\thumb

%%% 1

\begin{qcm}{Vérification de connaissances}{5} % titre , temps
Choisissez les réponses exactes (plusieurs réponses possibles par\linebreak proposition).
\begin{questions}
\item L'écosystème :

\begin{tabularx}{\linewidth}{@{}l@{\xspace}X@{}}
\choix & comprend un biotope et une biocénose indépendants l'un de l'autre;\\
\choix & a pour source initiale d'énergie l'énergie solaire;\\
\choix & comprend des producteurs primaires et secondaires de matière;\\
\choix & est un milieu qui nécessite l'intervention de l'être humain pour rester en équilibre.
\end{tabularx}

\item Dans l'écosystème naturel :\resetchoix

\begin{tabularx}{\linewidth}{@{}l@{\xspace}X@{}}
\choix & les végétaux chlorophylliens sont les seuls producteurs de matière;\\
\choix & les producteurs primaires de matière sont les végétaux\linebreak chlorophylliens;\\
\choix & les consommateurs sont des producteurs secondaires;\\
\choix & les décomposeurs assurent un recyclage de la matière;\\
\choix & les décomposeurs assurent un recyclage de l'énergie.
\end{tabularx}
\end{questions}
\end{qcm}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item  Les réponses exactes sont \choix[b] et \choix[c]. L'énergie solaire est la source d'énergie
indispensable à la photosynthèse. Les producteurs primaires sont les végétaux
chlorophylliens, les producteurs secondaires regroupent les consommateurs et
les décomposeurs. Les autres propositions sont fausses car biocénose et biotope
sont en interaction réciproque. L'écosystème est naturel, il ne nécessite
pas d'intervention humaine.

\item Les réponses exactes sont \choix[b], \choix[c], \choix[d]. La proposition \choix[a] est fausse car les producteurs de matière peuvent être primaires (les végétaux chlorophylliens) ou
secondaires (consommateurs et décomposeurs). Dans l'écosystème, seule la
matière est recyclée. L'énergie est perdue à chaque niveau trophique. L'énergie
solaire ou lumineuse est indispensable à son fonctionnement.
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 2

\begin{exo}{Vérification des connaissances}{Lycée Jean Pierre Vernant, Sèvres}{1}{5} 
Exprimez une idée à l'aide des termes fournis sous forme d'une phrase :
\begin{questions}
\item Écosystème, biocénose, biotope.
\item Énergie, réseau trophique, niveaux trophiques, respiration.
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item Les caractéristiques physico-chimiques constituent le biotope de l'écosystème
alors que la biocénose est l'ensemble des êtres vivants capables de vivre dans ce
biotope.
\item Dans un réseau trophique, l'énergie disponible diminue lorsque l'on s'élève dans
les niveaux trophiques puisqu'une partie de cette énergie est perdue par la respiration.
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 3

\begin{exo}{Impact du DDT sur les écosystèmes}{Lycée Albert de Mun, Nogent-sur-Marne}{1}{10} \label{ch8exo3}
À partir des informations extraites des documents page suivante, et de vos connaissances, répondez aux questions suivantes :
\begin{questions}
\item Dans la pyramide des biomasses du document 2, le premier maillon de la chaîne alimentaire ne figure pas. Indiquez le maillon qui se trouve à la base de toute
chaîne alimentaire.
\item Expliquez la diminution de biomasse d'un niveau à l'autre.
\item Expliquez pourquoi les superprédateurs sont les plus touchés par la pollution.
\item Comment pouvez-vous expliquer que du DDT puisse être retrouvé dans le lait de certaines femmes ?
\end{questions}

\vfil\hfil\textit{Documents page suivante.}

\newpage

\textit{Document 1 : pesticides et bioamplification}

\Par

L'Humain produit une extraordinaire variété de substances toxiques, et notamment
des milliers de produits synthétiques qui n'ont jamais existé à l'état naturel. Il déverse
ces substances dans la nature, sans s'inquiéter des conséquences écologiques de ce
geste. [...] Les organismes absorbent les substances toxiques en même temps que
l'eau et les nutriments. Ils en métabolisent et en excrètent certaines mais en accumulent
d'autres dans leurs tissus. [...] La concentration tissulaire des toxines augmente
à chaque échelon des chaînes alimentaires, en un processus appelé bioamplification.

Par conséquent, les organismes carnivores subissent le plus gravement les méfaits des
composés toxiques libérés dans le milieu. [...] Les chercheurs ont trouvé des traces de
DDT dans les tissus de la plupart des organismes examinés ; dans plusieurs pays, ils
en ont même décelé dans le lait maternel des femmes. L'un des premiers indices des
effets écologiques du DDT fut le déclin des populations d'Aigles et de Pélicans, des
superprédateurs qui occupent le sommet de chaînes alimentaires.

Le DDT est un insecticide, qui a fait l'objet d'un large usage dans la lutte contre les
ravageurs des cultures et contre les insectes piqueurs. Son épandage est désormais
interdit dans de nombreux pays.

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\includegraphics{238_8_exo3}
\figcaption{Document 2 : pyramide des biomasses et chaîne alimentaire étudiées.}
\end{center}
\end{figure}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\item Dans la pyramide des biomasses il manque le maillon des producteurs primaires
qui, en milieu marin, correspond au phytoplancton.
\item La perte de biomasse a chaque maillon s'explique par le fait qu'un maillon de rang
n ne peut consommer tous les individus du rang n–1. De plus, sur toute la biomasse
consommée par un échelon, seule une partie est effectivement assimilée. Puis sur
toute la matière assimilée seule une partie sert à produire la matière de l'échelon,
l'autre est convertie en énergie et constitue les pertes respiratoires.
\item Il est précisé dans le document 1 que les organismes accumulent différentes toxines
dans les tissus et que cette concentration tissulaire augmente à chaque échelon des
chaines alimentaires par bioamplification. Comme les superprédateurs sont situés
au dernier échelon des pyramides alimentaires (4ème échelon), ils ont donc une forte
concentration en toxines tissulaires (25 ppm de DDT contre 0,000003 ppm dans le
zooplancton).
\item L'être humain (et donc la femme) en consommant des petits et des gros poissons
sont également des superprédateurs de l'écosystème marin : il accumule donc de
grandes quantité de toxines par bioamplification, qui chez la femme peuvent passer
dans le lait maternel (on pourrait retrouver dans le lait maternel des concentrations
en DDT analogues à celles trouvées chez le Balbuzard).
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 4
\newpage
\begin{exo}{Biodiversité et production végétale}{Lycée Pablo Picasso, Fontenay/bois}{2}{10} 
Montrez en quoi l'utilisation de la biodiversité peut contribuer à la durabilité de la
production végétale.
\end{exo}

\begin{corrige}
De nombreuses plantes cultivées comprennent un grand nombre de variétés : c'est
le cas par exemple de la tomate, la pomme de terre, la fraise... La plupart de ces
variétés n'existent pas à l'état sauvage et proviennent d'une longue sélection effectuée
par l'être humain. Ces différentes variétés (pourtant toutes de même espèce) ne sont
pas génétiquement semblables : hormis leur forme, leur taille, leur couleur et leurs
qualités gustatives différentes, elles n'ont pas non plus les mêmes exigences environnementales
: certaines sont moins gourmandes en eau et résistent bien à la sécheresse,
d'autres résistent mieux aux parasites, enfin certaines à propriétés de sol identiques
sont plus productives. Ainsi, choisir la culture d'une variété donnée en fonction des
contraintes environnementales (propriétés du sol : disponibilité en eau, fertilité... ou présence de certains ravageurs identifiés) permet de limiter les intrants : irrigation,
pesticides ou herbicides. De plus, maintenir la biodiversité d'une espèce cultivée offre
aussi la possibilité d'une rotation des cultures, ce qui contribue également à la limitation
des intrants et à une meilleure préservation ou reconstitution du sol.

Ainsi maintenir et utiliser la biodiversité des espèces cultivées permet une diversification
de l'agriculture plus protectrice de l'environnement, compatible avec la durabilité
de la production végétale.
\end{corrige}

%%% 5

\begin{exo}{Plante cultivée et besoin en azote}{Lycée Gustave Eiffel, Bordeaux}{2}{10}\label{ch8exo5}
\textit{Document 1 : résultats de production sans apport azoté.}

\Par

On cultive en pot durant trois mois 4 espèces différentes à partir de graines sans apport
d'azote minéral (milieu dépourvu de nitrates ou nitrites).

On précise que le blé et l'avoine sont des céréales. Le trèfle et le pois sont des légumineuses.

\Par

\begin{figure}
\begin{center}
\begin{tabular}{|C|*3{Zc|}}
\tabulartitle\hline
 & \multicolumn{3}{|Zc|}{Masse d'azote en mg.g$^{-1}$ de matière sèche}\\
 &\psline(-0.2,0.35)(6.3,0.35) Graine & Récolte & Variation\\
\hline
Blé & 57 & 60 & +3\\\hline
Avoine & 59 & 53 & $-6$\\\hline
Trèfle & 114 & 156 & +42\\\hline
Pois & 47 & 100 & +53\\\hline
\end{tabular}
\tabcaption{Résultats de production sans apport azoté.}
\end{center}
\end{figure}

\Par

\textit{Document 2 : approche expérimentale.}

\Par

On réalise un milieu de culture initial de la façon suivante : sable lavé (élimination
de toute trace d'azote minéral) et solution nutritive dépourvue d'azote minéral (sans
nitrites, nitrates). Le tout est stérilisé par chauffage à 100°C.

\Par

On ensemence le milieu de culture avec 4 lots de graines de légumineuses de la manière décrite dans le tableau suivant.

\Par

\begin{figure}
\begin{tabular}{|>{\centering\arraybackslash}M{15mm}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{13mm}}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{15mm}}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{19mm}}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{25mm}}|}
\tabulartitle\hline
 & \centering\arraybackslash Lot A  &\centering\arraybackslash Lot B &\centering\arraybackslash Lot C &\centering\arraybackslash Lot D\\
 \hline
Conditions expérimentales & 
Milieu de culture initial &
Le milieu initial est enrichi en nitrates (source d'azote) &
Le milieu initial est enrichi en terre de légumineuses$^*$ lavées pour éliminer toute trace d'azote &
Mêmes conditions expérimentales que le lot C mais la terre de légumineuses est stérilisée par chauffage à 100°C\\
\hline
\end{tabular}

\Par

$^*$ La terre de légumineuses provient d'un sol où poussent des légumineuses.

\tabcaption{Approche expérimentale (1\iere partie du tableau).}
\end{figure}

\newpage

\begin{figure}
\begin{tabular}{|>{\centering\arraybackslash}M{15mm}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{13mm}}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{15mm}}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{19mm}}|>{\centering\arraybackslash}Z{m{25mm}}|}
\tabulartitle\hline
 & Lot A  & Lot B & Lot C & Lot D\\
 \hline
Résultats & 
Les graines germent correctement puis les\newline plantules jaunissent et meurent. &
Les\newline plantules poursuivent leur croissance et donnent des plantes normales aux\newline racines dépourvues de nodosités. &
Les plantules poursuivent leur croissance pour donner des plantes plus vigoureuses, ayant des racines pourvues
de\newline nodosités. &
Les graines\newline germent\newline correctement puis les plantules jaunissent et\newline meurent.\\
\hline
Dosage des composés organiques azotés dans les racines &
--- &  1,6\% &  5\% & ---\\
\hline
\end{tabular}

\tabcaption{Approche expérimentale (suite du tableau).}
\end{figure}

\Par

\textit{Document 3 : observation au microscope d'une nodosité de légumineuse.}

\Par

L'observation au microscope d'une coupe de nodosité montre qu'elle est constituée de cellules végétales géantes envahies par des bactéries du genre rhizobium.

\Par

\begin{figure}
\includegraphics{240_8_exo5}
\figcaption{Observation au microscope d'une nodosité de légumineuse.}
\end{figure}

\newpage

Les rhizobiums sont des bactéries capables de fixer de diazote (N$_2$) de l'air, c'est-à-dire
de l'utiliser pour fabriquer des composés azotés.

Les rhizobiums vivent en association réciproque (symbiose) avec les légumineuses.

Les bactéries prélèvent les glucides (C organique) nécessaires à leur nutrition dans
la cellule végétale tandis que la plante prélève les substances azotées (N organique)
nécessaires à sa croissance. Une partie des composés azotés fabriqués est également
rejetée dans le sol par les racines.

\begin{questions}
\item Étudiez les résultats obtenus dans l'expérience du document 1.
\item À partir d'une analyse rigoureuse des documents 2 et 3, dégagez les particularités de la nutrition azotée des légumineuses.
\item Quels avantages présentent une culture simultanée Légumineuses/céréales dans un même champ ?
\end{questions}
\end{exo}

\begin{corrige}
\begin{questions}
\enlargethispage*{4em}
\item Le document 1 présente des résultats de production exprimés en masse d'azote
(mg.g-1) de matière séche pour 4 espèces : blé, avoine, trèfle et pois sur un milieu
de culture dépourvu d'azote minéral. On précise que le blé et l'avoine sont des
céréales alors que le trèfle et le pois sont des légumineuses. On constate une augmentation
significative de masse de matière produite contenant de l'azote pour
le trèfle et le pois : les légumineuses ont produit des matières organiques azotées
durant les trois mois qui ont précédé la récolte. Le blé et l'avoine n'ont pas été
capables d'en produire (la variation pour le blé entre l'état graine et récolte au bout
de trois mois n'est pas significative). L'avoine a même perdu des matières azotées.
Les légumineuses sont donc capables, même en l'absence de minéraux contenant
de l'azote, de produire des molécules organiques qui en contiennent à la différence
des céréales.

\item On cultive 4 lots de légumineuses sur milieu dépourvu d'azote minéral. Le milieu
de culture est stérilisé.
\begin{itemize}
\item Pour le lot A, on constate une germination mais les plantules meurent. Les plantes
n'ont pas été capables de produire des molécules organiques en l'absence d'azote
minéral et sur milieu stérile.
\item Pour le lot B : On rajoute des nitrates. Les plantes ont une croissance normale.
Elles ont produit des molécules organiques, notamment des composés azotés
détectables dans les racines à la hauteur de 1,6\%. Par comparaison au lot A, on
peut en déduire que l'azote minéral est nécessaire à la croissance et la synthèse
de composés azotés.
\item Pour le lot C, en l'absence d'azote mais sur terre de légumineuses, les plantes
ont une croissance plus vigoureuse que le lot B, les racines sont pourvues de
nodosités. On retrouve 5\% de composés azotés dans les racines. La terre de légumineuses
(pourtant dépourvue d'azote minéral) apporte des éléments nécessaires
à la croissance. Elle permet le développement de nodosités sur les racines et la
synthèse de composés azotés. Elle est plus efficace que les nitrates : meilleure
croissance, meilleure synthèse de composés azotés.
\item Pour le lot D, les conditions sont identiques au lot C mais la terre de légumineuses
a été stérilisée. On constate que les plantes meurent. Elles ne produisent
pas de molécules organiques.
\end{itemize}
On peut en déduire qu'en l'absence d'azote minéral, les légumineuses produisent
leur matière organique et notamment leurs composés azotés à partir d'éléments
présents dans la terre de légumineuses. Ces éléments favorisent le développement
de nodosités sur les racines et sont sensibles à la stérilisation.

Le document 3 présente l'observation microscopique d'une coupe de nodosité.
Cette coupe montre que les nodosités sont constituées de cellules végétales qui
hébergent un grand nombre de Rhizobium. Or il est précisé que les rhizobiums
sont des bactéries capables de fixer le diazote de l'air (N$_2$) et qu'elles vivent en
association réciproque (symbiose) avec les légumineuses.

Ainsi pour le lot C, la terre de légumineuses a apporté des bactéries du genre rhizobium
qui en association avec la plante ont élaboré les nodosités. Les rhizobiums
ont alors fabriqué des molécules azotées à partir du diazote de l'air. La plante
bénéficie de cette synthèse ce qui lui permet de croître en l'absence de tout apport
minéral d'azote. L'efficacité de ce mode de nutrition est d'ailleurs plus grande
qu'une nutrition minérale à base de nitrates.
Dans le lot D, les nodosités n'ont pas pu se développer car la stérilisation a détruit
les bactéries du genre rhizobium.

\newpage

\item Le document 3 précise qu'une partie des composés azotés fabriqués par les rhizobiums
des nodosités est rejeté dans le sol. La culture de légumineuses enrichit
donc le sol en composés azotés.

Les céréales ne peuvent pas développer en symbiose
avec les rhizobiums mais une culture simultanée légumineuses/céréales permet
d'enrichir naturellement le sol en composés azotés utilisables par les céréales,
et de réduire ainsi les intrants d'engrais azotés.
\end{questions}
\end{corrige}

%%% 6

\begin{exo}{Révolution verte et contre-révolution}{Lycée Albert de Mun, Nogent-sur-Marne}{3}{15} 
À partir des informations du texte ci-dessous et de vos connaissances, expliquez ce qui oppose la « contre-révolution verte » à la « révolution verte ».

\Par

\textit{La contre-révolution verte.}

\Par

L'agriculture mondiale est face à un double défi : nourrir 3 milliards d'humains de
plus d'ici à 2030 sans porter de nouveaux coups fatals à la diversité de la vie. [...]
C'était l'époque de la « révolution verte » des années 1970, quand la lutte contre la
famine passait avant toute autre préoccupation.

Depuis le Sommet de la Terre à Rio en 1992, un « changement de paradigme a eu
lieu », selon Emmanuel Torquebiau, du Cirad, le centre français de coopération
agronomique. Au sein de la direction scientifique, il est en charge de l'« agro-écologie » : le concept moteur d'une contre-révolution verte.

[...] « L'agro-écologie cherche à résoudre l'antagonisme apparu entre besoins humains
croissants et biodiversité », résume Izabella Kozeill, chercheuse au département britannique
du développement international (DFID). Au Kenya, des agronomes ont fait
planter dans des champs de maïs deux autres plantes, l'une repoussant les nuisibles,
l'autre les attirant. Plus besoin d'insecticide, et des améliorations de 15 à 20\% du rendement ont été signalées dans certaines zones. En Afrique de l'Ouest, le Cirad
encourage la culture en rangs alternés de mil et de haricot. Emmanuel Torquebiau
explique : « Les haricots enrichissent le sol en azote, ce qui réduit le recours aux
engrais. Cela permet aussi de faire deux récoltes sur une même parcelle. »
\end{exo}

\begin{corrige}
La révolution verte amorcée dans les années 50 avait pour principal objectif de lutter
contre la famine et d'augmenter les rendements de production afin de satisfaire une
population toujours croissante. Les choix culturaux ont été orientés vers des cultures
très productives, vers une production extensive (États-Unis) et intensive (pays européens)
avec utilisation d'intrants variés : engrais chimiques, traitements phytosanitaires
(insecticides pour détruire les ravageurs, herbicides pour lutter contre les mauvaises
herbes) afin d'obtenir les meilleurs rendements. Les conséquences environnementales
de ces traitements n'ont pas été envisagées car elles étaient méconnues. Dans les
années 80, l'impact environnemental des utilisations irraisonnées d'intrants s'est fait
ressentir : pollution des sols, des nappes phréatiques, marées vertes en bord de littoral,
baisse de la biodiversité naturelle. De cette prise de conscience, l'idée d'une contre-révolution
verte dont l'objectif est double s'est imposée : satisfaire l'alimentation
d'une population qui ne cesse de croître tout en assurant une protection de l'environnement.
Il s'agit du concept d'\og agro-écologie\fg présenté dans le document c'est-à-dire
une agriculture compatible avec le développement durable. Il existe en effet de
nombreuses pratiques culturales alternatives à l'agriculture intensive : les plantes qui
repoussent les nuisibles et celles qui les attirent, plantées dans les champs de mais
sont une forme de lutte biologique qui permet de réduire l'utilisation d'insecticides.
La culture de légumineuses (le haricot) enrichit le sol en azote et limite l'utilisation
d'engrais. Le Cirad n'a pas constaté de baisse dans les rendements bien au contraire
puisque certaines zones d'Afrique ont des rendements supérieurs de 15 à 20\%.
\end{corrige}

\thumb
\AfficheCorrige
