la santé, l’environnement ?
Développement :
– une partie sur les qualités de l’eau du robinet (physico-chimiques, bactériologiques,
gustatives...), définition de la potabilité, les nombreuses analyses ;
– une partie sur les avantages de l’eau du robinet du point de vue économique et écologique : notion de développement durable (n’oubliez pas de citer des valeurs chiffrées).
Conclusion : c’est l’aboutissement de votre argumentation qui vous permet d’inciter votre
lecteur à boire l’eau du robinet.
3. Chercher un titre « accrocheur » à votre article et rédiger en suivant la trame de votre
brouillon.
77
Sujet 13 | Corrigé
« Eau du robinet, eau en bouteille : que choisir, qui croire ? »
Chers lycéennes et lycéens,
Je m’adresse à vous tous aujourd’hui parce que j’ai découvert récemment une campagne
publicitaire incitant à la consommation d’eau en bouteille, d’une marque que je ne citerai
pas, qui indiquait :
« Buvez l’eau de bouteille X,
Une garantie de qualité,
Une garantie pour votre santé »
L’eau du robinet n’est-elle pas sûre ? Serait-elle même une menace pour notre santé ?
Je fais partie d’un club « développement durable » et pour vous je suis allé chercher un certain
nombre d’informations fiables, afin que chacun puisse choisir son eau de boisson en connaissance de cause, s’interroger sur la qualité de l’eau, mais aussi sur l’impact sur l’environnement
de la fabrication de bouteilles. Voici les données :
L’eau du robinet : une qualité moindre que l’eau en bouteille ?
Le choix de notre eau de boisson est influencé par notre perception de la qualité de l’eau. Ainsi
une enquête tirée de la revue du BRGM de mars 2007 a montré que 46 % des consommateurs
préfèrent l’eau en bouteille, dont 22,6 % en raison de la peur de pollution de l’eau par des
produits toxiques, qui entraîneraient des risques importants pour la santé.
Cette perception est-elle justifiée ou résulte-t-elle des campagnes publicitaires de l’industrie
de l’eau en bouteille ?
Qualités physico-chimiques et bactériologiques de l’eau du robinet
L’eau du robinet est soumise à des normes très précises de potabilité qui comprennent une
cinquantaine de critères, dont certains relatifs à la santé publique : concentration en ions,
absence de germes pathogènes (bactéries par exemple), et d’autres en lien avec le bien-être
du consommateur (eau inodore, incolore, goût).
Dans un article du site du ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie,
on précise : « L’eau du robinet est le produit alimentaire le plus surveillé... » En effet, elle est
soumise à des analyses quotidiennes permettant de garantir la qualité de l’eau. Les résultats
d’analyses sont publiés et si un problème survient, par exemple une pollution temporaire
après de fortes pluies, la population est informée et invitée à suspendre momentanément sa
consommation. Ainsi certaines régions, telle que la Bretagne où une pollution par les nitrates
est avérée dans les secteurs de fort élevage porcin et de culture intensive, la population sait
qu’elle ne doit pas utiliser l’eau du robinet comme eau de boisson. Il est vrai que les nitrates
absorbés à fortes doses ont des effets sur la santé : cancers, malformations fœtales.
L’eau du robinet est une eau traitée par du chlore afin de garantir l’absence de contamination
bactérienne lors du prélèvement, puis lors du transport dans les canalisations jusqu’au robinet.
78
Sujet 13 | Corrigé
Il permet également de neutraliser un certains nombre de polluants. Le plomb ne doit pas
dépasser 10 µg/l et les nitrates 50 mg/l.
L’intoxication aiguë au plomb est très rare. Elle provoque des douleurs abdominales, des
diarrhées, des vomissements et les symptômes disparaissent en général après 24 h. Elle résulte très souvent de la stagnation de l’eau dans des canalisations anciennes encore en plomb.
L’eau distribuée ne contient que très peu de plomb (5 µg/l). Le saturnisme, résultat d’une
intoxication chronique, était lié à de mauvaises canalisations en plomb.
Il est recommandé de laisser couler l’eau quelques instants avant de la consommer.
Qualité gustative
L’eau du robinet peut avoir un léger goût de chlore du fait du traitement. Il suffit de placer
une carafe d’eau au réfrigérateur pour qu’elle perde ce goût.
Conservation
Pour conserver les qualités bactériologiques de l’eau du robinet, il ne faut pas consommer de
l’eau qui serait restée dans une carafe après un ou deux jours puisqu’elle sera contaminée par
des bactéries.
Ainsi, l’eau du robinet est beaucoup plus contrôlée que l’eau en bouteille. Elle présente toutes
les garanties de potabilité.
Qu’en est-il maintenant de l’impact financier des consommateurs et de l’impact sur l’environnement de l’utilisation de l’eau du robinet ou de l’eau en bouteille ?
Utiliser l’eau du robinet, c’est une démarche de développement durable
L’eau du robinet, un avantage pour votre porte-monnaie
D’après les données du site www.ecologie.gouv.fr, lorsque l’on achète de l’eau en bouteille,
80 % du prix concerne l’emballage et seulement 20 % l’eau elle-même. Une étude publiée
sur le site du journal hebdomadaire L’Express précise que le prix moyen de l’eau du robinet
est de 1,87 euros/ an/ personne contre 240 euros/ an/ personne pour l’eau en bouteille sur
une base de 1,5 l d’eau de boisson par jour. La différence est considérable ! Ainsi boire l’eau
du robinet vous permet de faire de sacrées économies ! Utilisables à autre chose...
Mais quel est le coût énergétique de fabrication et de recyclage des bouteilles ?
L’eau du robinet, c’est préserver l’environnement
Dans un article sur le site du journal hebdomadaire L’Express, une étude précise qu’il faut
2 kg de pétrole pour fabriquer 1 kg de PET (polyéthylène téréphtalate). Ainsi, des millions
de litres de pétrole sont nécessaires chaque année pour fabriquer des bouteilles en plastique.
À cela s’ajoute le transport des bouteilles (en moyenne 300 km sur tout le parcours), puis
le recyclage, dont les méthodes ne sont pas toujours adaptées. Certains pays exportent les
79
Sujet 13 | Corrigé
bouteilles vides vers la Chine où elles sont traitées. Le coût énergétique devient alors irraisonnable par rapport au produit !
On a calculé que l’utilisation de l’eau du robinet comme eau de boisson permet d’économiser
environ 10 kg de déchets par an et par personne, par rapport à l’eau en bouteille.
Ainsi, la consommation de l’eau du robinet permet de préserver l’environnement en limitant
la consommation de pétrole (qui est une ressource non renouvelable), de limiter les pollutions liées au transport et au recyclage, si ce dernier est mal adapté. L’empreinte écologique
est donc réduite, ce qui préserve les besoins des générations futures, vos futurs enfants et
petits-enfants...
Vous avez maintenant des données fiables qui vous montrent que la consommation de l’eau
du robinet présente de nombreux avantages par rapport à l’eau en bouteille et cette démarche
s’inscrit dans la logique du développement durable qui vise à satisfaire les besoins des populations actuelles sans compromettre ceux des générations à venir.
Mon slogan est :
« Buvez l’eau du robinet,
Une garantie pour votre santé,
Un milieu préservé,
Une responsabilité partagée,
Un avenir respectueux envisagé »
80
La rizipisciculture est une association de la culture du riz et de l’élevage de poissons très
utilisée en Asie et dans certains pays d’Afrique.
Document 1
Des poissons dans les rizières
Enclavée, soumise à des afflux de réfugiés depuis 1990, la Guinée forestière souffre d’une
grave pénurie alimentaire. Comme toute forme d’élevage, la pisciculture pourrait offrir une nouvelle source de nourriture. Cependant, les bas-fonds, propices à la création
d’étangs, sont déjà occupés par les rizières. L’idée a donc été d’associer l’élevage de
poissons à la culture du riz à l’instar de ce qui se fait en Asie. [...]
Source : d’après un article extrait de Sciences au Sud n°7, novembre-décembre 2000, www.ird.fr.
Tilapias pêchés dans une rizière de Guinée
Document 2
Organisation des canaux en rizipisciculture
La rizipisciculture nécessite des transformations des rizières : construction de petites
digues, d’étangs-refuges et de canaux. L’étang-refuge permet aux poissons un accès à
la nourriture quand le niveau de l’eau baisse et facilite leur pêche. La rizipisciculture
nécessite l’achat d’alevins 1 qui seront introduits dans les rizières.
Source : d’après www.ag.aubrun.edu.
1. Jeunes poissons.
81
Sujet 14 | Énoncé
Document 3
Actions des poissons sur l’écosystème rizicole
[...] Les systèmes riz-poisson peuvent améliorer les fertilisations du sol via les excréments
des poissons (permettant une réduction de l’usage d’engrais par rapport à la riziculture
classique). De plus, les poissons dévorent les insectes et les mollusques aquatiques qui
pullulent dans les rizières et se nourrissent des jeunes pousses de riz. Les poissons protègent donc les plants de riz sans qu’il soit nécessaire de recourir aux pesticides. D’autre
part, le fait de laisser la rizière en eau réduit aussi la pousse des mauvaises herbes et donc
l’utilisation de désherbant.
Source : d’après ENGREF Centre de Montpellier, mars 2007.
82
Sujet 14 | Énoncé
Schéma simplifié du fonctionnement de l’écosystème rizicole associé à la pisciculture
Source : d’après Pisciculture extensive en Guinée Forestière. Modèle de développement intégré et
rizipisciculture.
83
Sujet 14 | Énoncé
Document 4
Rendements piscicoles et du riz lors d’une expérimentation menée en 2000 et 2001 en
Guinée
Riziculture
(cas témoin)
Rizipisciculture
Rizipisciculture + son de riz
Les casiers, numérotés de 1 à 9, sont des bassins de riziculture ou de rizipisciculture de 600 m2
chacun.
Rendement
en r/z
1,50 tonne/ha
1,45 tonne/ha
1,65 tonne/ha
Rendement
en poissons
324 kg/ha
700 kg/ha
(pour 100 kg/ha d’alevins
d’Oreochromis nilocitus
introduits)
1055 kg/ha
(pour 100 kg/ha d’alevins
d’Oreochromis nilocitus
introduits)
Source : d’après Pisciculture extensive en Guinée Forestière. Modèle de développement intégré et
rizipisciculture.
84
Sujet 14 | Énoncé
Monsieur T. est responsable du développement de nouvelles formes d’agriculture. Il doit rédiger un rapport sur le projet d’installation d’une rizipisciculture dans un village de Guinée
forestière, projet dont l’objectif est d’améliorer les conditions de vie et la santé des populations tout en préservant l’environnement.
Rédigez le rapport de ce responsable.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires).
Comprendre le sujet
Le sujet porte sur une nouvelle technique agricole associant la culture du riz avec l’élevage du poisson, la rizipisciculture. La forme demandée est un rapport d’expérimentation.
Mettez bien en évidence les différents points, résultats et explications de votre expérimentation avec des titres. Vous devez montrer au correcteur que vous maîtrisez le sujet comme
Monsieur T., responsable du développement de nouvelles formes d’agriculture.
Décrire les documents les uns après les autres. Vous éviterez cette erreur en listant les
différents arguments en faveur de la rizipisciculture au brouillon.
1. Lire chaque document et noter ou surligner les informations importantes.
2. Faire le plan de votre réponse au brouillon (les grandes lignes sont données dans la
question).
Introduction : exposé de la problématique. Pénurie alimentaire, manque de surface agricole pour la pisciculture, expérimentation de la rizipisciculture...
Développement :
– conditions de réalisation d’une rizipisciculture dans une riziculture ;
– répondre aux besoins alimentaires et de santé des populations : des rendements augmentés (résultats des rendements expérimentaux : citer les valeurs chiffrées), apport
alimentaire plus équilibré constitué de protéines animales et végétales ;
– préserver l’environnement : une meilleure fertilisation, une réduction des organismes
nuisibles, une réduction des mauvaises herbes ;
– améliorer les conditions de vie des populations (meilleurs revenus, diminution des
coûts).
Conclusion : rizipisciculture, une agriculture durable.
85
Sujet 14 | Corrigé
Rapport de Monsieur T. concernant le projet d’installation d’une
rizpisciculture dans un village de Guinée forestière
Introduction
La Guinée forestière souffre d’une grave pénurie alimentaire en raison de l’afflux depuis 1990
d’un nombre important de réfugiés. La culture du riz ne suffit pas à satisfaire les besoins alimentaires de la population et occupe tous les espaces qui pourraient servir à la pisciculture.
Dans la perspective du développement de nouvelles formes d’agriculture, un projet d’installation d’une rizipisciculture a été expérimenté. Il s’agit d’associer à la culture de riz, l’élevage
du poisson.
Les résultats de cette expérimentation sont tout à fait positifs et le développement de la rizipisciculture permettrait d’améliorer les conditions de vie et la santé des populations tout en
préservant l’environnement.
Dans ce rapport, je vais donc vous présenter les modalités de mise en place d’une rizipisciculture. Nous verrons ensuite les résultats de l’expérimentation et ses nombreux avantages.
I. Conditions de mise en place d’une rizipisciculture
La rizipisciculture consiste à associer l’élevage à la culture du riz. Elle nécessite quelques
transformations des rizières, réalisables facilement et peu coûteuses. Des petites digues
doivent être construites tout autour de la rizière afin de conserver l’eau. Une entrée et une
sortie d’eau doivent être prévues. Un étang-refuge doit être réalisé au centre de la rizière avec
une certaine profondeur permettant de garantir aux poissons un niveau d’eau suffisant lorsque
le niveau baisse. Ils y trouvent de la nourriture et cela facilite la pêche. Enfin, il est nécessaire
d’acheter quelques alevins à introduire dans la rizière pour débuter la rizipisciculture.
II. Répondre aux besoins alimentaires et améliorer la santé des populations
1. Des rendements augmentés : résultats obtenus lors d’une expérimentation en
2000 et 2001
Nous avons expérimenté une rizipisciculture en 2000 et 2001 et comparé les rendements
obtenus en riz et en poissons dans le cas d’une riziculture classique constituée de trois casiers
(culture témoin), d’une rizipisciculture de trois casiers et dans celui d’une rizipisciculture
dans laquelle a été ajouté du son de riz, avec trois casiers également.
Le rendement d’une rizière est de 1,50 tonne/ha avec un rendement de poissons, les tilapias,
qui viennent naturellement s’y installer, de 324 kg/ha. Le rendement en riz dans la rizipisciculture diminue légèrement à 1,45 tonne/ha, tandis que le rendement en poissons est très
supérieur atteignant 700 kg/ha avec une espèce introduite, Oreochromis nilocitus.
86
Sujet 14 | Corrigé
La réduction du rendement en riz peut s’expliquer par le fait que les poissons vont se nourrir
de jeunes pousses de riz. Dans la perspective de maintenir le rendement du riz, nous avons
ajouté à la rizipisciculture du son de riz, source de nourriture pour les poissons dans les trois
derniers casiers. Nous avons constaté une hausse à la fois du rendement en riz (1,65 tonne/ha)
et du rendement en poissons (1055 kg/ha).
2. Un apport alimentaire plus équilibré
Ainsi, la rizipisciculture associée au son de riz est une solution intéressante pour répondre aux
besoins alimentaires des populations et leur assurer de ce fait une meilleure santé, puisqu’une
alimentation équilibrée apportant des protéines animales et végétales renforce les défenses
immunitaires et permet une bonne croissance des enfants.
III. Préserver l’environnement
La rizipisciculture présente également des avantages non négligeables pour l’écosystème rizicole.
1. Une meilleure fertilisation
Les excréments des poissons contribuent à fertiliser le sol après minéralisation, ce qui va
permettre de réduire les quantités d’engrais. Les excréments sont source d’azote. L’azote
se présente sous deux formes : NO3 - , l’ion nitrate, qui est absorbé par les racines du riz,
élément indispensable à la plante pour sa croissance (photosynthèse) ; l’ion ammonium, NH4 +
qui se fixe sur le complexe argilo-humique (CAH) du sol, chargé négativement. Le CAH
est une surface d’échanges avec les ions de la solution du sol. Les ions (K+ , NH4 + , Ca2+ ...)
sont libérés au fur et à mesure dans la solution du sol, en fonction des prélèvements des
ions minéraux par les plantes. Ainsi les excréments des poissons contribuent à recharger le
complexe argilo-humique.
2. Une réduction des organismes nuisibles
Les poissons dévorent les insectes et mollusques aquatiques nuisibles, qui pullulent et détruisent les jeunes pousses de riz. La présence des poissons permet de réduire les quantités de
pesticides.
3. Une réduction des mauvaises herbes
La rizière est maintenue en eau en permanence en raison des poissons, ce qui limite la prolifération des mauvaises herbes et l’utilisation de désherbants.
Remarque : un excès d’engrais azoté peut entraîner l’eutrophisation du milieu.
Ainsi l’élevage de poissons dans les rizières permet une agriculture plus respectueuse de l’environnement, utilisant moins d’engrais et de pesticides, dont l’utilisation en quantités importantes s’est révélée nocive pour la santé des populations (avec notamment le développement
de cancers), et polluante pour les eaux de surface et les nappes phréatiques.
87
Sujet 14 | Corrigé
IV. Améliorer les conditions de vie des populations
La rizipisciculture permet très rapidement d’améliorer les conditions de vie des paysans, qui
pourront réduire les coûts de production du fait des besoins moins importants d’engrais, de
pesticides et d’herbicides, tout en augmentant leur gain, puisque le rendement en riz est augmenté et complété par une production importante de poissons. Par contrecoup, le niveau global des populations se verra augmenté.
Conclusion
La rizipisciculture apparaît comme une agriculture durable, c’est-à-dire permettant de satisfaire les besoins actuels des populations, tout en préservant l’environnement pour les générations futures.
L’expérimentation réalisée répond aux objectifs d’amélioration des conditions de vie et de
santé des populations, tout en préservant l’environnement.
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De nombreuses restaurations collectives font le choix, pour leurs réalisations culinaires à
base d’œufs crus ou peu cuits, d’utiliser des ovoproduits, comme des œufs entiers pasteurisés
liquides ou de la poudre d’œufs, plutôt que des œufs en coquille. En effet, la réglementation
pour l’utilisation de ces derniers est extrêmement contraignante. L’ensemble des ovoproduits
représente actuellement environ 36 % de la consommation d’œufs en France.
Document 1
Bactéries responsables des Toxi-Infections Alimentaires Collectives (TIAC)
Selon l’Institut de Veille Sanitaire français (InVS), les salmonelles sont les bactéries pathogènes responsables de la majorité des TIAC mettant en cause les produits fabriqués à
base d’œufs.
Salmonelles
Mode de
contamination
Effets toxiques
Conditions
physico-chimiques
de développement
Principalement à cause
de coquilles souillées
par des déjections
infectées.
Gastro-entérites appelées
salmonelloses, souvent
guéries en quelques jours,
mais pouvant être mortelles
dans le cas de personnes
affaiblies.
10 °C < Température < 50 °C
aw 1 > 0,91
Source : d’après le numéro spécial qualité de l’œuf INRA Productions animales, 2010.
1. Dans un aliment, l’activité de l’eau, notée aw , représente la teneur en eau disponible. Comprise entre 0 (aucune
eau disponible) et 1 (totalité de l’eau disponible), elle s’exprime sans unité.
89
Sujet 15 | Énoncé
Document 2
Caractéristiques des ovoproduits commercialisés
Types d’ovoproduits
Caractéristiques
Œuf entier liquide
Œuf entier en poudre
Principaux traitements subis
Chauffage
entre 65 °C et 68 °C pendant
5 à 6 min puis refroidissement
rapide à 4°C
L’eau est retirée de l’aliment à
basse température
(entre 25 et 40 °C).
Durée de conservation
(avant ouverture)
39 jours
12 mois
Température de
conservation
Entre 0 °C et 4 °C
Entre 5 °C et 25 °C
Eau disponible aw 2
aw > 0,91
0,2 < aw < 0,3
Document 3
Recommandations liées à l’utilisation des œufs en coquille
– Lors du contrôle de conformité à réception, il convient de s’assurer que le véhicule de
livraison est propre et en bon état d’entretien.
– La coquille des œufs doit être propre et intacte.
– Le code figurant sur les œufs de poule est aujourd’hui le traceur le plus pertinent pour
remonter à un élevage de poules pondeuses en cas de toxi-infection alimentaire
collective. Il est recommandé de le relever et de le conserver durant une période de
7 jours après consommation. [...]
– Il convient de lutter contre les risques de contamination croisée. En particulier, le
nettoyage-désinfection du matériel après chaque opération, la sensibilisation du
personnel, le lavage des mains, constituent les règles élémentaires mais efficaces.
– Il est recommandé de conserver les œufs en coquille à une température constante. En
effet, il est important que la température lors du transport et du stockage ne subisse pas de
forts écarts. En effet, toute condensation sur la coquille résultant d’une variation
importante de température peut conduire au transfert des bactéries présentes sur la
coquille à l’intérieur de l’œuf.
– La température optimale de stockage des œufs est de 15°C. Il est toutefois recommandé
de les stocker dans des enceintes réfrigérées (chambre froide à 4°C). Lors de l’utilisation
des œufs, il est ensuite préférable de ne sortir des enceintes réfrigérées que la quantité
d’œufs nécessaire. Dans ces conditions, les œufs en coquille peuvent être conservés
jusqu’à deux semaines.
2. Voir définition avec le document 1.
90
Sujet 15 | Énoncé
– Casser les œufs dans un récipient différent de celui utilisé pour les fabrications.
Source : d’après une note de service du 7 août 2006 émanant du ministère de l’Agriculture et de la
Pêche.
Agent des Services Vétérinaires, en charge de la prévention des risques de contamination des
aliments, préparez une argumentation scientifique qui servira à expliquer aux responsables
de cantine scolaire pourquoi il est conseillé de ne plus utiliser d’œufs en coquille au profit
d’ovoproduits (œufs entiers liquides ou poudre d’œufs) pour la préparation des plats à base
d’œufs crus ou peu cuits.
Comprendre le sujet
Vous devez construire l’argumentation d’un agent vétérinaire pour encourager les responsables des cantines à utiliser des œufs en poudre ou liquides au lieu des œufs à coquille
pour la préparation de plats du fait d’un risque d’intoxication alimentaire lié au développement des salmonelles (bactéries pathogènes) sur les coquilles des œufs contaminés par les
déjections. Pour cela, vous devez montrer que les conditions de fabrication et de conservation des ovoproduits détruisent ou empêchent la prolifération des salmonelles qui se
développent dans un milieu avec des caractéristiques bien précises tandis que l’utilisation
des œufs à coquille présente de nombreuses contraintes.
Paraphraser les documents sans ordonner les idées afin de construire votre argumentation.
Il s’agit de montrer vos connaissances sur les conditions de développement des microorganismes tout en exploitant les informations des documents.
1. Lire chaque document attentivement et noter ou surligner les informations importantes.
2. Faire un plan détaillé de votre argumentation au brouillon.
Introduction : exposé de la problématique. Limiter les TIAC véhiculées par les coquilles
d’œufs et privilégier l’utilisation des ovoproduits.
Développement :
– le problème des œufs à coquille : les risques liés à l’utilisation des œufs à coquille et
donc les salmonelloses (document 1), les recommandations de la note de service du
ministère de l’Agriculture et de la Pêche qui créent de fortes contraintes (document 3) ;
91
Sujet 15 | Énoncé
– les avantages des ovoproduits : les conditions de fabrication des ovoproduits (document 2) détruisent ou enrayent le développement des salmonelles au regard de leurs
conditions optimales de développement (document 2), durée de conservation plus importante, réduction des contraintes d’utilisation.
Conclusion : nombreux intérêts des ovoproduits.
3. Rédiger en suivant la trame de votre plan.
92
Sujet 15 | Corrigé
Madame, Monsieur,
Vous êtes responsable d’une cantine scolaire et une de vos préoccupations majeures est de garantir une bonne hygiène des produits servis afin d’éviter toutes Toxi-Infections Alimentaires
Collectives (TIAC), qui auraient des conséquences fâcheuses sur la santé des enfants.
En tant qu’agent des Services Vétérinaires, en charge de la prévention des risques de contamination des aliments, je viens vous donner des éléments d’information afin de vous encourager
à utiliser des ovoproduits (œufs entiers liquides ou poudre d’œufs) pour la préparation des
plats à base d’œufs crus ou peu cuits à la place d’œufs en coquille. En effet, ces derniers sont
susceptibles de favoriser le développement de bactéries pathogènes à l’origine d’infections,
alors que les ovoproduits vont vous apporter de nombreux avantages et réduire les risques
infectieux.
L’utilisation des œufs à coquille pour la réalisation de plats à base d’œufs crus ou peu cuits
présente des risques certains de Toxi-Infections Alimentaires Collectives (TIAC). En effet, la
majorité des TIAC sont dues à des salmonelles, bactéries pathogènes très souvent présentes
sur les coquilles d’œufs souillées par des déjections infectées.
Les salmonelles provoquent des gastro-entérites, nommées salmonelloses, qui se guérissent
en quelques jours pour une personne en bonne santé, mais qui peuvent être mortelles chez
des personnes fragiles.
Pour cette raison, une note de service du 7 août 2006 du ministère de l’Agriculture et de la
Pêche donne un certain nombre de consignes concernant leur utilisation, qui présente de nombreuses contraintes : outre les conditions de propreté du camion de livraison et des coquilles,
il est nécessaire de conserver le code figurant sur les œufs pendant 7 jours après consommation et d’appliquer les règles d’hygiène lors de la manipulation : lavage des mains, nettoyage
et désinfection du matériel, utilisation de différents récipients afin d’éviter les contaminations
croisées. La température de conservation recommandée (transport et stockage sans casser la
chaîne du froid) est de 4 °C afin de réduire le développement d’éventuelles bactéries présentes
à la surface des coquilles et susceptibles de contaminer l’intérieur de l’œuf si la coquille a été
endommagée.
Ces risques et ces contraintes peuvent être réduits grâce à l’utilisation des ovoproduits. Il
s’agit d’œufs entiers pasteurisés liquides ou de la poudre d’œufs. Ils représentent déjà 36 %
de la consommation d’œufs en France.
Vous vous demandez peut-être comment sont préparés ces produits et quelles garanties ils
apportent par rapport aux œufs à coquille ?
Les œufs entiers liquides sont chauffés à 65 ou 68 °C pendant 5 ou 6 min, ce qui permet
une pasteurisation, c’est-à-dire la destruction de certains micro-organismes, notamment les
salmonelles (dont le développement se réalise entre 10 et 50 °C). Ils sont ensuite refroidis
à 4°C et se conservent entre 0°C et 4 °C pendant 39 jours s’il n’y a pas eu ouverture.
Pour fabriquer des œufs en poudre, l’eau est retirée de l’aliment à basse température,
entre 25 et 40 °C. Leur conservation est de 12 mois à une température entre 5 et 25 °C.
L’activité de l’eau (teneur en eau disponible) est faible, comprise entre 0,2 et 0,3, inhibant
93
Sujet 15 | Corrigé
ainsi le développement des salmonelles.
Comme vous le savez, les bactéries se développent très rapidement (une division toutes les
20 minutes, par exemple) si elles se trouvent dans certaines conditions optimales : richesse
en matière organique, température, humidité, pH, disponibilité en eau de l’aliment.
Dans des conditions non optimales, les micro-organismes ralentissent ou inhibent leur développement, sans forcément être détruits.
Les salmonelles se développent entre 10 °C et 50 °C et plus particulièrement sur des aliments
contaminés par des germes fécaux et ayant une forte disponibilité en eau. C’est le cas des
œufs à coquille.
Bien sûr, une conservation d’œufs à coquille à 4 °C va enrayer le développement d’éventuelles
salmonelles présentes, sans toutefois détruire les bactéries.
L’utilisation des ovoproduits permet donc :
– une destruction des micro-organismes, dont les salmonelles, pour les œufs liquides, et pas
de développement possible si la conservation se fait à une température inférieure à 4 °C ;
– une réduction de l’eau disponible dans l’aliment qui empêche le développement des salmonelles ;
– une durée plus importante de conservation : 39 jours (œufs liquides) ou 12 mois (œufs en
poudre) au lieu de 15 jours.
Ainsi, les conditions de fabrication des ovoproduits permettent de supprimer ou d’enrayer le
développement des salmonelles, principales responsables des gastro-entérites.
Je vous conseille donc de privilégier l’utilisation de ces produits afin de réduire le risque
de TIAC. Vous supprimerez également un certain nombre de contraintes liées à l’utilisation
des œufs à coquille. Bien sûr, leur utilisation nécessite également une hygiène rigoureuse, le
respect de la chaîne du froid et le respect des durées de conservation.
94
Le 30 octobre 2011, le cap des sept milliards d’êtres humains a été franchi sur la planète.
Subvenir aux besoins alimentaires de ces milliards d’êtres humains, tout en respectant l’environnement, est un des enjeux actuels majeurs. Les fermes hors sol peuvent-elles répondre
à cette problématique ?
Document 1
Les sols en danger
Par ses activités, l’Homme modifie la structure des sols indispensables à l’agriculture.
Le tableau suivant présente quelques conséquences des activités humaines sur les sols
agricoles.
Activités humaines
Conséquences
Urbanisation
Perte annuelle de 60 000 hectares de sol sous le
béton.
Surpâturage, labours trop profonds
Altération des complexes argilo-humiques du
sol et donc accentuation de l’érosion des sols
pour : 45 % des sols en Europe, 25 % des sols
en France.
Selon l’institut national de la recherche agronomique (INRA), la vitesse de formation
d’un sol est de 0,02 à 0,1 mm par an alors que l’érosion moyenne exporte 1 mm de sol en
un an.
La résistance et la structure « d’éponge » du sol dépendent du complexe argilo-humique.
Document 2
Les fermes sur les toits au Québec
Ces fermes hors sol imaginées au Québec sont des serres placées sur les toits de bâtiments
industriels, qui permettent la culture hors sol de fruits et légumes avec une utilisation
optimale de l’eau et de l’énergie.
Depuis 2011, une première serre d’environ 3 000 m2 approvisionne localement 2 000 personnes en fruits et légumes chaque semaine.
Les serres de ces fermes hors sol sont capables de recréer des conditions de température et
de lumière propices à la culture de chaque espèce cultivée. Elles utilisent l’eau de pluie en
95
Sujet 16 | Énoncé
goutte à goutte, et utilisent des insectes, comme la coccinelle, pour lutter contre d’autres
insectes.
Ces fermes d’un nouveau genre proposent des fruits et légumes cultivés sans herbicide,
sans fongicide et sans pesticide.
Document 3
Les cultures hors sol
Présentation
Les cultures hors sol ou sans sol se définissent comme des cultures de végétaux effectuant
leur cycle complet de production sans que leur système racinaire soit en contact avec leur
environnement naturel : le sol. Dans la plupart des systèmes hors sol, les racines des
végétaux se développent sur un support solide (ou substrat généralement inerte). L’alimentation est assurée par un arrosage au goutte à goutte avec une solution nutritive qui
apporte l’eau, l’oxygène dissous, et les éléments minéraux indispensables. Cette solution
nutritive correspond à de l’eau enrichie par des engrais solubles qui respectent les besoins
spécifiques des végétaux. Lorsque la plante a puisé dans cette solution nutritive ce dont
elle a besoin, il reste la solution de drainage.
96
Sujet 16 | Énoncé
Commentaires de l’INRA
Les cultures hors sol permettent la maîtrise de plusieurs facteurs du milieu et une forte
productivité.
Leur récent développement s’accompagne malheureusement de rejet important de solution de drainage dans les cours d’eau ou les nappes souterraines. Pour limiter ce problème
tout en gardant les avantages de la culture hors sol, il est recommandé d’estimer le plus
précisément possible les besoins hydriques et minéraux de la plante et de recycler la solution de drainage.
Source : d’après le site de l’INRA (Institut National de la Recherche Agronomique), www.inra.fr.
Responsable d’un site Internet présentant les initiatives en faveur du développement durable,
vous rédigez un article ayant pour titre : « Les fermes hors sol, une réponse possible aux
besoins alimentaires des milliards d’êtres humains, tout en respectant l’environnement ».
Comprendre le sujet
Dans ce sujet, il s’agit de montrer en quoi les fermes hors sol sont un exemple de solution
qui peut permettre une production agricole tout en préservant l’environnement, afin de
satisfaire la demande alimentaire de la population mondiale toujours en croissance. Vous
devez expliquer en quoi consiste la culture hors sol en vous aidant des documents et de
vos connaissances sur les besoins des plantes.
97
Sujet 16 | Énoncé
Vous pouvez expliquer pourquoi l’agriculture intensive n’est plus une réponse adéquate
puisque les sols ont été dégradés et l’environnement pollué. Le développement durable
qui vise à satisfaire les besoins des populations actuelles tout en donnant aux générations
futures la possibilité de satisfaire leurs besoins s’inscrit dans un souci de gestion de notre
agriculture sur le long terme.
Ne pas faire une étude des documents les uns après les autres, mais ne pas oublier que
vous devez rédiger un article pour un site Internet : construisez votre texte de grands
paragraphes et de titres qui interpellent.
N’hésitez pas à exploiter vos connaissances personnelles, vous pouvez citer des exemples
de pollution que vous connaissez dans votre région ainsi que des exemples d’exploitation
agricole originaux en complément des données sur les fermes hors sol.
1. Lire tranquillement les documents et relever toutes les informations utiles à votre exposé
(vous pouvez surligner les points importants).
2. Faire un plan au brouillon (le plus détaillé possible) de votre argumentation en y intégrant les informations des documents, vos exemples.
Introduction : exposé de la problématique. Par exemple, une population mondiale toujours plus nombreuse à nourrir et une dégradation des sols agricoles.
Développement :
– la dégradation des sols liée à l’agriculture intensive (lessivage, pollutions) ;
– les avantages des fermes hors sol.
Conclusion : après une phrase de synthèse, proposez une ouverture (autre technique, une
réflexion...).
3. Trouver des titres à vos paragraphes. On vous demande de rédiger votre texte sous la
forme d’un article pour un site Internet, chercher des titres « accrocheurs », si possible, et
faire plusieurs paragraphes pour faciliter la lecture.
98
Sujet 16 | Corrigé
« Les fermes hors sol, une réponse aux besoins alimentaires dans le
respect de l’environnement »
Introduction
Le 30 octobre 2011 le cap des sept milliards d’humains a été franchi sur la planète !
Comment réussirons-nous à nourrir une population toujours plus nombreuse alors que l’environnement, et notamment les sols, sont sans cesse dégradés ?
Quelles solutions peuvent être apportées dans le cadre du développement durable ?
La commission Brundtland de l’ONU en 1987 indique : « Le développement durable est un
développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la possibilité, pour les
générations à venir, de pouvoir répondre à leurs propres besoins ».
Il est essentiel et urgent de trouver de nouvelles méthodes agricoles qui permettent une bonne
productivité tout en limitant les pollutions de l’environnement. Les fermes hors sol semblent
apporter des réponses très intéressantes à ces problématiques.
Les sols sont en dangers ! (réduction et érosion des surfaces agricoles)
Les activités humaines interfèrent sur la qualité des sols et sur les surfaces agricoles.
La surface des sols agricoles est sans cesse réduite en raison de l’urbanisation croissante qui
répond à une arrivée importante des populations vers les villes. On estime la perte annuelle à
60 000 hectares de sol.
De plus, de nombreuses surfaces agricoles voient leurs sols altérés en raison du surpâturage
et de labours trop profonds, qui concourent à altérer le complexe argilo-humique du sol. Le
sol est une couche superficielle de l’écorce terrestre, formée de matière minérale provenant
de l’altération de la roche mère du sous-sol et de matière organique résultant de la dégradation des êtres vivants après leur mort (humus). C’est au niveau du sol que se développent les
racines des plantes et qu’elles puisent les ions minéraux dont elles ont besoin. Le complexe
argilo-humique ou CAH est constitué d’argile et d’humus. Sa surface est chargée négativement, ce qui permet la fixation des cations (CA2+ , K+ , NH4 + , Mg2+ ...) et des échanges
permanents avec la solution du sol. Il contribue donc à la mise en réserve ou à la libération
des ions minéraux pour les plantes, et sa structure « d’éponge » permet une rétention d’eau
également indispensable à la croissance des végétaux.
Lorsque les sols sont nus, en absence de culture, le lessivage par les pluies entraîne les ions
minéraux ainsi que les particules du sol.
L’altération du CAH accentue l’érosion qui est d’environ 45 % des sols d’Europe et 25 % des
sols de France. L’INRA a calculé que la vitesse de formation d’un sol est très lente : de 0,02
à 0,1 mm par an, tandis que l’érosion exporte 1 mm de sol par an. Il est urgent d’agir !
99
Sujet 16 | Corrigé
Pollution des sols agricoles et dangers pour notre santé
Depuis plus d’une trentaine d’années, les méthodes utilisées dans les agrosystèmes ont visé
à augmenter toujours plus les rendements des cultures. Pour cela, les agriculteurs ont été
encouragés à utiliser des engrais pour fertiliser les sols, et des pesticides pour lutter contre
les mauvaises herbes et les nuisibles. Malheureusement, les dosages excessifs ont provoqué des pollutions importantes (par exemple, la pollution azotée due à un excès de nitrates)
des eaux superficielles ou des nappes phréatiques, contribuant à des phénomènes tels que
l’eutrophisation des cours d’eau et les « marées vertes » en Bretagne. La pollution de l’eau
a, par ailleurs, des conséquences sur la santé (cancers, malformations fœtales...) et des régions
entières sont dépourvues d’eau potable.
On a pu ainsi retrouver de l’herbicide Roundup utilisé aux États-Unis dans l’air et l’eau de
pluie en France, montrant la dispersion de la molécule constitutive d’un continent à l’autre,
ainsi que sa faible dégradation. Certains produits sanitaires comme le DDT sont maintenant
interdits en raison de leur toxicité pour les animaux et les végétaux.
Ainsi l’agriculture intensive, qui vise à gérer l’agriculture sur le mode de la production
industrielle a permis d’augmenter les rendements, mais n’a pas préservé l’environnement et
la santé des populations, bien au contraire (pollution par les engrais, consommation excessive
d’eau pour l’arrosage, réduction de la biodiversité...).
Il est donc urgent de repenser la façon de gérer les agrosystèmes et de trouver des solutions
innovantes dans la perspective d’une agriculture durable qui réponde aux besoins croissants
de la population mondiale.
Les fermes hors sol, une initiative intéressante pour augmenter les surfaces agricoles
Au Québec, des fermes ont vu le jour sur des toits industriels. Ainsi, des surfaces importantes
peuvent être consacrées à l’agriculture dans des zones où les terres sont insuffisantes ou polluées, avec des populations importantes. Une serre de 3 000 m2 approvisionne 2 000 personnes
en fruits et légumes chaque semaine.
Obtenir de bons rendements et préserver l’environnement
Ces fermes réalisent la culture hors sol qui consiste à apporter tous les éléments nutritifs
nécessaires à la croissance des plantes dans une solution nutritive, en absence de sol. Les
plantes vertes réalisent la photosynthèse qui nécessite de la lumière, du dioxyde de carbone
ainsi que de l’eau, de l’oxygène dissous et des ions minéraux, en quantité variable selon les
plantes.
L’exposition solaire est bonne puisque les serres sont sur les toits et la température peut être
régulée par ouverture plus ou moins importante des fenêtres.
Les racines des plantes sont placées dans un support inerte et la solution nutritive est dosée afin
de répondre aux besoins spécifiques de la plante. Néanmoins, l’INRA préconise de recycler
les solutions de drainage, qui contiennent des ions minéraux, afin d’éviter les problèmes de
pollution des cours d’eau et des nappes phréatiques rencontrés avec l’agriculture intensive.
100
Sujet 16 | Corrigé
La quantité d’eau pour l’arrosage est réduite grâce au système du goutte à goutte.
La lutte biologique y est favorisée afin d’éviter les insecticides. Par exemple, des coccinelles
sont utilisées pour détruire les pucerons.
Un autre regard sur l’agriculture
La population mondiale augmente en permanence et il est important d’encourager et de soutenir les initiatives en faveur d’une agriculture durable, plus écologique. Les fermes hors sol
peuvent apporter une solution intéressante pour la culture des fruits et légumes dans certaines régions. D’autres solutions innovantes peuvent être trouvées suivant les caractéristiques propres aux différentes régions du globe. Cela permettra de développer ce que certains
chercheurs nomment « l’agro-écologie » , qui favorise le développement d’une agriculture
s’appuyant sur la polyculture, utilisant des semences traditionnelles plutôt qu’industrielles,
des biopesticides et des engrais organiques plutôt que des engrais de synthèse pour fertiliser
les sols et lutter contre les espèces invasives (réduire les intrants).
C’est en changeant notre approche de l’agriculture que nous réussirons à nourrir toutes les
populations.
101
La présence d’ions nitrate (NO3 − ) en excès dans les eaux de surface et les nappes phréatiques
pose des problèmes sanitaires et environnementaux.
C’est un enjeu de santé publique, car l’eau de boisson doit répondre à des normes de potabilité.
Le contrôle de la concentration en ions nitrate est également un enjeu de protection de l’environnement, car une trop grande teneur dans les eaux de surface conduit à une surproduction
d’espèces végétales aquatiques et, à terme, à la destruction de nombreuses espèces vivantes.
Les ions nitrate proviennent de la fertilisation azotée des agrosystèmes, et aussi de la minéralisation naturelle des matières organiques du sol.
Ayant été pendant longtemps incités à utiliser les engrais azotés pour accroître les rendements
agricoles, les agriculteurs se voient aujourd’hui imposer des mesures pour lutter contre la
pollution azotée.
Document 1
Document d’information édité par une chambre d’agriculture
Source : d’après cda-vosges.fr.
102
Sujet 17 | Énoncé
Qu’est-ce qu’une CIPAN ?
Il s’agit d’une « Culture Intermédiaire Piège à Nitrates » (ray-grass, phacélie, moutarde
blanche...), implantée dans le but de prélever et de stocker les nitrates se trouvant dans le
sol lorsque celui-ci n’est pas occupé par la culture principale (blé, maïs...).
L’implantation de la CIPAN permet ainsi de retenir temporairement l’azote dans la biomasse
végétale. Cette biomasse va ensuite être minéralisée et remettre une partie de l’azote prélevé
à disposition de la culture suivante.
La CIPAN doit être implantée au plus tard au 1er septembre, et maintenue au moins jusqu’au
1er novembre.
Document 2
Le sol est un milieu complexe composé de matières minérales et organiques, d’air et
d’eau. Les argiles (matières minérales) s’associent à la matière organique du sol (l’humus) pour former le complexe argilo-humique (CAH). La structure en feuillets des argiles
confère au complexe une charge négative. Une partie des cations en solution dans le sol
(Ca2+ , K+ , H+ , Na+ ...) peuvent alors s’y fixer. Le complexe argilo-humique est ainsi un
véritable réservoir d’éléments nutritifs pour la culture.
Document 3
103
Sujet 17 | Énoncé
Monsieur X. est agriculteur dans les Vosges, dans la région de Neufchâteau qui est classée
« zone vulnérable ».
Expliquez à Monsieur X. les intérêts de cette obligation d’implanter une CIPAN avant la
culture de printemps.
Comprendre le sujet
Vous devez développer un argumentaire envers un agriculteur afin de justifier les directives de la chambre d’agriculture qui rend obligatoire, à partir de 2012, l’implantation
d’une CIPAN (Culture Intermédiaire Pièges à Nitrates) dans les zones vulnérables. Vous
vous appuierez sur les informations apportées par les documents que vous compléterez
avec vos connaissances personnelles.
Une étude des documents les uns après les autres sans faire de liens entre eux, ni apporter
de connaissances. Les informations des documents vous apportent les éléments de votre
argumentaire.
1. Lire attentivement chaque document et repérer les informations importantes.
2. Lister au brouillon tous les éléments de votre argumentaire, numéroter ces arguments
dans un ordre logique pour faciliter votre rédaction et citer également les numéros des
documents à commenter :
– les causes de la pollution par les nitrates : un mauvais dosage des engrais, les limites
du fonctionnement du CAH et du prélèvement des ions par les plantes, le lessivage du
sol en absence de couverture végétale, l’importance de la pluviométrie de la région, la
pollution de la nappe phréatique, des rivières ;
– les conséquences de la pollution par les nitrates : sur la santé humaine (ex : potabilité de
l’eau, santé de nouveau-nés, cancers...), sur l’environnement (eutrophisation des lacs
et rivières avec disparition d’espèces, marées vertes sur les plages...), notion de zones
vulnérables ;
– les particularités et intérêts des plantes pièges à nitrates, prélèvement et stockage des
nitrates, limiter le lessivage, libération de l’azote ultérieurement, réduire le coût de
production, limiter les engrais, protéger l’environnement et la santé...
104
Sujet 17 | Énoncé
3. Rédiger votre réponse en vous adressant à Monsieur X. Soyez précis en complétant les
informations de chaque document par vos connaissances. Imaginez que vous vous trouvez
devant la personne que vous devez convaincre grâce à un argumentaire solide.
105
Sujet 17 | Corrigé
Monsieur X.,
Comme vous le savez, depuis 2012, l’implantation d’une CIPAN avant la culture de printemps
est obligatoire. Cette Culture Intermédiaire Piège à Nitrates a pour but de prélever et de stocker
les nitrates en excès dans le sol avant que celui-ci ne soit occupé par la culture principale.
Quelles sont les raisons et quels sont les intérêts de cette culture, rendue obligatoire par la
chambre d’agriculture ?
Les ions nitrate proviennent de la minéralisation des matières organiques du sol mais principalement de la fertilisation azotée des agrosystèmes. Les agriculteurs ont été encouragés
pendant de nombreuses années à épandre des engrais azotés afin d’accroître les rendements.
Or, un excès d’engrais peut provoquer une pollution azotée. La croissance des plantes nécessite des minéraux. En effet, les plantes puisent par leurs racines les minéraux (sous forme
de cations principalement) dont elles ont besoin dans la solution du sol. Le sol renferme un
complexe argilo-humique (CAH) dont la structure en feuillets des argiles donne une charge
négative capable de fixer une partie des cations en solution dans le sol (Ca2+ , K+ , H+ , Na+ ...).
Il constitue ainsi une réserve d’éléments nutritifs pour les végétaux. Dans le cas d’un épandage d’engrais excessif, le CAH étant saturé, les cations ne peuvent se fixer et s’accumulent
dans les nappes phréatiques et les eaux de surface.
Une pollution par les nitrates a des conséquences sur la santé publique puisque l’organisme a
la faculté de transformer les nitrates en nitrites, qui réduisent les capacités de l’hémoglobine
à transporter le dioxygène. Chez les nourrissons de moins de quatre mois, les nitrates peuvent
provoquer des cyanoses mortelles. Les nitrates de l’eau de boisson ne doivent pas dépasser
50 mg/l, qui est la limite des normes de potabilité. Les nitrates participent également à la
formation de nitrosamines ayant des effets cancérigènes.
Sur l’environnement, les nitrates en excès provoquent la prolifération d’espèces végétales.
Par exemple, en Bretagne, le phénomène des « marées vertes » résulte de la prolifération
d’algues vertes du fait de l’excès d’azote des rivières qui arrive en mer. Le développement du
phytoplancton peut contaminer les coquillages. En rivière, un phénomène d’eutrophisation
peut se produire avec une réduction du taux de dioxygène entraînant la mort de nombreuses
espèces animales aquatiques.
Pour ces raisons, il est très important d’agir afin de limiter les excès d’azote liés à l’épandage
d’engrais, puisque les cultures ne vont pas utiliser la totalité de l’apport d’azote.
La CIPAN est une solution intéressante et efficace à la fois pour vous, agriculteur, et pour la
préservation de l’environnement.
Monsieur, votre région de Neufchâteau est classée « zone vulnérable », c’est-à-dire que les
sols sont menacés par la pollution en raison d’une concentration des eaux en ions nitrate
comprise entre 40 et 50 mg/l avec une tendance à la hausse au cours des années.
Dans votre région des Vosges, la pluviométrie est très importante en mai-juin et également
de septembre à novembre, avec ensuite un pic en décembre.
Afin d’éviter le lessivage des ions nitrate par les eaux des pluies, une surface agricole utile
106
Sujet 17 | Corrigé
(SAU) plus importante est nécessaire avec l’objectif d’une couverture à 100 % à l’automne,
et l’implantation d’une CIPAN avant la mise en place de la culture principale, au printemps.
La Culture Intermédiaire Piège à Nitrates correspond à une plante ayant des capacités importantes pour prélever et stocker les nitrates du sol. C’est, par exemple, le ray-grass, la phacélie,
la moutarde blanche... Cette culture empêche le lessivage de l’azote et évite la pollution. La
plante restitue ensuite, lors de la minéralisation, l’azote, qui est alors disponible pour la culture
suivante.
L’implantation d’une CIPAN vous permet ainsi de réduire l’apport d’engrais pour la culture
principale, d’améliorer la productivité, de limiter le coût de production, tout en agissant pour
l’environnement.
Je vous encourage donc à suivre les directives de la chambre d’agriculture pour la mise en
place d’une CIPAN sur vos terres agricoles.
107
Dans la zone Asie/Pacifique, les petits producteurs de viande ou de lait disposent, pour l’alimentation de leur bétail, de terres peu fertiles produisant un fourrage de mauvaise qualité.
Document 1 : Productions bovines dans différentes zones
Document 1. a) : Masse moyenne de viande par animal abattu et production moyenne
de lait par vache
Zone géographique
Masse moyenne de
viande par animal
abattu (kg)
Production moyenne
de lait par vache
(kg/an)
Europe
185
4 100
Asie/ Pacifique
(APAC)
120
700
Document 1. b) : Gain de masse des bovins dans deux types de pâturages en fonction
du nombre de bêtes à l’hectare
108
Sujet 18 | Énoncé
Document 2
Conséquence de l’emploi de pierres à lécher sur la production de viande et de lait des
bovins de l’île de Java
Alimentation
Production
bovine
Pâturage
indigène seul
Pâturage
indigène + pierre à
lécher 1
Production moyenne de lait par les
vaches laitières (en L/jour)
6,57
8,96
Gain moyen de masse des bœufs de
boucherie (en kg/jour)
0,319
0,466
D’après : R.A. Leng, « L’application de la biotechnologie à l’alimentation animale dans les pays en
développement », Étude FAO production et santé animale 90, 1992.
Java est une île indonésienne appartenant à la zone APAC (Asie/Pacifique).
Les pierres à lécher sont un complément alimentaire source de glucides et d’azote.
Question
Exploiter les documents pour expliquer en quoi l’alimentation des bovins avec un fourrage
de mauvaise qualité est problématique dans la région Asie/Pacifique, à forte pression démographique, et proposer une piste d’amélioration.
Comprendre le sujet
Ce sujet aborde la problématique des besoins alimentaires croissants, en raison d’une
démographie galopante, dans des régions où les sols sont assez pauvres. Il s’agit ici de
l’exemple de la production bovine dans la région Asie/Pacifique qui est particulièrement
faible. L’étude détaillée des documents vous permet d’expliquer que la cause de cette
faible productivité bovine est la mauvaise qualité du fourrage, puis vos connaissances
sur les besoins des plantes doivent vous permettre d’envisager une solution simple mais
efficace.
1. Indigène : originaire de la région où il vit.
109
Sujet 18 | Énoncé
– Apporter des connaissances avant même d’avoir étudié les documents proposés.
– Étudier les documents, mais ne pas faire le lien entre richesse du sol en éléments minéraux, qualité du fourrage et biomasse animale.
– Après avoir fait une phrase d’introduction exposant la problématique et votre plan,
faire une première partie dans laquelle vous exploitez les documents, puis dans une
deuxième partie exposer votre piste d’amélioration.
– Vous pouvez aborder les documents les uns après les autres en les mettant en lien par
rapport à la problématique. Citez des valeurs chiffrées pour chacun des documents afin
d’appuyer votre analyse.
– Vous disposez de peu de temps, donc rédigez en allant à l’essentiel de façon claire et
précise.
110
Sujet 18 | Corrigé
Introduction
Dans la région Asie/Pacifique se pose le problème de réussir à nourrir une population en
forte croissance alors que la production de viande bovine et de lait est très faible. Après avoir
expliqué en quoi l’alimentation des bovins est problématique en raison de la mauvaise qualité
du fourrage, j’envisagerai une piste d’amélioration.
Les faits
La démographie dans la zone Asie/Pacifique est galopante, et les besoins en viande et en lait
sont de plus en plus importants. Or, on constate que la production bovine dans ces régions est
très largement inférieure à celle de l’Europe : la masse moyenne de viande par animal abattu
est de 120 kg en Asie contre 185 kg en Europe avec une production moyenne de lait par
vache respectivement de 700 kg/an contre 4100 kg/an (document 1. a). Comment expliquer
ces différences importantes ?
Si l’on étudie le gain de masse des bovins dans un pâturage indigène de Java et dans un pâturage d’une région à climat tempéré en fonction du nombre de bêtes à l’hectare, on constate que
malgré la densité très faible des animaux en Asie, le gain de masse reste faible : pour environ
1 bête par hectare, le gain de masse est de 180k g/animal alors qu’en Europe, pour 2 bêtes
par hectare, il est de 250 kg/animal, et pour un peu plus de 8 bêtes/ha, il est de 100 kg/animal (document 1b). (La densité des animaux réduit leur gain de masse, particulièrement en
Europe)
Ainsi, la faible production en viande et en lait des animaux en Asie n’est pas liée à un manque
de surface à brouter. Néanmoins, la quantité de fourrage est peut-être faible et associée à une
mauvaise qualité, c’est-à-dire pauvre en éléments nutritifs.
En effet, l’emploi de pierres à lécher riches en glucides et azote dans l’île de Java permet une
augmentation à la fois de la production moyenne de lait (8,96 L/jour contre 6,57 l/jour) et du
gain moyen de masse des bœufs (0,466 kg/jour contre 0,319 kg/jour) (document 2).
Les animaux manquent donc de glucides et de minéraux que le pâturage n’est pas en mesure
de leur apporter.
La piste d’amélioration
Quelle piste d’amélioration est-il possible de proposer pour compenser cette carence et permettre une augmentation de la productivité bovine ?
L’utilisation de pierres à lécher est une solution, mais ne permet pas des résultats très importants.
Une fertilisation des sols pourrait permettre d’augmenter la biomasse végétale du pâturage
ainsi que sa richesse en éléments nutritifs (glucides, minéraux). Pour réaliser la photosynthèse,
les végétaux chlorophylliens puisent dans le sol éléments minéraux et eau, puis en présence de
lumière et de dioxyde de carbone fabriquent de la matière organique (glucides). Une grande
quantité de biomasse végétale est nécessaire aux herbivores pour fabriquer leur propre matière
111
Sujet 18 | Corrigé
puisque des pertes importantes s’opèrent d’un maillon à l’autre de la chaîne alimentaire. Les
vaches laitières ont encore plus besoin d’apports nutritifs pour fabriquer leur lait.
La fertilisation peut se faire avec des engrais chimiques, mais ils coûtent chers, sont difficiles
à doser et peuvent provoquer des pollutions s’ils sont en excès. En Europe, l’agriculture intensive soulève de nombreux débats. Dans le cadre d’une agriculture durable, respectueuse de
l’environnement, l’utilisation de méthodes biologiques est plus appropriée, avec l’épandage
de lisiers ou de composts sur le pâturage.
On peut envisager de planter des légumineuses pendant une année sur une partie de la pâture, par exemple du trèfle qui convertit l’azote atmosphérique en composés azotés utiles aux
plantes. Il est possible également d’enrichir la biodiversité végétale de la pâture en semant
plusieurs variétés de graminées, qui auront des qualités nutritives différentes.
Conclusion
La région Asie/Pacifique fait face à une augmentation démographique conséquente et doit
nourrir sa population. Grâce à une fertilisation des sols appropriée, elle pourra augmenter sa
production bovine et répondre en partie à cette problématique tout en préservant l’environnement.
112
Document 1
Histoire de la choucroute
Au IIIe siècle avant notre ère, les Chinois surent conserver les choux en les laissant fermenter dans des cuves fermées, en présence de sel 1 . On sait aujourd’hui que la fermentation du chou est une fermentation lactique qui se déroule sans dioxygène. Elle est due
à diverses bactéries présentes naturellement sur les feuilles de chou, comme Lactobacillus plantarum. La fermentation du chou produit de l’acide lactique. On obtient un chou
acide qui, une fois cuit, est tout à fait consommable et peut se conserver entre un et deux
ans. Les historiens ont pu établir que les Huns, en tentant d’envahir la Chine, ont appris
la technique du chou acide. Refoulés par la résistance décidée de l’armée chinoise, les
Huns ont repris leur cavalcade dévastatrice vers le Couchant et, traversant l’Autriche et
la Bavière, ont cédé à ces régions la méthode de fermentation lactique du chou. Dans ces
contrées de langue germanique, chou acide se dit Sauerkraut, et il paraît qu’en 451 les
Huns d’Attila introduisirent cette Sauerkraut, ou choucroute, en Alsace.
Source : d’après Jean C. Baudet, Histoire de la cuisine, Éditions Jourdan, 2013.
Document 2
pH de croissance de quelques micro-organismes
Source : d’après le cours de J.-L. Cuq, Université Montpellier II, Département Sciences et
Technologies des Industries Alimentaires.
1. Le sel détruit les cellules du chou, ce qui enrichit le milieu en nutriments favorisant l’activité des lactobacilles.
113
Sujet 19 | Énoncé
Document 3
Bienfaits de la choucroute
La choucroute, facile à conserver et riche en vitamine C 2 , est un repère dans l’évolution alimentaire, tant elle améliora la nutrition et la santé des populations, l’hiver. Elle
contribua, de façon non négligeable, au développement économique [...].
Source : d’après www.wikipédia.fr.
Questions
1 À partir des documents et de vos connaissances, citer trois paramètres de la fabrication de
la choucroute pouvant influencer la croissance des micro-organismes.
2 À partir des documents 1 et 2, expliquer comment une molécule produite lors de la fermentation de certains aliments permet leur conservation.
3 On cherche le lien entre le pH de la choucroute et sa conservation possible sur plusieurs
années.
Indiquer uniquement la réponse exacte.
a) Le pH de la choucroute est compatible avec la croissance des bactéries Salmonella typhi et
Bacillus subtilis.
b) Le pH de la choucroute est incompatible avec la croissance de levures et autres moisissures.
c) Le pH du chou cru est incompatible avec la multiplication de micro-organismes pathogènes.
d) Si le pH de la choucroute se stabilisait autour de 4,5, certains micro-organismes responsables d’infections alimentaires pourraient se développer.
4
« Le célèbre capitaine Cook attribue aussi en grande partie l’excellente santé de ses
matelots dans tous ses voyages à la grande quantité de choucroute qu’il leur faisait
distribuer, la choucroute étant d’une digestion plus facile que le chou ordinaire. »
Alexandre Dumas, Grand Dictionnaire de cuisine, 1873.
À l’aide des documents et de vos connaissances, donnez deux intérêts de la choucroute, indépendants de sa digestion, favorisant la santé d’un équipage lors d’un long voyage.
2. Une carence sévère en vitamine C entraîne une maladie qui peut être mortelle, le scorbut.
114
Sujet 19 | Énoncé
Comprendre le sujet
Le sujet porte sur la particularité d’un aliment, la choucroute, résultat d’une fermentation
du chou, qui par son procédé de fabrication produit un pH favorable à sa conservation.
Les questions, dont de nombreux éléments de réponse sont dans les documents, portent
sur les conditions de développement des micro-organismes et sur les caractéristiques tout
à fait bénéfiques de cet aliment.
Éviter les pièges
Le sel ajouté au chou provoque l’éclatement des cellules ; ainsi la matière organique est
plus facilement accessible aux bactéries, ce qui permet leur développement, les parois
végétales étant épaisses autrement. Le sel agit ainsi de façon indirecte.
Lire attentivement les documents en surlignant les informations importantes. N’hésitez
pas à lire plusieurs fois les documents afin de répondre le plus précisément possible.
115
Sujet 19 | Corrigé
1 Les trois paramètres de la fabrication de la choucroute qui peuvent influencer la croissance
des micro-organismes sont le pH, la présence ou non de dioxygène et la température.
La fermentation du chou pour fabriquer la choucroute se réalise grâce aux bactéries Lactobacillus plantarum, qui réalisent une fermentation lactique en l’absence de dioxygène (fabrication dans des cuves fermées). L’acide lactique formé apporte de l’acidité, ainsi le pH de la
choucroute est d’environ 3,7 alors que celui du chou cru se situe entre 5 et 6. La bactérie se
développe pour des pH entre 3,8 et 7,4 environ. Par ailleurs, la température est un facteur
important pour le développement des micro-organismes, et il existe une température optimale
pour chacun.
2 Nous savons que les micro-organismes se nourrissent de la matière organique de l’aliment,
qu’ils sont responsables de sa détérioration et en modifient le goût, l’aspect, la texture et
l’odeur. Certains provoquent des intoxications graves. Or, on constate que beaucoup de ces
organismes responsables d’infections ou d’intoxications alimentaires se développent dans des
conditions de pH élevés (ar exemple : Escherichia coli se développe dans des pH compris
entre 4,2 et 9,2, Salmonella typhi entre 4 et 10, Vibrio cholerae entre 5,6 et 10,5, Brucella
melitensis entre 6,5 et 8,8, Mycobacterium tuberculosis entre 5,1 à 8,8...).
Néanmoins certains micro-organismes se développent à un pH inférieur à 4 : Acetobacter sp
entre 2 et 7,2 environ, les levures entre 2 et 8 et les moisissures entre 1,7 et 11. La choucroute
également, et c’est pour cela qu’elle peut se conserver aisément ; en effet, la fermentation
du chou sous l’action de la bactérie Lactobacillus plantarum produit de l’acide lactique, qui
abaisse le pH du chou de 5-6 à 3,7 environ.
3 La réponse exacte est :
d) Si le pH de la choucroute se stabilisait autour de 4,5, certains micro-organismes responsables d’infections alimentaires pourraient se développer.
4 La choucroute est un aliment qui se conserve très bien et très longtemps, entre un et
deux ans, en raison de son pH faible qui empêche la prolifération de nombreux microorganismes pathogènes. Par ailleurs, elle est riche en vitamine C (document 3). Ces caractéristiques sont particulièrement intéressantes à bord d’un navire qui doit transporter des denrées pour tout le voyage et dont le régime alimentaire peut manquer de fruits et légumes,
riches en vitamine C, pourtant indispensable. Une carence sévère de cette vitamine provoque
le scorbut, dont les symptômes sont un déchaussement des dents, une purulence des gencives,
une hémorragie et même la mort. Ainsi la choucroute permet le maintien d’une bonne santé
de l’équipage lors d’un long voyage.
116
Depuis Louise Brown (premier « bébé-éprouvette ») en 1978, le nombre de fécondations in
vitro (FIV) n’a cessé d’augmenter. Au début des années 2000, près de 300 000 tentatives
étaient effectuées chaque année en Europe. Cependant, les chances de réussite sont variables
et s’élèvent en moyenne autour de 22 % par cycle menstruel. Elles diminuent avec l’âge :
12 % à 38 ans, 9 % à 40 ans et 6 % à 42 ans.
Pour limiter ces échecs, les médecins propposent différents tests avant de commencer une
Procréation Médicalement Assistée (PMA).
On cherche à estimer les chances de réussite d’une PMA chez Madame B., âgée de 38 ans.
Pour évaluer, en début de cycle, le nombre de follicules présents dans ses ovaires et capables
d’évoluer jusqu’à l’ovulation, on réalise :
– des dosages sanguins de la FSH (Hormone Stimulant les Follicules) et de l’AMH (Hormone
Anti-Müllérienne) qui, chez la femme adulte, est secrétée par les cellules des follicules en
croissance ;
– une échographie des ovaires.
Les résultats de Madame B. et d’une femme fertile du même âge sont donnés ci-dessous.
Document 1
Échographies ovariennes d’une femme fertile et de Madame B. réalisées au 3e jour du
cycle
Le trait en pointillés correspond à la limite de l’ovaire.
Le diamètre des follicules susceptibles d’évoluer jusqu’à l’ovulation est matérialisé par un
segment de vouleur verte.
117
Sujet 20 | Énoncé
Document 2
Dosages sanguins en début de cycle (3e jour)
Taux de FSH (UI)
Taux d’AMH (ng.L-1 )
Chez une femme fertile de 38 ans
<10
entre 2 et 6,8
Chez Madame B.
8
0,9
Questions
1 On s’intéresse aux résultats de l’échographie de Madame B.
La comparaison des échographies des ovaires de la femme fertile et de Madame B., faites au
troisième jour du cycle, permet de repérer que :
la taille des ovaires de Madame B. est réduite de moitié par rapport à la taille de ceux de
la femme fertile.
Madame B. a un très gand nombre de follicules susceptibles d’évoluer jusqu’à l’ovulation
dans ses ovaires.
dans les ovaires de Madame B. on n’observe aucun follicule susceptible d’évoluer jusqu’à
l’ovulation.
dans les ovaires de la femme fertible on n’observe aucun follicule susceptible d’évoluer
jusqu’à l’ovulation.
2 On s’intéresse aux résultats des dosages sanguins de Madame B.
D’après les dosages sanguins, on peut déduire que Madame B. présente une sécrétion :
hormonale ovarienne trop abondante.
normale des hormones FSH et AMH.
insuffisante de la FSH.
insuffisante de l’AMH.
3 On s’intéresse aux faibles chances de réussite d’une PMA chez Madame B.
D’après l’ensemble des données concernant Madame B., on peut estimer que les chances de
réussite d’une PMA sont faibles à cause de :
son âge, son faible taux d’AMH et son absence de réserve folliculaire.
son âge, son faible taux de FSH et son absence de réserve folliculaire.
son âge, son faible taux de FSH et son importante réserve folliculaire.
son âge, son faible taux d’AMH et son importante réserve folliculaire.
118
Sujet 20 | Énoncé
4 On s’intéresse à la technique de PMA que pourrait se voir proposer Madame B.
Pour permettre à Madame B. d’être enceinte, on peut réaliser :
une stimulation des follicules suceptibles d’évoluer jusqu’à l’ovulation par injection d’œstrogènes.
une stimulation des follicules suceptibles d’évoluer jusqu’à l’ovulation par injection de
progestérone.
une fécondation in vitro avec les ovocytes de Madame B. et un don de sperme.
une fécondation in vitro avec un don d’ovocytes.
5 La FSH dosée est sécrétée par :
les ovaires.
l’hypophyse.
l’hypothalamus.
l’utérus.
6 Un ovaire sécrète :
de la progestérone avant l’ovulation.
de la LH avant l’ovulation.
de la progestérone après l’ovulation.
de la FSH après l’ovulation.
Comprendre le sujet
Ce sujet aborde le problème de la stérilité de Madame B. qui va avoir recours à une FIVETE (Fécondation In Vitro Et Transfert d’Embryons). Les deux documents proposés
donnent des résultats d’analyses, échographie et dosages d’hormones, afin d’évaluer les
chances de réussite d’une PMA. Les trois premières questions concernent l’analyse des
documents tandis que les trois suivantes font appel à vos connaissances concernant les
rôles des différentes hormones hypophysaires et ovariennes. Il s’agit de cocher une seule
réponse à chaque fois.
Attention à ne pas confondre les différentes hormones, leur lieu de sécrétion et leur action.
Une lecture attentive des documents doit vous permettre de répondre sans difficultés aux
trois premières questions.
Concernant les différentes hormones, le document vous apporte une précision concernant la FSH : « Hormone Stimulant les Follicules ». Ensuite, procédez par élimination
progressive des réponses pour n’en garder plus qu’une pour les trois autres questions.
119
Sujet 20 | Corrigé
1 La comparaison des échographies des ovaires de la femme fertile et de Madame B., faites
au troisième jour du cycle, permet de repérer que, dans les ovaires de Madame B., on n’observe aucun follicule susceptible d’évoluer jusqu’à l’ovulation.
2 D’après les dosages sanguins, on peut déduire que Madame B. présente une sécrétion
insuffisante de l’AMH.
3 D’après l’ensemble des données concernant Madame B., on peut estimer que les chances
de réussite d’une PMA sont faibles à cause de son âge, son faible taux d’AMH et son absence
de réserve folliculaire.
4 Pour permettre à Madame B. d’être enceinte, on peut réaliser une fécondation in vitro avec
don d’ovocytes.
5 La FSH dosée est sécrétée par l’hypophyse.
6 Un ovaire sécrète de la progestérone après l’ovulation.
120
Le Comité international olympique (CIO) a présenté en juin 2012 un nouveau règlement
pour déterminer qui a le droit de concourir en tant que femme. Il prévoit de mesurer le taux
de testostérone des athlètes jugées un peu trop masculines.
Document 1
J.O. – Tester la testostérone pour déterminer le sexe d’un athlète est-il juste ?
Traditionnellement, les autorités sportives exigeaient des athlètes femmes qu’elles subissent des examens nues ou passent des tests chromosomiques [...]. Cela ne sert strictement à rien. [...] Il y a des personnes atteintes du trouble appelé syndrome d’insensibilité
aux androgènes 1 . Leur caryotype présente les chromosomes XY, la paire normale de
l’homme, mais leur corps n’est pas sensible à la testostérone. Résultat, elles développent
des organes génitaux externes féminins et des seins, mais sont pourvues de testicules et
non d’ovaires. À un test de féminité fondé sur les chromosomes, elles seraient négatives,
c’est-à-dire pas considérées comme femmes, même si elles vivent généralement « dans
la féminité ».
Il existe d’autres cas, avec d’autres données complexes, qui discréditeraient tout test basé
sur un seul facteur. Le critère testostérone, sur lequel s’appuie principalement le CIO, en
fait partie. Il a justifié ce choix par le fait que les différences de performances entre les
hommes et les femmes tiendraient « essentiellement » à cette hormone [...] qui influe sur
la masse musculaire.
[...] Plutôt que de se borner à la testostérone, il conviendrait de fonder ce test de féminité ou de masculinité sur une analyse plus globale, qui prenne en compte à la fois les
chromosomes, les parties génitales, les gonades et les hormones.
Source : d’après un article d’Amanda Schaffer publié sur www.slate.fr.
1. Androgène : composé naturel ou synthétique intervenant dans le développement et le maintien des caractères
masculins chez les vertébrés. Le principal androgène connu est la testostérone. Chez la femme, la testostérone est
produite en petite quantité par l’ovaire et les glandes surrénales.
121
Sujet 21 | Énoncé
Document 2
Graphiques présentant les dosages plasmatiques de testostérone chez des athlètes
olympiques de très haut niveau des deux sexes
On définit des « taux normaux » de testostérone en se référant à des dosages effectués sur
un grand nombre d’individus. Les « taux normaux de testostérone » sont compris entre
0 et 5 nmol/L pour les femmes et entre 10 et 30 nmol/L pour les hommes.
Source : d’après la publication du Professeur P. H. Sonksen, Project European Union Biomed 2.
122
Sujet 21 | Énoncé
Questions
1 On s’intéresse au rôle de la testostérone au cours du développement d’un individu.
Au cours du développement d’un individu masculin, la testostérone est une hormone qui
entraîne normalement l’apparition :
d’une vessie.
de testicules.
d’un chromosome Y.
de voies génitales masculines.
2 On s’intéresse à l’importance du chromosome Y chez une personne insensible à la testostérone.
Chez une personne de caryotype XY insensible à la testostérone, l’existence du chromosome Y conduit à la présence :
Cochez uniquement la réponse exacte.
d’ovaires.
de testicules.
de seins.
d’organes génitaux externes féminins.
Vous devez faire appel à vos connaissances concernant la différenciation sexuelle au cours
du développement embryonnaire, où le sexe génétique intervient pour la différenciation
des gonades. Attention à ne pas faire de confusions en lien avec le document 1 puisqu’ici
seule l’action du chromosome Y est demandée. Chez ces personnes, en plus des testicules,
des seins et organes génitaux externes féminins se développent en raison de l’absence de
sensibilité des organes à la testostérone.
3 On cherche à opposer un argument à l’idée selon laquelle les performances sont dues au
taux de testostérone chez un athlète.
Un argument qui contredit l’idée selon laquelle les différences de performances tiennent essentiellement à la testostérone est :
Le taux de testostérone de certains athlètes de haut niveau :
Cochez uniquement la réponse exacte.
masculins est supérieur a la norme.
masculins est inférieur à la norme.
féminines est supérieur à la norme.
féminines est inférieur à la norme.
123
Sujet 21 | Énoncé
4 Discuter du choix du comité olympique d’utiliser le critère « concentration en testostérone » pour distinguer les athlètes masculins des athlètes féminines.
1. Pour cette question, les deux documents doivent être exploités.
2. Il semble plus facile de partir du document 2 qui soulève le problème des taux de
testostérone « hors normes » chez certains athlètes, puis de revenir au document 1 où vous
pourrez expliquer le sexe génotypique et le sexe phénotypique avec le cas particulier du
syndrome d’insensibilité aux androgènes.
124
Sujet 21 | Corrigé
1 Au cours du développement d’un individu masculin, la testostérone est une hormone qui
entraîne normalement l’apparition de voies génitales masculines.
2 Chez une personne de caryotype XY insensible à la testostérone, l’existence du chromosome Y conduit à la présence de testicules.
3 Un argument qui contredit l’idée selon laquelle les différences de performances tiennent
essentiellement à la testostérone est : le taux de testostérone de certains athlètes de haut niveau
masculins est inférieur à la norme.
4
Introduction
L’utilisation du critère « concentration en testostérone » par le comité olympique pour distinguer les athlètes féminins des athlètes masculins repose sur l’idée que seuls les hommes
sécrètent de fortes concentrations de cette hormone et qu’hommes et femmes ont des taux
bien précis et distincts.
Qu’en est-il réellement ? Ce taux d’hormone suffit-il à caractériser le sexe féminin ou masculin ?
La testostérone est une hormone sécrétée par les cellules de Leydig du testicule. Les « taux
normaux » de testostérone sont compris entre 0 et 5 nmol/l pour les femmes et entre
10 et 30 nmol/l pour les hommes. Sur les graphiques du document 2, nous constatons en effet
que la majorité des athlètes de haut niveau hommes et femmes ont un taux correspondant à
la normale.
Toutefois, on observe qu’un certain nombre d’athlètes femmes ont un taux de testostérone
supérieur à la normale : 10, 15, 20, 30 ou même 32 nmol/l. Sont-elles alors considérées comme
des hommes ?
De même, certains athlètes hommes ont un taux inférieur à 10 nmol/l et compris entre
0 et 5 nmol/l. Seront-ils considérés comme des femmes ? D’autres ont un taux supérieur à
30 nmol/l, que penser alors de ces hommes ?
Ainsi, bien que la majorité des athlètes ait des taux d’hormones correspondant à la norme, un
certain nombre ont des taux différents.
Ce seul critère ne semble donc pas suffisant pour déterminer le sexe d’un individu.
En effet, les différences hommes/femmes reposent sur les notions de sexe génétique et de
sexe phénotypique.
Le sexe génotypique correspond aux chromosomes sexuels possédés par l’individu. Le sexe
féminin possède les chromosomes XX et le sexe masculin les chromosomes XY. Le sexe
phénotypique correspond aux caractères sexuels primordiaux (gonades), primaires (organes
génitaux et voies génitales) et secondaires (morphologie, comportement sexuel).
Au cours du développement embryonnaire, c’est la présence du chromosome Y sur lequel
se trouve le gène SRY qui permet la différenciation des gonades en testicules. Chez l’embryon XX, les gonades deviennent des ovaires. Puis après la huitième semaine du développement embryonnaire, les cellules de Leydig des testicules vont sécréter la testostérone
125
Sujet 21 | Corrigé
qui provoque la différenciation des voies génitales ; les canaux de Wolff deviennent les canaux déférents, tandis que les canaux de Müller disparaissent sous l’action de l’hormone
anti-Müllérienne sécrétée par les cellules de Sertoli des tubes séminifères.
Chez la fille, en l’absence de testostérone, les canaux de Müller deviennent les voies génitales
féminines : trompes, utérus et vagin.
C’est ensuite à la puberté que les caractères sexuels secondaires (anatomie et morphologie)
se développent sous l’action des hormones testiculaires (testostérone) chez l’homme et ovariennes (œstrogènes et progestérone) chez la femme. Il existe des anomalies qui traduisent la
complexité de la mise en place de la féminité ou de la masculinité.
Ainsi, des individus atteints du syndrome d’insensibilité aux androgènes possèdent un sexe
génétique masculin avec les chromosomes sexuels XY, mais un sexe phénotypique qui apparaît comme féminin avec des seins et des organes génitaux externes féminins, et sont cependant pourvus de testicules à la place des ovaires (document 1).
Conclusion
Pour déterminer la masculinité ou la féminité, le comité olympique ne doit pas se limiter à
la mesure du taux de testostérone, mais comme l’indique Amanda Schiffer dans son article,
« sur une analyse plus globale, qui prenne en compte à la fois les chromosomes, les parties
génitales, les gonades et les hormones ».
126
Pour les couples souhaitant concevoir un enfant, il existe depuis plusieurs années des tests
pharmaceutiques de fertilité adressés aux femmes.
Document 1
Extraits d’une notice d’utilisation d’un test de fertilité vendu en pharmacie
Comment le test d’ovulation peut vous aider ?
Le test d’ovulation détecte la montée de l’hormone lutéinisante (LH) dans vos urines.
Votre fertilité est maximale le jour de cette montée de LH et le lendemain.
Vos deux jours les plus fertiles commencent dès que le test d’ovulation détecte votre montée de LH. Si vous avez des rapports sexuels dans les 48 heures suivantes, vous maximisez
vos chances de concevoir un bébé.
127
Sujet 22 | Énoncé
Questions
1 À partir du document 1 et de vos connaissances, expliquer le principe du test de fertilité.
2 À partir de vos connaissances, justifier l’information extraite d’une notice d’utilisation
d’un test de fertilité : « Si votre résultat est positif [...], vous n’avez plus besoin de tester au
cours de ce cycle. »
3 Cocher uniquement la réponse exacte.
Ce test peut être utilisé comme moyen contraceptif efficace : en faisant le test à chaque
cycle pour connaître la date de l’ovulation, on peut s’abstenir périodiquement de rapports
sexuels.
Ce test peut être utilisé comme moyen contraceptif efficace : en faisant le test pour connaître
la date de l’ovulation pour un cycle, on peut miser sur la régularité parfaite des cycles pour
s’abstenir périodiquement de rapports sexuels.
Ce test ne peut pas être utilisé comme moyen contraceptif : un rapport sexuel deux à trois
jours avant la montée de LH peut être fécondant à cause de la durée de vie des spermatozoïdes.
Ce test ne peut pas être utilisé comme moyen contraceptif : un rapport sexuel deux à trois
jours avant la montée de LH peut être fécondant à cause de la durée de vie de l’ovule.
Une lecture trop rapide des différentes propositions. Si vous hésitez sur la réponse, procédez par élimination en utilisant votre bon sens.
128
Sujet 22 | Corrigé
1 Ce test de fertilité est basé sur la détection d’une augmentation du taux de LH dans les
urines. En quoi la détermination de ce taux permet-elle à la femme de repérer les jours les
plus fertiles de son cycle ?
La période de fertilité correspond aux jours du cycle où un rapport sexuel non protégé peut
être fécondant. Pour qu’il y ait fécondation, il est nécessaire que l’ovulation se soit produite,
c’est-à-dire que l’ovocyte ait été libéré du follicule mûr dans les trompes.
Le pic de sécrétion de l’hormone lutéinisante, LH, sécrétée par l’hypophyse antérieure agit
sur le follicule mûr de l’ovaire en provoquant l’ovulation. La notice de ce test nous précise
que les deux jours les plus fertiles commencent dès que le test d’ovulation détecte une montée
de LH, ce qui signifie que l’ovulation va se produire pendant cette période.
Ainsi, une montée de LH détectée le 12e jour du cycle permet à la femme de repérer que
l’ovulation va se produire le 12e ou 13e jour du cycle, moment propice à des rapports sexuels
fécondants. Le couple augmente donc ses chances de concevoir un bébé. L’ovule a une durée
de vie assez courte, de 24 h après ovulation, tandis que les spermatozoïdes ont une durée de
vie de 5 jours dans les voies génitales féminines. Des rapports sexuels du 9e jour au 14e jour
dans le cas du cycle présenté pourraient être fécondants avec une fertilité maximale les 12e et
13e jours.
2 Un test positif indique que la montée en concentration de LH se réalise, donc que le pic
de LH est imminent et va déclencher l’ovulation.
Ainsi, il n’est pas nécessaire que la femme poursuive les tests dans les jours qui suivent,
puisqu’elle peut dès lors repérer qu’elle est dans sa période la plus fertile.
Un seul pic de LH se produit par cycle. Si les rapports sexuels avec son conjoint ne sont pas
fécondants, elle devra recommencer les tests d’ovulation le mois suivant à nouveau vers le
10e jour du cycle.
3 Ce test ne peut pas être utilisé comme un moyen contraceptif : un rapport sexuel deux à
trois jours avant la montée de LH peut-être fécondant à cause de la durée de vie des spermatozoïdes.
129
Madame X. est une jeune femme de 26 ans qui désire un enfant avec son conjoint et ce depuis
plus de 2 ans sans succès. Madame X. n’a plus de cycle et présente des aménorrhées (absence
de règles).
Ce couple décide de consulter un centre d’Assistance Médicale à la Procréation afin de remédier à cette infertilité. Le spermogramme du conjoint de Madame X. se révèle normal. Les
résultats d’une échographie des ovaires, d’un bilan hormonal sanguin de Madame X. durant
un mois ainsi que le traitement préconisé par le médecin sont fournis ci-dessous.
Document 1
Résultat de l’échographie
L’échographie des ovaires de Madame X. montre la présence d’un stock important de
follicules tous immatures (incapables d’ovulation), mais contenant des ovules.
Document 2
Coupe d’ovaire de mammifère femelle
130
Sujet 23 | Énoncé
Document 3
Résultats d’analyses médicales de Madame X.
Valeurs
Hormone
Valeurs de référence
Taux mesurés chez
Madame X.
Hormone
hypophysaire FSH
Taux variables en fonction des phases
du cycle :
Phase folliculaire : 3,5 – 2,5 UI/l
Pic ovulatoire : 4,7 – 21,5 UI/l
Phase lutéale : 1,7 – 7,7 UI/l
2,5 UI/l quelle que soit la
phase du cycle
Hormone
hypophysaire LH
du cycle :
Phase folliculaire : 2,4 – 12,6 UI/l
Pic ovulatoire : 14 – 95,6 UI/l
Phase lutéale : 1,0 – 11,4 UI/l
1,1 UI/l quelle que soit la
phase du cycle
Hormone ovarienne
Œstradiol
du cycle :
Phase folliculaire : 24,5 – 95 pg/ml
Pic ovulatoire : 66,1 – 411 pg/ml
Phase lutéale : 40 – 261 pg/ml
14 pg/ml quelle que soit la
phase du cycle
UI = unités internationales (arbitraires).
Document 4
Traitement de Madame X.
Le médecin prescrit la pose d’une pompe à hormones qui délivre par pulsation toutes
les heures de la journée de la GnRH. Cette minipompe de la taille d’un baladeur MP3
est reliée à la circulation sanguine de Madame X. par un cathéter (sonde) posé sur le
ventre. La GnRH est une hormone normalement sécrétée par l’hypothalamus, centre nerveux proche de l’hypophyse, induisant la sécrétion par cette dernière de LH (hormone
lutéinisante) et de FSH (hormone folliculo-stimulante).
Au cours du traitement, des prises de sang régulières et des échographies des ovaires
montrent :
– des taux de LH et FSH et d’œstradiol qui redeviennent normaux avec un pic d’œstradiol
à 250/300 pg/ml vers le 13e jour du cycle suivi d’un pic de LH à 56 UI/l au 14e jour du
cycle ;
– de nombreux follicules mûrs.
Dès le traitement, les cycles redeviennent réguliers et, après trois mois de ce traitement,
Madame X. est enceinte.
131
Sujet 23 | Énoncé
À l’aide de vos connaissances et de l’exploitation des documents, expliquer, d’une part, les
causes de l’infertilité temporaire de Madame X. et, d’autre part, la réussite de son traitement.
Comprendre le sujet
Il s’agit de relier toutes les observations concernant la patiente afin d’expliquer son infertilité sachant que son conjoint présente un spermogramme satisfaisant, puis d’expliquer
en quoi le traitement proposé par le médecin, des injections pulsatiles de GnRH, permet
le rétablissement de la fertilité de la patiente.
Une étude des documents sans apport de connaissances ou des explications qui ne
prennent pas suffisamment appui sur les données concernant la patiente avec leur mise
en relation. Un travail au brouillon vous permet d’éviter ces écueils.
1. Lire chaque document attentivement et noter ou surligner les informations importantes.
2. Faire un plan au brouillon avec tous les points à aborder.
Introduction : exposé de la problématique. Poser le problème du couple et de Madame X.
Développement :
– la recherche des causes de l’infertilité : les anomalies constatées par Madame X. (absence de cycles, de règles), les résultats de l’échographie de l’ovaire de Madame X.,
l’évolution normale des follicules lors d’un cycle, les résultats de l’analyse sanguine
(FSH, LH, œstradiol) et comparaison avec les taux de référence, les effets des hormones
pour le cas d’un cycle normal ;
– le traitement du médecin : injection de GnRH et effets sur Madame X., explication du
rôle de la GnRH.
Conclusion : les causes d’infertilité. Sécrétion GnRH défectueuse entraînant des taux
hormonaux, hypophysaires et ovariens, insuffisants et constants. Fertilité rétablie suite au
traitement.
3. Rédiger en suivant la trame de votre plan. N’oublier pas de citer des valeurs chiffrées
pour les taux hormonaux.
Remarque : si vous manquez de temps ou si cela est plus facile pour vous, il est possible d’illustrer vos explications d’un ou de plusieurs schémas montrant l’interaction du
complexe hypothalamo-hypophysaire sur l’ovaire. Par exemple, un schéma montrant le
cas d’un cycle normal et un schéma traduisant les anomalies de fonctionnement de Madame X.
132
Sujet 23 | Corrigé
Introduction
Madame X. et son conjoint souhaitent avoir un enfant. Or, depuis plus de deux ans, ils ont
des rapports sexuels non protégés qui n’aboutissent pas à une grossesse.
Afin de remédier à ce problème d’infertilité, le couple va consulter un centre d’Assistance
Médicale à la Procréation afin de comprendre les causes de son infertilité et de suivre un
traitement pour y remédier.
Les causes de l’infertilité temporaire de Madame X.
Le conjoint de la patiente a déjà fait un spermogramme qui se révèle normal, le nombre de
spermatozoïdes ainsi que la qualité du sperme est satisfaisante. Il semblerait que l’infertilité
du couple résulte d’un problème qui concerne Madame X. En effet, elle n’a plus de cycles et
présente des aménorrhées. Cette absence de règles alors qu’elle n’est pas enceinte traduit une
anomalie.
Le médecin fait tout d’abord une échographie des ovaires qui montre un stock important de
follicules tous immatures, mais qui contiennent des ovules (document 1). Dans le cas normal,
à chaque cycle à partir de la puberté, les follicules évoluent petit à petit et un des follicules
arrive à maturité : on parle de follicule de De Graaf, qui renferme l’ovocyte.
Cette évolution des follicules se fait sous l’action d’une hormone hypophysaire, la FSH, hormone folliculo-stimulante, sécrétée par l’hypophyse. L’absence de follicule mûr chez Madame X., conduit le médecin à réaliser des analyses complémentaires des taux sanguins des
hormones hypophysaires : FSH, LH ; et ovarienne : l’œstradiol.
Le document 3 montre que le taux de FSH de la patiente est faible et constant à 2,5 UI/l,
quel que soit le moment du cycle, alors que les valeurs de référence traduisent des taux variables, avec un pic au moment de l’ovulation (21,5 UI/l). Ces observations peuvent expliquer
la présence de follicules immatures dans les ovaires et l’absence de follicules mûrs chez Madame X.
Le taux de LH est très faible également (1,1 UI/l) et constant chez la patiente, alors que les taux
varient au cours d’un cycle normal en phase folliculaire et phase lutéale, entrecoupés par un
pic ovulatoire très important (concentrations jusqu’à 95,6 UI/l). L’hormone lutéinisante est
sécrétée par l’hypophyse. Elle agit sur le follicule mûr et c’est le pic de LH qui provoque
l’ovulation, c’est-à-dire la libération de l’ovocyte dans le pavillon de la trompe. En absence
de pic de LH, l’ovulation ne peut se produire, donc Madame X. ne peut être enceinte.
Les concentrations en œstradiol sont également faibles et constantes (14 pg/ml), alors que des
variations s’observent dans le cas d’un cycle normal avec un pic ovulatoire conséquent (jusqu’à 411 pg/ml). L’œstradiol est une hormone ovarienne sécrétée par le follicule ovarien. Peu
avant l’ovulation, le pic d’œstradiol agit par rétrocontrôle positif sur l’hypophyse provoquant
les pics de FSH et de LH.
Ainsi chez Madame X., l’absence de variation des taux hormonaux de FSH, LH et œstradiol
explique l’absence de cycle, d’ovulation et de règles.
133
Sujet 23 | Corrigé
En quoi le traitement proposé permet-il de rétablir les variations hormonales ?
Le médecin prescrit la pose d’une pompe qui délivre par pulsations, toutes les heures de la
journée, la GnRH. Cette hormone est normalement sécrétée de façon pulsatile par l’hypothalamus et agit sur la libération des hormones hypophysaires, FSH et LH.
Le traitement permet de rétablir chez Madame X. des taux hormonaux normaux avec un pic
d’œstradiol le 13e jour suivi d’un pic de LH le 14e jour. De nombreux follicules mûrs sont
visibles dans l’ovaire grâce à un taux suffisant de FSH, puis le pic de LH, permis grâce au
pic d’œstradiol, déclenche l’ovulation.
Madame X. présentait un problème de sécrétion de GnRH, neurohormone sécrétée par l’hypothalamus. La mise en place de la pompe à GnRH a permis de rétablir le fonctionnement du
cycle ovarien, grâce à des taux hormonaux hypophysaires et ovariens satisfaisants, et l’obtention d’une grossesse chez la patiente trois mois après le début du traitement.
134
Depuis quelques mois Madame et Monsieur C. ne parviennent pas à avoir un enfant. En
surfant sur un blog, Madame C. découvre une méthode qui lui permet de prévoir la date
d’ovulation et donc de connaître sa période de fertilité. Cette méthode repose sur l’utilisation
de la courbe de températures.
Document 1
Document 1. a) : Courbe de températures théorique
La température corporelle au réveil varie selon la période du cycle menstruel :
– durant la phase pré-ovulatoire, elle varie légèrement en demeurant en dessous de 37 °C ;
– juste avant l’ovulation, elle chute jusqu’à la température la plus basse du cycle ;
– pendant la durée de la phase post-ovulatoire, elle remonte puis se stabilise en « plateau
thermique » au-dessus de 37 °C ;
– en absence de fécondation, la température redescend en dessous de 37 °C, un peu avant
les règles. En cas de grossesse, le plateau thermique se maintient.
Ce « plateau thermique » qui suit l’ovulation et se maintient pendant la grossesse est lié
à l’augmentation de la concentration en progestérone dans l’organisme de la femme.
135
Sujet 24 | Énoncé
Document 1. b) : Courbe de températures de Madame C.
Pour réaliser ses courbes de températures, Madame C. prend soin de suivre les conditions
de validité de la méthode :
–
–
–
–
–
elle prend sa température allongée, au réveil, avant toute autre activité ;
elle la prend régulièrement, tous les jours à la même heure ;
elle utilise toujours le même thermomètre ;
elle réalise cette courbe sur plusieurs cycles de suite, afin de vérifier sa régularité ;
elle est attentive à toute maladie (une infection bactérienne ou virale) qui pourrait être
responsable d’une fièvre.
Malgré l’utilisation de la courbe de températures, Madame et Monsieur C. ne parviennent
toujours pas à avoir un enfant. La pharmacienne de Madame C. lui propose d’utiliser un test
d’ovulation pour repérer la période la plus fertile de son cycle. Le principe du test d’ovulation
consiste à mesurer dans l’urine la concentration de l’hormone hypophysaire lutéinisante LH
qui est présente dans les urines dès le premier jour du cycle.
La pharmacienne lui indique également que la durée de vie des spermatozoïdes est de deux à
cinq jours dans les voies génitales et celle de l’ovocyte de vingt-quatre heures après l’ovulation.
136
Sujet 24 | Énoncé
Document 2
Dosage des hormones hypophysaires et évolution de la température au cours d’un
cycle menstruel
Document 3
Résultats possibles avec les bandelettes du test
Les tests d’ovulation sont en vente dans les pharmacies. Le plus souvent, le kit comprend
le matériel nécessaire pour 7 dosages. Leur fiabilité est de 90 %, à condition de respecter
scrupuleusement le mode d’emploi du fabricant.
Les tests d’ovulation se font sur 7 jours (à raison d’un test par jour). On essaie de les faire
commencer 4 jours avant la date présumée d’ovulation qui varie suivant la longueur des
cycles.
Il faut mettre en contact les bandelettes avec l’urine, attendre quelques minutes avant de
lire le résultat.
Le test est positif si deux traits apparaissent sur le bâtonnet test, il est négatif s’il n’apparaît
qu’un trait. Il est recommandé de ne pas trop boire avant d’utiliser un test d’ovulation afin
d’éviter de diluer l’hormone LH dans l’urine.
Un test positif annonce une ovulation dans les 12 à 36 heures.
137
Sujet 24 | Énoncé
Questions
1 Si on admet que beaucoup de femmes ont des cycles de durée variable, expliquer pourquoi
l’utilisation par Madame C. de sa courbe de températures peut lui permettre d’utiliser au
mieux son test d’ovulation.
Après s’être intéressé au cas de Monsieur et Madame C., on élargit l’étude à d’autres hormones impliquées dans la maîtrise de la procréation.
Il est important d’expliquer le rôle de la LH et en quoi son dosage permet d’indiquer à la
jeune femme le moment du cycle où elle est la plus fertile.
L’hormone lutéinisante ou LH est libérée par l’hypophyse et c’est le pic de LH qui va
déclencher l’ovulation.
1. Énoncer la problématique en une ou deux phrases qui constituent l’introduction de votre
réponse.
2. Expliquer le lien entre la FSH, la sécrétion d’œstrogènes, le pic de LH et l’ovulation
ainsi que l’intérêt du dosage de la LH (test d’ovulation) pour repérer la période fertile.
3. Expliquer comment vous déterminez la période de fertilité (ovulation et durée de vie
de l’ovule et des spermatozoïdes).
4. Décrire la courbe de températures de Madame C. en comparaison du document de référence (document 1. a) et 1. b). Établir le lien entre température et pic de LH (document 2).
5. Proposer une date de début des tests au regard du cycle de Madame C.
138
Sujet 24 | Énoncé
2 En utilisant vos connaissances relatives aux rôles des hormones naturelles dans la reproduction humaine, compléter les phrases suivantes.
a) La progestérone est une hormone ovarienne présente dans le sang :
à très forte concentration tout au long du cycle.
à très faible concentration tout au long du cycle.
à forte concentration en phase pré-ovulatoire.
à forte concentration en phase post-ovulatoire.
b) La pilule contraceptive bloque la maturation de l’ovaire et donc l’ovulation. Elle agit en
provoquant :
une augmentation conjointe de la production des hormones hypophysaire FSH et LH.
une baisse de la production de l’hormone hypophysaire FSH seule.
une baisse conjointe de la production des hormones hypophysaires FSH et LH.
une augmentation de la production de l’hormone hypophysaire LH seule.
139
Sujet 24 | Corrigé
1 Pour augmenter ses chances d’être enceinte, Madame C. doit avoir des rapports sexuels
avec son conjoint pendant la période la plus fertile de son cycle, c’est-à-dire au moment de
l’ovulation. L’ovulation est la libération d’un ovocyte dans les trompes, où pourra avoir lieu
une fécondation par un spermatozoïde.
Afin de repérer le moment de l’ovulation, Madame C. souhaite utiliser des tests d’ovulation.
Il s’agit de 7 dosages d’une hormone, la LH présente dans les urines.
En quoi cette hormone permet-elle de repérer la période fertile, c’est-à-dire l’ovulation ?
Le cycle menstruel commence le premier jour des règles et se termine le jour précédant les
règles suivantes. Lors de la première phase du cycle, les follicules ovariens se développent
sous l’action de l’hormone hypophysaire FSH (hormone folliculostimulante) et un des follicules arrive progressivement à maturité pour former le follicule de De Graaf. Le follicule
sécrète des hormones, les œstrogènes qui agissent sur le développement de l’utérus. Un taux
élevé d’œstrogènes provoque une augmentation subite (par rétrocontrôle positif) de la sécrétion de l’hormone lutéinisante, LH, par l’hypophyse, appelé pic de LH, responsable de
l’ovulation. L’ovulation se produit 24 à 36 heures après l’augmentation du taux de LH. Ainsi,
les dosages de LH dans les urines vont permettre à Madame C. de repérer son ovulation, donc
la période de fertilité. Le test est positif si on observe deux traits sur la bandelette.
L’ovule peut être fécondé pendant les 24 h qui suivent l’ovulation, tandis que les spermatozoïdes sont viables pendant 5 jours. Ainsi un couple peut avoir un enfant en ayant des relations
sexuelles 4 jours avant l’ovulation. Pour cette raison on recommande de commencer les tests
4 jours avant la date présumée de l’ovulation.
Afin de commencer ses tests au bon moment, Madame C. doit bien connaître son cycle menstruel. Pour cela sa courbe de températures peut l’aider. En effet, lors du cycle la température
du corps varie : pendant la phase pré-ovulatoire, elle est inférieure à 37 °C, peu avant l’ovulation elle est au plus bas, puis, pendant la phase post-ovulatoire, elle forme un plateau supérieur
à 37 °C. Bien sûr, il est nécessaire de prendre sa température toujours dans les mêmes conditions et à la même heure et sur plusieurs cycles. S’il y a une infection, la température est
augmentée en raison de la fièvre.
On constate sur le document 1. b) que la courbe de températures de Madame C. est normale.
Son cycle dure 30 jours, la température la plus basse a lieu le 17e jour en phase pré-ovulatoire.
Sur le document 2, la température la plus basse est associée au pic de LH. Ainsi, Madame C.
peut commencer ses tests 4 jours avant que sa température soit la plus basse en phase préovulatoire. Dans le cas du cycle du document 1. b), cela correspondrait au 14e jour. Les tests
se poursuivraient jusqu’au 20e jour. Si les tests sont positifs, les rapports sexuels seront probablement fécondants.
2 a) La progestérone est une hormone ovarienne présente dans le sang à forte concentration
en phase post-ovulatoire.
b) La pilule contraceptive bloque la maturation de l’ovaire et donc l’ovulation. Elle agit en
provoquant une baisse conjointe de la production des hormones hypophysaires FSH et LH.
140
Madame A. et son conjoint souhaitent un premier enfant. Cette jeune femme de 28 ans a
utilisé jusque-là une contraception orale régulière. Après plusieurs mois d’arrêt de la prise du
contraceptif, elle n’a pas de règles et pense être enceinte, mais les tests de grossesse qu’elle
fait sont négatifs. Elle consulte alors son gynécologue.
Son médecin lui prescrit une première série d’analyses sanguines dont les résultats sont présentés dans le document 1.
Document 1
Résultats des analyses de Madame A. et dosages de référence
FSH (hormone folliculo-stimulante) et LH (hormone lutéinisante) sont des hormones hypophysaires.
141
Sujet 25 | Énoncé
Pour préciser son diagnostic, le médecin prescrit également à Madame A. :
– une échographie des ovaires qui ne révèle aucune anomalie ;
– une IRM 1 de l’hypophyse (résultats donnés sur le document 2) ;
– un dosage de la prolactine sanguine (résultats donnés sur le document 3). Cette molécule,
sécrétée naturellement pendant la grossesse, bloque fortement l’ovulation.
Document 2
IRM de l’hypophyse
Source : d’après www.chups.jussieu.fr.
Ce type d’adénome est une tumeur bénigne provoquant une modification de l’activité des
cellules sécrétant la prolactine, à l’origine de l’augmentation de taille de la glande.
Document 3
Résultat du dosage de la prolactine sanguine
Concentration moyenne en prolactine dans
le sang en µg/l
Valeur normale (sans
adénome)
Valeur mesurée chez
Madame A.
< 20
> 50
Source : d’après www.chups.jussieu.fr.
1. IRM : imagerie médicale par résonance magnétique.
142
Sujet 25 | Énoncé
Questions
1 À l’aide du document 1 et de vos connaissances, présentez les anomalies hormonales détectées chez Madame A. et précisez comment elles expliquent son infertilité.
Il faut mobiliser vos connaissances sur l’action des hormones hypophysaires sur l’ovaire
et les conséquences sur les sécrétions des hormones ovariennes.
1. Faire une ou deux phrases d’introduction afin de présenter la problématique de Madame A. (pas de grossesse malgré l’absence de règles et en absence de contraceptif oral).
2. Comparer les courbes de chaque graphique de Madame A. avec les courbes de référence
et citer des valeurs chiffrées (taux très faibles et absence de variation cyclique pour les
différentes hormones hypophysaires et ovariennes).
3. Expliquer les anomalies des sécrétions des hormones de Madame A. en mobilisant vos
connaissances sur le contrôle du fonctionnement ovarien par le complexe hypothalamohypophysaire dans le cas normal (FSH et LH permettent le développement des follicules
ovariens, puis le pic de LH déclenche l’ovulation, les follicules ovariens et le corps jaune
sécrètent les œstrogènes et la progestérone).
4. Conclure votre étude par une phrase et donner une hypothèse ou une piste pour prescrire une analyse complémentaire afin de repérer les causes des dysfonctionnements hormonaux chez Madame A. (peut-être une anomalie de l’hypophyse ?). Cette phrase montre
que vous raisonnez de façon scientifique par rapport au problème et cela introduit le document 2 qui est une IRM de l’hypophyse.
2 On s’intéresse aux dosages complémentaires prescrits à Madame A.
Les examens complémentaires prescrits ont permis de détecter :
une tumeur ovarienne.
la présence de prolactine en trop faible taux chez Madame A.
une sécrétion trop importante de prolactine par l’hypophyse.
une absence de tumeur hypophysaire.
3 On s’intéresse aux difficultés de Madame A. à être enceinte.
La difficulté de Madame A. à être enceinte peut être due à :
un blocage de l’ovulation par manque de prolactine.
une absence de prolactine.
à la contraception utilisée avant ces tentatives de conception.
un excès de prolactine qui agit sur l’ovulation en la bloquant.
143
Sujet 25 | Énoncé
4 On s’intéresse à une éventuelle stimulation ovarienne de Madame A.
Pour obtenir une grossesse, Madame A. peut avoir recours à une stimulation ovarienne par
injection :
de prolactine.
de progestérone.
de progestérone et prolactine.
de FSH, puis de LH.
Vous devez mobiliser vos connaissances sur l’action de la progestérone, de la FSH et de
la LH.
144
Sujet 25 | Corrigé
1 Madame A. a arrêté depuis plusieurs mois la prise d’un contraceptif oral dans le but d’avoir
un premier enfant avec son conjoint.
N’ayant pas ses règles, elle a réalisé plusieurs tests de grossesse, mais s’étonne qu’ils soient
négatifs. Elle consulte alors son gynécologue afin d’avoir des explications. Son médecin lui
fait faire une première série d’analyses qui montrent que Madame A. présente plusieurs anomalies concernant les sécrétions hormonales en comparaison des dosages de référence :
– une concentration en FSH et LH très inférieure à la normale en début de cycle (2,5 µ/ml
environ au lieu de 5 mU/ml) et une absence de pics de ces deux hormones au moment de
l’ovulation (vers le 14e jour) ;
– un taux d’œstrogènes inférieur à 100 pg/ml et une absence de variation au cours du cycle
(150 pg/ml dans le cas normal en début de cycle). Les valeurs de référence montrent un pic
aux alentours de 600 pg/ml lors de la première phase du cycle (phase folliculaire) et une
seconde augmentation jusqu’à environ 400 pg/ml lors de la seconde phase du cycle (phase
lutéinisante) ;
– un taux de progestérone quasiment nul pendant toute la durée du cycle alors que l’on observe une augmentation en deuxième phase du cycle dans le cas normal (vers le 21e jour,
taux d’environ 19 ng/ml).
Ces anomalies hormonales expliquent l’infertilité de Madame A.
En effet, c’est le fonctionnement du complexe hypothalamo-hypohysaire qui agit sur le fonctionnement des ovaires. (Une sécrétion pulsatile de GnRH par l’hypothalamus stimule la
production de FSH et LH par l’hypophyse.) À chaque cycle, la FSH, hormone folliculostimulante, permet le développement des follicules. Lorsqu’un des follicules atteint sa maturité vers le 14e jour du cycle, un pic de LH (hormone lutéinisante) déclenche l’ovulation,
c’est-à-dire la libération de l’ovocyte dans le pavillon de la trompe où peut avoir lieu la fécondation par un spermatozoïde. En absence de pic de LH, l’ovulation ne se produit pas, il
ne peut y avoir fécondation, et donc pas de possibilité de grossesse.
Ce sont les ovaires et notamment les follicules qui sécrètent les œstrogènes pendant la première phase du cycle, puis le corps jaune en deuxième phase du cycle. Or chez Madame A.,
les follicules, non stimulés par la FSH, ne se développent pas et ne sécrètent donc que très peu
d’œstrogènes. Dans le cas d’un cycle normal, la progestérone est sécrétée essentiellement en
deuxième phase du cycle par le corps jaune, qui se forme après l’ovulation, à partir des restes
du follicule ovarien, sous l’action de la LH. Pour Madame A., le follicule n’est pas arrivé à
maturation, il n’y a pas eu d’ovulation, il n’y a donc pas formation de corps jaune – ce qui
explique le taux quasi nul de progestérone.
Les taux insuffisants d’hormones hypophysaires et ovariennes ainsi que l’absence de sécrétions cycliques expliquent l’infertilité de Madame A. Néanmoins, ces analyses ne permettent pas de déterminer la cause de ce dysfonctionnement. Sachant que c’est le complexe
hypothalamo-hypohysaire qui contrôle le fonctionnement ovarien, on peut se demander s’il
n’y a pas un problème à ce niveau. Des analyses complémentaires sont nécessaires afin de
repérer une éventuelle anomalie de l’hypophyse.
145
Sujet 25 | Corrigé
2 Les examens complémentaires prescrits ont permis de détecter une sécrétion trop importante de prolactine par l’hypophyse.
3 La difficulté de Madame A. à être enceinte peut être due à un excès de prolactine, qui agit
sur l’ovulation en la bloquant.
4 Pour obtenir une grossesse, Madame A. peut avoir recours à une stimulation ovarienne
par injection de FSH, puis de LH.
146
L’interruption volontaire de grossesse (IVG) est un droit depuis la loi Veil de 1975.
Document 1
Nombre d’IVG pour 1 000 femmes en fonction de leur âge
Source : d’après Ça m’intéresse, février 2011.
On s’intéresse à l’évolution récente du nombre d’IVG.
Document 2
Des expériences pour comprendre le mode d’action du RU 486
Les expériences décrites ci-dessous ont été réalisées sur des lapines impubères pour comprendre l’effet de la molécule RU 486 utilisée dans le cadre de l’IVG médicamenteuse.
Aspect de l’utérus, vu en coupe transversale, avant le traitement :
147
Sujet 26 | Énoncé
Source : d’après Ces hormones qui nous gouvernent, Belin, coll. « Bibliothèque Pour La Science ».
Questions
À l’aide de vos connaissances et des documents, choisir les propositions exactes :
1 Le graphique montre qu’entre 1990 et 2005, le nombre d’IVG en France a :
baissé quel que soit l’âge.
augmenté quel que soit l’âge.
baissé chez les jeunes de moins de 25 ans.
augmenté chez les jeunes de moins de 25 ans.
2 a) La comparaison des résultats des lots 1 et 2 permet d’affirmer que le développement de
la muqueuse utérine est stimulé par :
l’œstradiol.
la progestérone.
le RU 486.
l’œstradiol et la progestérone.
b) On peut déduire l’effet du RU 486, dans le cas de l’IVG médicamenteuse, par la comparaison des lots :
1 et 3.
2 et 3.
1 et 6.
2 et 6.
c) Les résultats obtenus pour les lots 4, 5 et 6 montrent que l’effet du RU 486 sur l’utérus :
148
Sujet 26 | Énoncé
est indépendant de la dose absorbée.
varie aléatoirement avec la dose injectée.
augmente avec la dose absorbée.
diminue avec la dose absorbée.
Les expériences proposées visent à mettre en évidence les effets du RU 486 sur la muqueuse utérine. Pour cela, on injecte à une lapine impubère soit de l’œstradiol seul soit
de l’œstradiol et de la progestérone et pour certains lots on traite en plus avec du RU 486
à différentes concentrations et on observe l’aspect de la taille de l’utérus et l’aspect de
la muqueuse. On vous indique également l’aspect de la muqueuse utérine et la taille de
l’utérus avant traitement, c’est le témoin.
Vous devez comparer les résultats expérimentaux des différents lots pour répondre aux
questions. Pour les questions 2 a) et c), on vous indique les lots à comparer, il n’y a donc
pas de difficultés majeures.
La question 2 b) est plus délicate puisqu’il faut choisir les lots à comparer. Pour mettre
en évidence l’action du RU 486, les deux lots à comparer ne doivent faire varier qu’un
seul paramètre : l’injection ou non de RU 486 en plus de l’injection de progestérone et
d’œstradiol. Lors de la grossesse, l’utérus à une taille importante et la muqueuse présente
un fort développement appelé « dentelle utérine ». L’injection de deux hormones permet
de simuler l’aspect de l’utérus dans le cas d’une grossesse.
3 Suite à une IVG, un suivi médical peut être proposé, car elle n’est pas sans conséquences
physiques et psychiques.
Citez les méthodes hormonales de régulation des naissances qui permettent d’éviter un recours à l’IVG.
Traiter des préservatifs, du stérilet et des stérilisations définitives dans la question 3 : ce
ne sont pas des méthodes hormonales.
Pour la question 3, il s’agit d’une question de cours sur les méthodes hormonales de régulation des naissances. Ce sont les méthodes contraceptives qui utilisent les hormones :
pilules, implant, patch, anneau vaginal. Les pilules du lendemain et du surlendemain
peuvent être citées.
Pour chaque méthode, indiquer le mode d’action de l’hormone (œstrogène et/ou progestative) : blocage de l’ovulation, modification de la glaire cervicale, modification de la
muqueuse utérine...
Vous ne disposez pas de beaucoup de temps et votre réponse ne pourra pas être exhaustive.
Pour ne rien oublier et structurer votre réponse :
1. Lister au brouillon (prévoir 5 minutes) toutes les méthodes que vous souhaitez citer en
mettant succinctement les modes d’action.
149
Sujet 26 | Corrigé
1 Le graphique montre qu’entre 1990 et 2005 le nombre d’IVG en France a augmenté chez
les jeunes de moins de 25 ans.
On observe, avant 25 ans, une augmentation des IVG en 2005 par rapport à 1990, et, après
25 ans, une légère diminution.
2 a) La comparaison des résultats des lots 1 et 2 permet d’affirmer que le développement de
la muqueuse utérine est stimulé par la progestérone.
b) On peut déduire l’effet du RU 486 par la comparaison des lots 2 et 6.
c) Les résultats obtenus pour les lots 4, 5 et 6 montrent que l’effet du RU 486 sur l’utérus
augmente avec la dose absorbée.
3 Afin d’éviter l’IVG, des méthodes hormonales de contraception peuvent être utilisées par
les femmes : la pilule combinée ou œstroprogestative (normodosée ou micropilule) contient
un mélange d’œstrogènes et de progestatifs. Elle a une triple action puisqu’elle empêche
l’ovulation et le développement de l’endomètre et modifie les propriétés de la glaire cervicale,
qui devient non perméable aux spermatozoïdes.
À côté de la pilule dite « classique », on trouve :
– la pilule séquentielle, prise pendant 28 jours, qui renferme des dosages variables d’un
œstrogène naturel et d’un progestatif de synthèse, et diminue ainsi les effets secondaires
des œstrogènes (notamment les risques vasculaires et métaboliques) ;
– la micropilule, qui contient uniquement un progestatif nouvelle génération et agit surtout
sur la glaire cervicale et l’ovulation ;
– l’anneau vaginal, qui diffuse œstrogènes et progestatifs et peut être gardé 4 semaines ;
– le patch qui diffuse les hormones à travers la peau ;
– l’implant, petit réservoir, glissé sous la peau, qui diffuse un progestatif. Il peut rester en
place trois ans.
Enfin, les femmes peuvent avoir recours à la pilule du lendemain dans le cas de rapports à
risques ou mal protégés. Il s’agit d’une contraception d’urgence puisque la molécule qu’elle
contient, le lévornorgestrel, empêche l’ovulation si elle n’a pas eu lieu, agit sur la muqueuse
utérine en empêchant la nidation et provoque la survenue des règles. Elle ne doit être prise
qu’exceptionnellement en raison notamment des effets secondaires (nausées, douleurs...). La
pilule du surlendemain contient une molécule d’acétate d’ulipristal. Elle est efficace 5 jours
au lieu de 3 pour la pilule du lendemain et agit de façon similaire.
150
Document 1
Une centrale électrique est une usine qui produit de l’énergie électrique. Il en existe plusieurs sortes : les centrales thermiques à combustibles fossiles, les centrales thermiques
à combustibles nucléaires, les centrales hydrauliques... Toutes sont basées sur le même
principe : faire tourner une turbine couplée à un alternateur qui fabrique de l’électricité.
La différence de fonctionnement se situe au niveau de la production d’énergie mécanique
lors de l’entraînement de la turbine. Dans les centrales hydrauliques, l’eau des barrages
actionne la turbine. Dans les centrales thermiques classiques, un combustible fossile est
brûlé pour transformer de l’eau en vapeur, produisant de l’énergie thermique pour entraîner la turbine. Dans les centrales thermiques nucléaires, les noyaux d’uranium remplacent
le combustible fossile. En se scindant, ces gros noyaux libèrent de l’énergie nucléaire, qui
sera utilisée pour produire de la vapeur d’eau laquelle peut activer la turbine.
Source : d’après le site du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, www.cea.fr.
Document 2
Courbe de décroissance radioactive du strontium
151
Sujet 27 | Énoncé
On appelle période radioactive (ou demi-vie) la durée au bout de laquelle la moitié d’une
population de noyaux radioactifs s’est désintégrée.
Document 3
Période radioactive de quelques déchets radioactifs
Noyau radioactif
Période radioactive
cobalt 60
5,2 ans
tritium
12,2 ans
césium 137
30 ans
américium 241
432 ans
radium 226
1 600 ans
plutonium 239
24 110 ans
neptunium 237
2 140 000 ans
Source : d’après www.science.gouv.fr.
Questions
1 Citez les trois différentes ressources énergétiques nommées dans le document 1. Précisez
parmi ces trois ressources, quelles sont celles qui sont non renouvelables ?
2 Recopiez, en complétant les cases 1 et 3, la chaîne énergétique ci-dessous qui correspond
à celle d’une centrale thermique à combustible nucléaire.
3 Dans les centrales nucléaires, les déchets produits contiennent de nombreux noyaux radioactifs : césium, strontium... De tels noyaux se désintègrent plus ou moins rapidement au
cours du temps.
152
Sujet 27 | Énoncé
a) Sachant que le noyau atomique de strontium est composé de 38 protons et 52 neutrons,
écrivez sur votre copie la représentation correcte de ce noyau parmi les 4 propositions cidessous :
90
90
52
38
52 Sr ; 38 Sr ; 38 Sr ; 52 Sr.
b) En utilisant le document 2, déterminez graphiquement la période radioactive du strontium.
c) À partir du document 3 et de vos connaissances, expliquez en quoi la gestion des déchets
radioactifs peut poser problème.
Comprendre le sujet
C’est un sujet relativement court sur l’énergie nucléaire qui peut être traité rapidement
puisque les questions sont succinctes.
Attention à l’écriture du noyau atomique avec les deux chiffres : le chiffre du bas est le
numéro atomique Z avec le nombre de protons, celui du haut est le nombre de masse A
qui est égal à la somme des protons et des neutrons N (A = Z + N).
Lisez bien le document 1 pour répondre aux questions 1 et 2 qui vous donne les éléments
de réponse.
Dans la question 3. c), après avoir commenté les valeurs du document 3, utilisez vos
connaissances personnelles et apprises en cours de SVT pour expliquer les dangers de la
radioactivité sur les êtres vivants.
153
Sujet 27 | Corrigé
1 Les trois ressources citées dans le document 1 sont l’énergie hydraulique, l’énergie des
combustibles fossiles et l’énergie nucléaire.
Parmi elles, l’énergie des combustibles fossiles et l’énergie nucléaire sont non renouvelables.
2
3 a) La représentation correcte du noyau atomique de strontium est la suivante : 90
38 Sr.
b) La période radioactive ou demi-vie du strontium est la durée au bout de laquelle la moitié d’une population de noyaux radioactifs s’est désintégrée. Sur le graphique, on part de
1 000 000 donc la moitié correspond à 500 000. La lecture graphique nous donne une durée
d’environ 28 années. La période radioactive du strontium est de 28 ans.
c) La gestion des déchets radioactifs peut poser problème, car la période radioactive est pour
une grande majorité de noyau radioactif très longue et hormis le cobalt 60 et le tritium avec
respectivement 5,2 ans et 12,2 ans de demi-vie, on trouve 432 ans pour l’américium, 1 600 ans
pour le radium 226, 24 110 ans pour le plutonium 239 et 2 140 000 ans pour le neptunium 237.
Les êtres vivants exposés à des rayonnements radioactifs importants peuvent développer des
cancers et divers problèmes de santé, les embryons peuvent avoir des malformations et la
fertilité des individus peut également être perturbée. La radioactivité provoque des mutations
de l’ADN. Ainsi, le traitement de déchets radioactifs est un réel problème en termes de coût,
de sécurité et de santé publique.
Les accidents nucléaires, comme par exemple celui de Tchernobyl, nous ont montrés les
conséquences désastreuses de la radioactivité sur l’environnement et les populations.
154
Document
Le premier train solaire roule en Belgique
À bord, rien ne le distingue d’un autre convoi. Mais à l’extérieur, ce sont des wagons d’un
genre nouveau, seulement alimentés par les rayons du soleil et non à l’électricité issue des
centrales nucléaires ou au gaz. Pour la première fois, lundi 6 juin, ce « train vert » a roulé
en Europe, sur 25 km, près d’Anvers, dans le nord de la Belgique. La raison de cet exploit :
16 000 panneaux photovoltaïques installés sur le toit du tunnel ferroviaire, de 3,4 km de
long, de la ligne à grande vitesse qui relie Anvers à Amsterdam. Depuis, tous les trains
effectuant la traversée d’Anvers circulent grâce à l’électricité produite localement.
Au départ, le tunnel, construit dans une réserve naturelle, avait un tout autre objectif
écologique : éviter d’abattre des arbres protégés dont la chute aurait pu interrompre le
trafic. Plus tard, ces dalles sont apparues idéales pour accueillir des panneaux solaires.
D’une surface de 50 000 mètres carrés, soit environ 8 terrains de football, elles peuvent
produire 12 MWh par jour.
« Pour les entreprises ferroviaires, les panneaux solaires sont le meilleur moyen pour
réduire l’empreinte carbone des trains. Vous pouvez par ailleurs utiliser des espaces qui
n’ont pas d’autre valeur économique et les projets peuvent être livrés en moins d’un an
dans la mesure où l’énergie solaire est moins critiquée que l’éolien », déclare dans les
colonnes du Guardian Bart Van Renterghem, un autre responsable d’Enfinity.
L’électricité produite par le « tunnel du soleil » en un an ne correspondra toutefois qu’à
celle consommée par l’ensemble des trains belges en un jour. Mais pour les concepteurs
du projet, davantage de surfaces comme les toits de gares ou de hangars et les nombreux
terrains vagues qui jouxtent les voies, pourraient être utilisées afin d’installer des panneaux.
Source : www.ecologie.blog.lemonde.fr.
Questions
1 Donnez la signification en toutes lettres du symbole MWh utilisé dans le document et
précisez à quelle grandeur il fait référence.
2 Calculez la puissance moyenne des panneaux solaires installés sur le tunnel.
3 Identifiez deux sources d’énergie renouvelable et deux sources d’énergie nonrenouvelable citées dans le document.
155
Sujet 28 | Énoncé
4 Expliquez et commentez la phrase « les panneaux solaires sont le meilleur moyen pour
réduire l’empreinte carbone des trains ».
5 On s’intéresse à la chaîne énergétique d’un panneau photovoltaïque.
Complétez le schéma ci-dessous en indiquant les formes d’énergie.
La chaîne énergétique d’un panneau photovoltaïque est schématisée par :
Comprendre le sujet
Le sujet concerne l’énergie fournie par les panneaux solaires avec le premier train solaire
qui roule en Belgique.
Les cinq questions visent à vérifier vos connaissances :
– sur les notions de puissance, d’énergie avec leurs unités respectives et la formule de
calcul ;
– sur la distinction entre énergie renouvelable et non renouvelable ;
– sur la notion d’empreinte carbone ;
– sur la chaîne énergétique d’un panneau photovoltaïque.
Attention à ne pas confondre puissance et énergie.
Lisez une première fois attentivement le document ainsi que les questions, puis faites une
seconde lecture en surlignant les informations qui vous seront utiles pour répondre.
À noter : l’empreinte carbone est à relier au dégagement de dioxyde de carbone, gaz à
effet de serre.
Soyez précis et clair dans vos réponses.
156
Sujet 28 | Corrigé
1 Le symbole MWh signifie millions de wattheure. Un wattheure est l’énergie consommée
pendant une heure (3 600 secondes) par un appareil de puissance 1W. Dans le texte, il s’agit
de l’énergie produite par les panneaux solaires.
2 La puissance est l’énergie produite chaque seconde par les panneaux photovoltaïques.
La puissance : P = E/t avec E = énergie en Joule ou Wh et t = temps en secondes. P en watt.
P = 12 000 : (24 × 3 600) = 0,139 watt.
La puissance produite chaque seconde par les panneaux solaires installés sur le tunnel est
d’environ 0,139 watt.
3 Les deux sources d’énergie renouvelable citées dans le texte sont les panneaux photovoltaïques et l’éolien. Les deux sources d’énergie non renouvelable citées sont l’électricité des
centrales nucléaires ou celle issue de la combustion du gaz (centrales électriques thermiques
à fission ou à combustion).
4 On appelle « empreinte carbone » la mesure du volume de dioxyde de carbone (CO2 ) émis
par combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon, par exemple) par les êtres vivants ou
les entreprises. Le calcul de l’empreinte carbone vise à trouver les meilleures solutions afin
de réduire les émissions de gaz à effet de serre tel que le CO2 .
Dans le cas du train solaire, les panneaux solaires fournissent de l’énergie sans produire du dioxyde de carbone, contrairement à l’alimentation électrique qui provient de la combustion de
pétrole ou de charbon. Ainsi, ces installations permettent de réduire efficacement l’empreinte
carbone.
5 La chaîne énergétique d’un panneau photovoltaïque est schématisée par :
157
Document 1
Assurer l’approvisionnement énergétique en toute sécurité
Les enjeux
Après l’accident de Fukushima, en mars 2011, quelle place donner au nucléaire dans notre
production d’énergie ?
158
Sujet 29 | Énoncé
– À court terme : fermer les centrales ou renforcer leur sécurité, selon des
recommandations de l’ASN.
– À moyen terme : 22 réacteurs (dont Fessenheim) auront 40 ans avant 2022. Faut-il les
fermer ou prolonger leur vie jusqu’à 60 ans ? Selon EDF, la prolongation coûterait de 680
à 860 millions d’euros par réacteur, alors que l’arrêt et le remplacement par un réacteur de
nouvelle génération d’Areva coûteraient environ cinq milliards d’euros.
– À long terme : à partir de quand et à quel rythme démanteler ? Selon la Cour des
comptes, le coût moyen serait de 317 millions d’euros par réacteur, mais nombre
d’incertitudes demeurent.
Les principaux défis
– EPR : stop ou encore ? La mise en service prévue en 2012 est reportée à 2016. Le coût
passant de 3,3 à 6 milliards d’euros.
– ITER : contrôler la fusion ? Le réacteur ITER vise une réaction de fusion nucléaire
(deux noyaux légers fusionnent en un noyau plus lourd en dégageant beaucoup d’énergie)
quand les centrales actuelles exploitent la réaction de fission (en cassant un noyau lourd
en deux noyaux légers).
– Gérer déchets et contestation : 28,4 milliards d’euros, c’est le coût futur de la gestion
des déchets, un montant amené à augmenter, selon la Cour des comptes.
Les options
– Maintenir la durée de vie à 40 ans et développer des réacteurs de 3e et 4e générations.
– Porter la durée de vie des réacteurs à 60 ans.
– Remplacer en 25 à 30 ans, la moitié des réacteurs ayant dépassé 40 ans, par un « mix »
gaz / énergies renouvelables.
– Arrêter totalement le nucléaire. À quelle échéance ?
Source : d’aprèsSciences et avenir, avril 2012.
Questions
1 Quel type de réaction nucléaire est utilisé dans la centrale de Fessenheim ?
2 Un des principaux défis européens est la mise en service du réacteur ITER. Pourquoi
utilise-t-on le terme de « défi » ?
159
Sujet 29 | Énoncé
3 La (les) proposition(s) correspondant à une réaction de fission est (sont) :
1
94
140
1
Réaction 1 = 235
92 U + 0 → 38 Sr + 54 Xe + 20 n
2
1
3
Réaction 2 = 1 H + 1 H → 2 He
Réaction 3 = 32 He + He → 42 He + 2 11 H
1
85
148
1
Réaction 4 = 235
92 U + 0 n → 35 Br + 57 La + 3 0 n
4 On s’intéresse à la capacité de production de la centrale nucléaire « nouvelle génération »
EPR. À partir du document, on peut déduire que la centrale nucléaire « nouvelle génération »
EPR serait capable de fournir :
Cocher uniquement la proposition exacte.
une énergie électrique de 1 650 MW.
une puissance électrique de 1 650 MW.
une énergie électrique de 1 300 MW.
une puissance électrique de 1 300 MW.
5 On s’intéresse aux capacités de production des centrales et des réacteurs nucléaires. En
exploitant le document, on peut déduire que :
Cocher uniquement la proposition exacte.
la capacité de production d’un réacteur de Fessenheim est de 900 MW et, en 2011, plus de
la moitié des réacteurs nucléaires français dépassait une capacité de production de 900 MW.
la capacité de production d’un réacteur de Fessenheim est de 1300 MW et, en 2011, plus de
la moitié des réacteurs nucléaires français dépassait une capacité de production de 900 MW.
la capacité de production d’un réacteur de Fessenheim est de 900 MW et, en 2011, plus
de la moitié des réacteurs nucléaires français ne dépassait pas une capacité de production
de 900 MW.
la capacité de production d’un réacteur de Fessenheim est de 1300 MW et, en 2011, plus
de la moitié des réacteurs nucléaires français ne dépassait pas une capacité de production
de 900 MW.
6 Pour assurer l’approvisionnement énergétique en toute sécurité, d’autres options peuvent
être aussi choisies, notamment augmenter la part des énergies renouvelables.
Donner 2 exemples d’énergies renouvelables en justifiant le terme « renouvelable ».
Comprendre le sujet
Le sujet porte sur le défi énergétique du XXIe siècle et plus particulièrement sur les problématiques liées à l’énergie nucléaire (coût, sécurité, entretien, démantèlement, pollution,
santé...). Les questions évaluent votre capacité à extraire et à analyser judicieusement les
informations du document, mais aussi à réinvestir vos connaissances concernant les différents types de réactions nucléaires. La dernière question porte sur la notion d’énergie
renouvelable dont vous devez citer deux exemples.
160
Sujet 29 | Énoncé
Éviter les pièges
Ne pas confondre fusion nucléaire et fission nucléaire : la fission est toujours provoquée
par un neutron sur un noyau d’un atome lourd qui se repère facilement au début de la
réaction. Attention, des neutrons peuvent être produits en fin de réaction dans les deux
cas, fusion et fission.
Un certain nombre d’éléments de réponse sont à trouver dans le document : une lecture
calme et attentive, en surlignant certaines données, est indispensable. Veillez à relire plusieurs fois les paragraphes du document.
161
Sujet 29 | Corrigé
1 La réaction nucléaire utilisée dans la centrale nucléaire de Fessenheim est une réaction en
chaîne de fission nucléaire.
La fission nucléaire, provoquée par un neutron, est l’éclatement d’un noyau lourd et instable
(dit fissile), par exemple l’uranium 235, en deux noyaux plus légers. Ceci s’accompagne
d’un dégagement d’énergie thermique dont une partie peut-être convertie en électricité dans
une centrale nucléaire. La réaction libère également des neutrons qui, à leur tour, peuvent
provoquer d’autres fissions : ce processus est appelé réaction en chaîne. Les produits de la
fission sont les déchets nucléaires.
2 Les besoins énergétiques augmentent, or les centrales nucléaires vieillissent (22 réacteurs
sur 58 auront plus de 40 ans en 2022). Les coûts de rénovation ou de remplacement par
de nouveaux réacteurs sont extrêmement élevés. À cela s’ajoute le problème des déchets
(28,4 milliards d’euros) qu’il faut traiter ainsi que le démantèlement des centrales (317 millions d’euros par réacteur). Les coûts s’élèvent ainsi à plusieurs milliards d’euros. La sécurité
sanitaire doit être aussi envisagée.
Les défis européens sont donc de trouver les solutions les plus appropriées afin de satisfaire
les besoins énergétiques tout en limitant les dépenses et les déchets.
Le réacteur ITER serait une solution intéressante, car il utilise la fusion nucléaire et non la
fission nucléaire des centrales actuelles.
Le réacteur ITER est encore expérimental et vise la production d’énergie grâce à une réaction de fusion entre deux noyaux légers, par exemple entre les isotopes de l’hydrogène,
le deutérium et le tritium, pour donner de l’hélium et un neutron. Sur terre, la maîtrise des
conditions propices à la fusion permettrait l’exploitation d’un combustible énergétique quasi
inépuisable : l’hydrogène, qui produit peu de déchets. À l’heure actuelle de nombreux obstacles techniques ne sont pas encore surmontés (instabilité du plasma). La fusion nécessite de
plus des conditions de haute température et de haute pression.
Le défi est donc de réussir à maîtriser tous les éléments techniques pour contrôler la fusion
nucléaire.
3 Les propositions correspondant à une réaction de fission sont :
1
94
140
1
Réaction 1 = 235
92 U + 0 → 38 Sr + 54 Xe + 20 n
1
85
148
1
Réaction 4 = 235
92 U + 0 n → 35 Br + 57 La + 3 0 n
4 À partir du document, on peut déduire que la centrale nucléaire « nouvelle génération »
EPR serait capable de fournir une puissance électrique de 1 650 MW.
5 En exploitant le document, on peut déduire que la capacité de production d’un réacteur de
Fessenheim est de 900 MW et, en 2011, plus de la moitié des réacteurs nucléaires français ne
dépassaient pas une capacité de production de 900 MW.
Le réacteur de Fessenheim aura 40 ans en 2022 donc sa mise en service s’est faite en 1982.
D’après le graphique, à cette époque la capacité de production était de 900 MW.
En 2011, la France possède 58 réacteurs (11 + 23 + 20 + 4) dont 34 (11 + 23) ont une capacité
de 900 MW donc plus de la moitié.
162
Sujet 29 | Corrigé
6 Les énergies renouvelables ont une durée de formation réduite au regard de la durée de vie
humaine et se renouvellent soit en permanence, soit en quelques années, contrairement aux
énergies non renouvelables pour lesquelles la formation a mis plusieurs millions d’années
(ressources fissiles et fossiles).
L’énergie éolienne et l’énergie hydraulique sont deux exemples d’énergies renouvelables qui
utilisent l’énergie du vent ou de l’eau pour actionner des turbines à l’origine d’électricité.
Vous pouviez également citer : la biomasse, le rayonnement solaire ou la géothermie.
163
Document 1
Pour un « trafic voyageur » T , la consommation d’énergie C dépend du mode de transport
choisi (train, bus, voiture, avion...).
On définit, en économie, l’efficacité énergétique E d’un mode de transport par la relation :
E=C
.
T
Pour un « trafic voyageur » T donné, un mode de transport sera d’autant plus efficace que la
consommation d’énergie C sera faible.
La consommation C s’exprime en millions de tep 1 .
Le « trafic voyageur » T s’exprime en milliards de kilomètres (parcourus par l’ensemble des
voyageurs).
L’efficacité énergétique E s’exprime en millions de tep/milliards de kilomètres.
Document 2
Efficacité énergétique moyenne selon le mode de transport
Mode de transport
Train-trammétro
BusCar
Deux-roues motorisées
Voiture
Avion
E
0,012
0,017
0,035
0,040
0,065
Source : ADEME, Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie
Trafic voyageurs en France en 2011
Mode de transport
Voiture
Autobus Car
Transport ferré
Transport aérien
T
812,7
51,1
104,0
13,5
Source : Insee, Institut national de la statistique et des études économiques.
1. La tep, tonne d’équivalent pétrole représente une unité d’énergie. 1 tep correspond à l’énergie dégagée par la
combustion d’une tonne de pétrole.
164
Sujet 30 | Énoncé
Production électrique en France en 2009
Hydraulique
Éolien,
photovoltaïque
Thermique
Classique
Thermique
Nucléaire
Millions de tep
4,9
1,1
5,3
35,3
% dans la production
électrique française
11 %
2%
11 %
76 %
Source : Commissariat Général du Développement Durable – Octobre 2010
Questions
1 À partir de vos connaissances, préciser la principale source d’énergie primaire utilisée
pour le déplacement d’un voyageur en voiture.
Parmi les sources d’énergie primaire, on distingue :
– les ressources énergétiques renouvelables, exploitables sans limite de durée (à
l’échelle humaine) : énergie solaire, énergie éolienne, géothermie, énergie hydraulique
et biomasse.
– les ressources énergétiques non renouvelables : ressources fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon) contenant de l’énergie chimique, et ressources fissiles (noyaux radioactifs tels que l’uranium 235), sources d’énergie nucléaire.
2 D’après les documents 1 et 2, donner le mode de transport permettant, pour un traficvoyageur donné, la consommation C la plus faible.
Pour un trafic voyageur T donné, un mode de transport est d’autant plus efficace que la
consommation énergétique C est faible, donc que l’efficacité énergétique E = C
T est faible
(document 1). Identifier à l’aide du document 2 le mode de transport offrant l’efficacité
énergétique la plus faible.
3 D’après les documents 1 et 2, calculer la consommation d’énergie C engendrée par les
déplacements en voiture en 2011 en France.
À l’aide des informations fournies dans le document 1, exprimer la consommation d’énergie C en fonction de l’efficacité énergétique E et du trafic voyageur T. Relever dans le document 2 les valeurs correspondant au mode de transport « voiture » et effectuer l’application numérique, en précisant l’unité du résultat obtenu. Rédiger une phrase de conclusion.
4 Déterminer la valeur et le pourcentage de l’énergie électrique, d’origine renouvelable,
produite en France en 2009.
Identifier les sources d’énergie renouvelables dans le tableau présentant la production
électrique en France (document 2). Additionner les valeurs et pourcentages correspondants. Terminer par une phrase de conclusion.
165
Sujet 30 | Énoncé
5 Depuis la fin des années 1970, l’ensemble des sites français permettant la production
d’énergie électrique, d’origine hydraulique, a été aménagé.
Dans le cadre du développement durable, à moyen terme (10 ans), 20 % du trafic voiture se
fera avec du tout électrique. Dans cette perspective, parmi les quatre propositions, choisir le
mode de production énergétique qu’il faudra développer :
thermique fossile ;
thermique nucléaire ;
éolien, photovoltaïque ;
hydraulique.
Le mode de production énergétique à développer doit être d’origine renouvelable afin
de s’inscrire dans le cadre du développement durable, et ne doit pas avoir été développé
auparavant.
166
Sujet 30 | Corrigé
1 La principale source d’énergie primaire utilisée pour le déplacement d’un voyageur en
voiture est l’énergie fossile, ressource énergétique non renouvelable. En effet la plupart des
voitures sont équipées d’un moteur thermique utilisant des dérivés du pétrole (essence, gasoil) comme combustible.
2 D’après le document 1, pour un trafic voyageur T donné, un mode de transport est d’autant plus efficace que la consommation énergétique C est faible, donc que l’efficacité énergétique E = C
est faible. Le mode de transport permettant, pour un trafic voyageur donné,
T
la consommation C la plus faible est celui correspondant à l’efficacité énergétique moyenne
la plus faible : d’après le document 2, il s’agit donc du transport ferroviaire (train, tram,
métro).
3 D’après le document 1, E = C
; la consommation énergétique C (en millions de tep)
T
est donc C = E × T , avec E l’efficacité énergétique (en millions de tep par milliard de
kilomètres) et T le trafic voyageur (en milliards de kilomètres parcourus).
D’après le document 2, pour le mode de transport « voiture », on relève les valeurs suivantes :
– efficacité énergétique : E = 0,040 million de tep par milliard de kilomètres ;
– trafic voyageur : T = 812,7 milliards de kilomètres.
On en déduit : C = 0, 040 × 812, 7 = 32, 5M tep.
La consommation énergétique engendrée par les déplacements en voiture en 2011 en France
est de 32,5 millions de tep.
4 Les sources d’énergie renouvelable utilisées pour la production électrique sont l’énergie
hydraulique, l’énergie éolienne et le photovoltaïque. D’après le tableau présentant la production électrique en France (document 2), on calcule :
– valeur de l’énergie électrique d’origine renouvelable produite en France :
4,9 + 1,1 = 6,0 millions de tep ;
– pourcentage de l’énergie électrique d’origine renouvelable dans la production française :
11 + 2 = 13 %.
En 2009, la France a produit 6 millions de tep d’énergie électrique d’origine renouvable, ce
qui représente 13 % de la production électrique totale.
5 Afin d’augmenter le trafic des voitures à moteur électrique dans le cadre du développement
durable, il est nécessaire de développer la production d’électricité d’origine renouvelable. On
élimine donc les propositions 1 et 2 (thermique fossile et nucléaire), qui correspondent à des
sources d’énergie non renouvelable. L’ensemble des sites français permettant la production
d’énergie élecrique d’origine hydraulique ayant déjà été aménagé, il faudra donc développer
la production d’énergie par mode éolien et photovoltaïque.
167

Sujets de Sciences 1 re ES et L

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