Séquence 2. Nourrir l humanité. Sommaire

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1 Séquence 2 Nourrir l humanité Sommaire 1. La place de l Homme dans les écosystèmes : vers une perspective durable 2. Nourrir neuf milliards d Hommes : un défi technique et scientifique 3. Une alimentation sous haute surveillance : les risques alimentaires Exercices de la séquence 2 Lexique 1

2 1 La place de l Homme dans les écosystèmes : vers une perspective durable Pour s interrroger La population humaine ne cesse de croître (7 milliards d Hommes fin 2011 et une perspective de 9 milliards en 2050) et une grande partie de cette population est d ors et déjà en état de malnutrition chronique. La consommation mondiale de céréales est passée de 21 millions de tonnes par an en moyenne entre 1990 et 2005 à 41 millions entre 2005 et Cette boulimie s explique en fait principalement par la hausse spectaculaire de la production d éthanol aux états-unis. Les surfaces cultivables régressent, converties en usages non agricoles. Par ailleurs, on estime que 10 % seulement des surfaces continentales sont cultivées, mais afin d être cultivable, une surface nécessite un sol de qualité. Enfin, l accroissement des rendements stagne ; au Japon par exemple, la productivité du riz n a pas été augmentée depuis quatorze ans. Un problème semblable va-t-il se poser pour le blé en Europe? E Comment nourrir cette population toujours plus importante? E Comment améliore-t-on la production alimentaire? E Quelles sont les conséquences de ces pratiques alimentaires sur l environnement? Des pistes pour avancer et trouver des solutions : Il est nécessaire de comprendre la nature des relations alimentaires qui lient les êtres vivants dans les écosystèmes et les agrosystèmes. Il faudra également apprécier et évaluer la production des végétaux et des animaux à l échelle des écosystèmes. 3

3 A Les écosystèmes permettent la productivité végétale et entretiennent les chaînes alimentaires E Quelles sont les relations alimentaires dans un écosystème? Activité 1 Les relations alimentaires des écosystèmes : Capacités : Traiter des données et construire graphiquement. Document 1 Les régimes alimentaires dans l écosystème forestier Êtres vivants Campagnol Champignon Chevreuil Chouette Écureuil Epervier Epicéa (arbre du groupe des conifères) Aliments Racines, bulbes, tiges souterraines. Matière organique morte contenue dans la litière Herbe, feuilles d arbustes, jeunes rameaux de conifères. Campagnols, mulots, petits oiseaux, insectes Graines diverses, bourgeons d arbres. Petits oiseaux, petits rongeurs. Eau, sels minéraux, CO 2. Herbe Eau, sels minéraux, CO 2 Hérisson Lombrics, insectes, baies, insectes. Hêtre Eau, sels minéraux, CO 2. Homme Myrtille, chevreuil Lombric (ver de terre) Feuilles mortes, débris végétaux. Martre Écureuil, petits oiseaux, œufs, mulots, baies. Mésange noire Insectes, graines de hêtre et de conifères. Beaucoup de graines d arbres, de jeunes Mulot plantes, des champignons, de petits fruits, des vers de terre. Myrtille Eau, sels minéraux, CO 2. Pic noir Insectes, baies, graines de conifères. Puce Sang Renard Petits rongeurs, oiseaux, baies. Scolyte (insecte) Bois des troncs d arbres. 4

4 Questions 1 Fabriquer des vignettes pour chaque être vivant du tableau du document 1. À partir des renseignements fournis sur son régime alimentaire, relier les vignettes par une flèche qui signifie «est mangé par» et qui indique pour nous le sens de transfert de la matière organique. On obtient alors une représentation graphique des relations alimentaires entre quelques êtres vivants de l écosystème «hêtraie sapinière» ou réseau trophique. Ce réseau correspond aux interconnexions entre plusieurs chaînes alimentaires, suites d êtres vivants dans lequel chaque individu mange celui qui les précède. 2 Expliquer, en utilisant en particulier les acquis de Seconde, la place des végétaux chlorophylliens dans les chaînes alimentaires et le niveau des producteurs primaires qu on leur attribue. à retenir À partir de nos connaissances des régimes alimentaires des êtres vivants, on établit le réseau des relations alimentaires existant entre eux. Un tel réseau trophique correspond à l interconnexion de nombreuses chaînes alimentaires, séquences ordonnées d êtres vivants, dans lesquelles un végétal chlorophyllien est consommé par un phytophage, lui-même consommé par un zoophage. Les végétaux chlorophylliens occupent une place particulière dans les réseaux trophiques : Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes au carbone, il n est donc pas nécessaire d apporter une source de carbone minéral supplémentaire. En ce qui concerne l azote (N), les plantes le prélèvent dans le sol sous forme de nitrates ou de nitrites. Mais les plantes, tout comme les animaux, ont des besoins très variés en différents éléments. Les autres éléments importants sont le potassium (K), l oxygène (O) et le phosphore (P) ainsi que de très nombreux oligo-éléments. Les producteurs primaires représentent le premier niveau trophique. Tous les autres êtres vivants sont des consommateurs, qui, selon la nature de ce qu ils consomment sont classés dans des niveaux trophiques de plus en plus élevés. Les niveaux trophiques I, II, III, IV sont donc ceux des consommateurs qui doivent obligatoirement trouver de la matière organique dans leurs aliments afin de se construire. E Que devient la matière le long des chaînes alimentaires? Activité 2 Les transferts de matière dans les écosystèmes : Capacité : Saisir des informations et représenter graphiquement. En milieu marin, les chaînes alimentaires ont généralement pour origine le phytoplancton, algues microscopiques autotrophes car chlorophylliennes. Le réseau trophique peut, comme dans les écosystèmes terrestres, être déterminé directement par observation ou indirectement. Pour chaque niveau du réseau, il est possible d évaluer la biomasse. Si l on travaille avec les mêmes données qu un écosystème terrestre, on constate qu à un instant donné, la biomasse des producteurs primaires 5

5 est inférieure à celle des producteurs secondaires, ce qui semble paradoxal (la pyramide des biomasses est «inversée»). Cela s explique par le renouvellement plus ou moins rapide des espèces considérées. De ce fait, dans les écosystèmes marins, on préférera prendre en compte la productivité, c est-à-dire, la production par unité de temps. Document 2 La productivité des différents niveaux trophiques dans l écosystème marin Être vivant Aliments Biomasse (relative) en grammes/ temps : Niveau trophique productivité Phytoplancton Eau, sels minéraux, CO g/unité de temps I Zooplancton herbivore Phytoplancton 250 g/unité de temps II Zooplancton carnivore Petits poissons et alevins Zooplancton herbivore Zooplancton herbivore 24 g/unité de temps III 20 g/unité de temps III Poissons Gros poissons prédateurs Zooplancton carnivore et petits poissons et alevins 20 g/unité de temps IV Poissons 2,5 g/unité de temps V Questions On peut représenter le transfert de matière dans l écosystème par un graphique pyramidal : chaque niveau se trouve figuré par un rectangle dont la surface est proportionnelle à la biomasse. Pour l écosystème considéré, on prend en compte la production au cours du temps, on obtient une pyramide de productivité. 1 Construire la pyramide des productivités en prenant en compte chaque niveau trophique. 2 Proposer une explication à la perte de biomasse lorsqu on passe d un niveau à l autre. 6

6 à retenir Des producteurs aux divers niveaux de consommateurs, un transfert de matière se réalise au sein des chaînes alimentaires. L évaluation de la biomasse de chaque niveau montre des pertes de matière importantes lorsqu on passe d un niveau au suivant. Une pyramide de biomasse est construite à partir de la superposition de rectangles représentant les biomasses ou les énergies de chaque niveau (producteurs en dessous et consommateurs d ordre successif au-dessus). NIVEAU TROPHIQUE 4 Puce NIVEAU TROPHIQUE 3 Martre Homme Puce Pic Hérisson NIVEAU TROPHIQUE 2 Écureuil Chevreuil Mésange... NIVEAU TROPHIQUE 1 Épicia Racines Myrtilles Herbe Hêtre Feuilles Ces pertes ont une double origine : E Pertes sous forme d excréments et d urine, pertes sous forme de matière non utilisée pour les consommateurs animaux (un consommateur ne se nourrit en général que d une partie de l être vivant qui le précède) E Pertes respiratoires pour tous les êtres vivants, c est-à-dire production d énergie à partir de matière organique qui se trouve alors dégradée. Excréments, urine, matière non utilisée ne sont pas des pertes pour les écosystèmes, car ils représentent des sources d aliments pour d autres consommateurs : les décomposeurs du sol par exemple. En revanche, la matière organique dégradée au cours de la respiration correspond à une perte de matière et donc d énergie, irréversible pour l écosystème. 7

7 B Les agrosystèmes détournent une grande partie de la productivité végétale pour l Homme ou les animaux d élevage E Comment expliquer qu un agrosystème nécessite l intervention de l Homme et des investissements importants? E Quel est le coût de la productivité de ces agrosystèmes? Activité 3 Les pyramides des énergies et l alimentation humaine Capacité : Saisir des informations dans un document. On peut calculer des flux d énergies (voir définition de kj dans le lexique) dans les écosystèmes. Ces valeurs sont plus utiles que les pyramides de biomasse, car elles permettent de comparer des écosystèmes et d avoir une idée de l impact écologique de son alimentation. Document 3 Flux d énergie (en kj/ha/an) dans deux écosystèmes Ecosystème Producteurs primaires (P1) Energie solaire incidente Consommateurs de premier ordre (C1) Consommateurs de second ordre (C2) Champ de blé en Hollande 5, , (grain de blé) 32, (tissu humain) aucun Prairie en France 41, , (herbe) 11,10. 6 (tissu de bœuf) 8, (tissu humain) Document 4 Pyramide des énergies pour le champ hollandais qui produit de la farine de blé consommée par l Homme (valeurs en kj/ha/an). C 1 32, P 1 47, ,006% 0,9% 5, ÉNERGIE SOLAIRE 0,9% Part de l énergie incidente que récupère chaque niveau en %. 8

8 Document 5 Pyramide des énergies pour la prairie qui produit des vaches, qui sont ensuite consommées par l Homme (valeurs en kj/ha/an). C 2 8, C 11, P 1 163, ,006% 0,02% 0,3% 41, ÉNERGIE SOLAIRE Document 6 Questions Pour le champ de blé : La productivité en grains utilisables par l Homme est de 47,9 millions de KJ/ha/an. Les grains sont digestibles à 80 %. Pour la prairie pâturée : La productivité secondaire (viande + lait) est de 21,7 millions de KJ/Ha/an. Après nourrissage des veaux avec le lait, il reste 11,1 millions de KJ/ha/an, digestibles à 90 %. 1 Construire les deux chaînes alimentaires évoquées dans les documents, et justifiez les niveaux trophiques différents occupés par l Homme. 2 Rappeler quelles sont les causes des pertes énergétiques constatées entre chaque niveau. 3 Calculer pour chaque production ce qui reste pour l alimentation humaine. 4 En considérant qu il faut 4,1 millions de KJ pour nourrir un Homme pendant un an, calculer le nombre d humains qui pourront être nourris par les deux surfaces cultivables. Que peut-on en déduire sur l impact écologique d une alimentation carnée? à retenir Les réseaux trophiques montrent qu il existe toujours des pertes de biomasse et d énergie lorsqu on passe d un niveau trophique à l autre. Plus la chaîne est courte, moins il y a de pertes. En privilégiant une alimentation végétale, l Homme réduit les pertes de matière et d énergie. Activité 4 Document 7 Les conséquences du développement des pays émergeants : Capacité : Saisir des informations dans un texte. «Dans les populations qui s enrichissent (les pays émergeants), la consommation de calories d origine animale se fait essentiellement à partir de viandes de porc ou de volailles. Ces animaux, contrairement aux bœufs et vaches, ne peuvent pas être nourris exclusivement à partir d herbes (prairies) mais à partir de céréales ou d oléagineux (cultures). Il faut en effet environ 2kg de graines pour produire un kg de poulet et 4kg de graines pour produire 1kg de porc. 9

9 Sur les marchés internationaux, le développement considérable des élevages industriels a eu des conséquences sur la demande en grains. Une grande partie de la production mondiale des grains est ainsi détournée vers les élevages, ce qui est une situation dangereuse, puisqu elle participe à la flambée des cours de ces denrées». Question 1 En utilisant les données du texte et les connaissances acquises sur les chaînes alimentaires, expliquer pourquoi l accroissement de la consommation mondiale de viande porc et de volailles posent des problèmes économiques inquiétants. à retenir On estime qu actuellement 2 milliards de personnes, soit un individu sur trois, souffrent à des degrés divers de malnutrition. Cette situation correspond à des carences en vitamines, en oligoéléments mais aussi en protéines d origine animale. Afin de lutter contre ce fléau, il faut envisager de mieux répartir l accès aux protéines animales dans le monde. Même si la consommation de viande baissait dans les pays riches, la situation mondiale devrait inexorablement se tendre. En effet, en admettant qu une baisse de consommation survienne dans les pays développés, elle concernera essentiellement la viande rouge, produite à partir d herbes, en faveur d une consommation plus importante de viandes blanches, moins chères et moins grasses. De plus les pays émergeants accèdent aux protéines animales par ce même type d aliments. Or, les volailles et les porcs sont nourris à partir de céréales, le prix de ces denrées devrait donc continuer d augmenter. Activité 5 La production de tomates toute l année Capacité : Mettre en relation des documents, raisonner Document 8 Optimisation de la production de la tomate La température est le facteur le plus déterminant dans la production de la tomate. Celle-ci réagit énormément aux variations thermiques. Les basses températures (<10 C) ralentissent la croissance et le développement des plantes, le feuillage se développe au détriment des fruits. Une température basse peut entraîner aussi des malformations des fleurs, qui menacent l aspect des fruits. Au-dessous de 17 C, le pollen germe mal, surtout si l humidité est faible. Par contre, les températures trop élevées favorisent la croissance de la plante au détriment de l inflorescence qui peut avorter. Les températures optimales sont : Températures diurnes : C Températures nocturnes : C Température du sol : C 10

10 Document 9 Rendements de cultures de Tomates, selon le système de culture utilisé : Types de culture semis repiquage Période de récolte Durée de récolte (semaines) Rendements (kg/m2) Plein champ 15/02 01/04 15/06 au 25/07 6 3,5 Sous abri froid 20/01 15/03 25/05 au 25/07 8 8,5 Serre chauffée, culture sur sol 01/12 15/01 01/04 au 15/ ,5 Serre chauffée, culture hors sol 01/11 15/12 01/03 au 15/ Document 10 Question Le prix du pétrole Le prix du baril de pétrole n en finit plus de monter et ce phénomène ne semble pas prêt de s arrêter. La hausse résulte de l écart entre l offre et la demande. En effet, les besoins en pétrole continuent de s accroître à un rythme élevé, à travers le monde, tirés par la forte croissance économique des pays émergents comme la Chine et l Inde. L approvisionnement en pétrole a du mal à suivre la cadence, le rééquilibrage s opère donc en augmentant le prix du baril. 1 Expliquer comment on peut produire des tomates toute l année, même dans les régions du nord de la France. 2 En mettant en relation les documents et les connaissances de seconde sur l impact écologique de l utilisation des combustibles fossiles, expliquer pourquoi ce type de production a un fort coût écologique et économique. à retenir L amélioration considérable de la productivité végétale date de l après guerre. C est d abord la mécanisation qui a permis de rapides progrès, puis le recours quasi systématique aux engrais chimiques (N, P, K) et aux produits phytosanitaires (herbicides, fongicides, insecticides). On peut également pallier aux aléas du climat par l irrigation. La culture hors sol correspond à une culture menée sans la terre, le plus souvent sous serre, grâce à une nutrition «goutte à goutte» dite hydroponique. Cela est particulièrement répandu pour la production de tomates et de concombres. On peut alors s affranchir de toutes les données climatiques et obtenir des légumes toute l année, mais pour un coût important et pour une qualité souvent médiocre. 11

11 C Des pratiques culturales raisonnées permettent de respecter au mieux l environnement Quatre enjeux principaux ressortent plus particulièrement dans le domaine de l agriculture et de l alimentation : E La «durabilité» des activités de production agricole, c est-à-dire principalement la prise en compte des aspects écologiques et environnementaux. E La sécurité alimentaire. E La souveraineté alimentaire. E L organisation des échanges internationaux. En ce qui concerne l agriculture durable, elle doit répondre aux besoins actuels, sans compromettre le développement des générations futures, en leur garantissant les mêmes chances de progrès. Activité 6 Document 11 Des exemples d actions menées par des professionnels : Capacité : Extraire des informations d un texte De nouvelles pratiques culturales. Plusieurs techniques culturales permettent de réduire l utilisation d intrants. Un peu partout en France, des agriculteurs se sont lancés dans des conduites de cultures limitées en engrais et en produits phytosanitaires et ont démontré que la réduction des intrants ne pénalisait pas la rentabilité de l exploitation, L Inra a montré au travers d une expérimentation conduite sur trois ans, que la culture du blé en systèmes moins intensifs pouvait maintenir une bonne rentabilité économique. Les chercheurs ont comparé deux modes de conduite du blé : un système intensif avec un objectif de rendement de 90 q/ha, des variétés productives et des traitements phytosanitaires systématiques ; un système extensif avec un objectif de rendement de 75 q/ha et des traitements phytosanitaires raisonnés sur des variétés conventionnelles. Résultat, c est la conduite extensive des variétés conventionnelles qui permet d obtenir la meilleure marge brute. Les marges brutes des cultures en mode moins intensif sont supérieures quelque soit la variété. Depuis une décennie, certains producteurs ont tenté de réduire le travail du sol, voir de semer directement, sans labour. Ces techniques donnent elles aussi d excellents résultats. Elles présentent l avantage de respecter l équilibre écologique du sol, de permettre durablement la réduction des intrants et de favoriser le piégeage du CO 2. 12

12 Question Après avoir recherché la signification des termes «agriculture intensive» et «agriculture extensive», identifier les variables étudiées par les chercheurs de l INRA et quelles ont été leurs conclusions. E Que peut-on faire à notre niveau? Manger moins de viande? Depuis quelques temps, des voix s élèvent pour affirmer qu il faudra que les consommateurs des pays développés réduisent de manière drastique leur consommation de viande, si l on veut répartir les ressources. Alors, que mettre demain dans nos assiettes? Activité 7 Document 12 Des pistes pour les protéines du futur : Demain, manger autre chose? Capacité : Extraire des informations pertinentes et élaborer un tableau comparatif à partir d un texte Que mettre demain dans nos assiettes? Le kangourou : La viande de kangourou présente des intérêts importants : c est une viande maigre, davantage que les blancs de poulet (1,3g de lipides pour 100g de viande, 1,6g dans le poulet et 6,3g dans le bœuf), elle est très économe en CO 2 avec seulement 0,003 tonnes émises par an, contre 0,14t pour les moutons et 1,67t pour les bovins. De plus, le kangourou pullule dans le bush australien, alors que les australiens n en mangent pratiquement pas (une étude récente montre qu à peine 15 % des australiens consomment de la viande de kangourou au moins quatre fois/an). Alors, pourquoi ne pas se lancer dans l élevage des kangourous? Cela est en réalité très difficile, ces animaux ne supportent pas bien le stress lié à la captivité et le manque d espace. Sous l effet de l adrénaline qu ils sécrètent en cas de stress, ils développent une myopathie de capture, un syndrome qui dégrade les muscles et certains organes, et au final rend la viande inconsommable Les insectes : Ils ont beau ne pas encore faire partie du panier de la ménagère française, les insectes tiennent encore une place de choix dans l alimentation de certains peuples. Au Mexique par exemple, les insectes sont appréciés pour leur richesse en protéines, en minéraux, en acides gras saturés, en acides aminés essentiels, en vitamines, et tout cela pour un apport calorique limité! D autant qu ils cumulent les avantages écologiques et économiques. Les espèces comestibles sont présentes sur toute la planète, leur élevage peut facilement être industrialisé, ils n ont pas besoin de compléments alimentaires, leur viande ne demande pas de réfrigération.et ils se reproduisent encore plus vite que les lapins : une femelle criquet pond 1500 œufs par mois, une termitière produit œufs par jour et certaines fourmilières jusqu à œufs quotidiens. Alors, les insectes sont-ils la viande de l avenir? Pas sûr. Les insectes, qui arrivent souvent en bout de chaîne alimentaire et subissent de plein 13

13 fouet la diffusion des intrants agricoles dans l environnement, accumulent dans leur organisme des métaux lourds et des molécules neurotoxiques. C est déjà le cas au Mexique où les niveaux de plomb détectés dans la chair de certaines sauterelles étaient 100 fois supérieurs à la dose maximale recommandée pour les jeunes enfants et les femmes enceintes. Si l on veut pouvoir demain se régaler d insectes, il va falloir s attaquer aujourd hui au problème, et adopter pour leur élevage des normes environnementales strictes qui garantissent une viande saine. La viande synthétique : Produire de la viande dans des boîtes de Pétri, c est déjà possible. La viande de laboratoire, ce sont des cellules animales cultivées in vitro, en tube. Une technologie développée en autres par la NASA, qui y a vu moyen de fournir de la viande à ses astronautes partis pour de longues missions. A priori, on peut cultiver n importe quelle viande en laboratoire, à condition de disposer d un échantillon de tissu musculaire et d un système de perfusion qui apporte les nutriments nécessaires à la croissance cellulaire (oxygène, acides aminés ) et qui évacue les déchets produits par les cellules. Pour avoir une bonne texture et ressembler à de la viande, le muscle doit aussi être entraîné régulièrement, c est-à-dire contracté. Cette viande, élaborée loin des prés et des étables, ne demande pas d antibiotiques ni de terrain, n émet quasiment pas de CO 2, ne produit pas d effluents, ne pollue pas les nappes phréatiques et évite l abattage. Mais par ailleurs, certains s opposent fermement à ces steaks in vitro, qui voient dans ces solutions une nouvelle menace pour les petits éleveurs familiaux. D aucuns avancent aussi que cette viande «désincarnée» mettrait une distance plus grande encore entre le consommateur et le produit qu il consomme. Reste le principal obstacle : le prix. Pour l heure, cette viande est encore extrêmement chère : un million de dollars les 250g! Le passage à l industrialisation n est pas encore pour demain! Question Compléter un tableau sur le modèle suivant : Viande de Kangourou Viande d insectes Viande synthétique Avantages Inconvénients Pour aller plus loin Adhérer à une AMAP : L objectif d une AMAP, Association pour le Maintien d une Agriculture Paysanne est de monter un partenariat entre un groupe de consommateurs et un groupe de producteurs locaux. Ce partenariat est basé sur la livraison de produits définis, frais et de bonne qualité moyennant un abonnement payable à l avance. 14

14 Le principe fondamental est de favoriser une agriculture durable, socialement équitable et écologiquement saine. Ensemble, consommateurs et producteurs locaux définissent l ensemble des productions nécessaires, en général sur deux saisons. Ensuite, une fois par semaine le producteur met à disposition des consommateurs un «panier», dont le contenu varie en fonction des produits arrivés à maturité. Les consommateurs n accordent pas autant d importance que dans les supermarchés à la standardisation des produits : tout ce qui est produit est consommé (en produisant pour les grands distributeurs, les agriculteurs sont parfois contraints de laisser 60 % de leur production au champ). Il est également important d être d accord sur les méthodes de culture employées. Toutes les AMAP ne correspondent pas strictement aux critères de l agriculture biologique, mais de nombreuses obtiennent la certification. Le prix du panier est fixé de manière équitable : le producteur doit couvrir ses frais et dégager un bénéfice, le consommateur doit pouvoir trouver des produits de qualité pour un budget comparable à celui qu il aurait en grande surface. De tels prix sont possibles car les produits ne sont pratiquement pas transportés, pas emballés, les intermédiaires ont été supprimés. à retenir Dans les pays développés dont nous faisons partie, les choix alimentaires sont possibles. Ils sont dictés par nos goûts, par notre culture, par l influence qu exercent sur nous le marketing et la publicité et de plus en plus par des choix financiers ou politiques. Chaque consommateur a la possibilité de faire des choix raisonnés, qui permettraient à terme une meilleure répartition des ressources mondiales. Bilan du chapitre Il existe un réseau trophique dans tout écosystème : L observation directe ou indirecte des régimes alimentaires des êtres vivants d un milieu permet de reconstituer le réseau des chaînes alimentaires de l écosystème. Plusieurs niveaux trophiques se distinguent dans une chaîne alimentaire : Le niveau trophique I est celui des producteurs primaires, occupé par les végétaux chlorophylliens capables de produire leur propre matière organique à partir de substances minérales et de lumière. Les niveaux trophiques I, II, III, IV etc. ou niveaux des consommateurs sont occupés par des êtres vivants qui doivent trouver de la matière organique pour se nourrir. Des producteurs aux divers niveaux de consommations, un transfert de matière se réalise au sein des chaînes alimentaires. L évaluation de la biomasse de chaque niveau montre des pertes importantes lorsqu on 15

15 passe d un niveau au suivant. Ces pertes ont une double origine : pertes sous forme de déchets de consommation ou de restes non consommés et pertes respiratoires pour tous les êtres vivants. L Homme crée des agrosystèmes dans lequel il privilégie le développement d un seul producteur nécessaire à son économie. En revanche, il tend à y éliminer les mauvaises herbes qu il considère comme concurrentes et les ravageurs dont la présence réduit la productivité. Les agrosystèmes sont donc caractérisés par une réduction du nombre des espèces : un producteur (la plante cultivée) et un nombre réduit de consommateurs (l Homme, les animaux d élevage). Dans tout agrosystème qu il crée, l Homme s efforce d obtenir la production la plus rentable ou la productivité maximale. Par le travail, l agriculteur maintient des conditions de rentabilité maximale : l agrosystème est entretenu, subventionné par l Homme. On peut agir sur tous les paramètres de la production : une action au niveau du sol, sur les facteurs climatiques, sur le choix des variétés Chacune de ses interventions a un coût à la fois économique et écologique. Chaque consommateur est responsable de ses actes : il peut agir pour favoriser le maintien d une agriculture locale qui garantit à chaque pays une sécurité alimentaire. Un bilan en schéma 16

16 2 Nourrir neuf milliards d Hommes : un défi technique et scientifique Pour s interrroger En réponse aux inquiétudes concernant notre capacité à nourrir tous les Hommes, les scientifiques explorent plusieurs pistes. Bien entendu, ces recherches ne sont pas uniquement conduites dans un esprit humaniste, mais elles dépendent également de la réalité d un marché qui s est globalisé. Par ailleurs, nous avons de plus en plus conscience des enjeux environnementaux liés à la production alimentaire et chaque citoyen se sent responsable de ses actes de consommation. E Comment est-il possible de concilier gain de productivité et respect de l environnement? E Comment les scientifiques améliorent-ils les variétés animales ou végétales? E Quelles limites existent-ils à ces modifications du vivant? Des pistes pour avancer et trouver des solutions : Il faudra pour cela, sans porter de jugement trop hâtif ou partisan, comprendre comment on améliore la productivité des végétaux ou des élevages. On verra ensuite que depuis que l Homme pratique l élevage et l agriculture, il a toujours cherché à améliorer les espèces à des fins productivistes. Ce sont les très anciennes, et pourtant encore actuelles, méthodes de la sélection génétique. Des méthodes plus récentes de modification des génomes ont conduit à la production d organismes génétiquement modifiés, dont l utilisation est plus ou moins réglementée selon les pays. 17

17 A Produire sans polluer E Comment concilier productivité et respect de l environnement : un exemple pour comprendre les enjeux. Activité 1 Document 1 Avantages et inconvénients de l usage des fertilisants azotés Capacité : Construire un graphe. Mettre en relation des documents Des essais ont été menés par l INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) sur du blé d hiver. Apport d azote (N) par hectare, en Kg Rendements en grains, en quintaux par hectare , ,1 54,2 55, Document 2 Questions L origine des «marées vertes». Les nitrates assurent la nutrition minérale en azote des végétaux, élément indispensable à leur croissance. Depuis plusieurs années, on assiste à une prolifération d algues dans les rivières de Bretagne et dans les baies où la configuration ne permet pas un effet de brassage suffisant : l eau verdit et sa transparence diminue, c est l eutrophisation. Ces végétaux, en mourant, vont constituer un apport nutritif pour les bactéries qui se multiplient et consomment le dioxygène dissous dans l eau, conduisant à l asphyxie de nombreux animaux aquatiques qui finissent par disparaître. En outre, les eaux de surface, rivières et lacs, fournissent au moins 80 % de l eau potable pour les Bretons. À la suite de ces modifications des eaux de surface, des séries de mesures préventives ont été réalisées : installation d un périmètre de sécurité autour des captages d eau potable, mise en place à Saint Brieuc d un centre de valorisation des algues, informations auprès des agriculteurs. 1 Tracer la courbe des rendements du blé en fonction de la dose d engrais. En déduire, en argumentant, la dose optimale d engrais que l agriculteur peut utiliser (discuter la notion de maximum et d optimum). 2 Mettre en relation les deux documents proposés afin d expliquer la prolifération des algues vertes dans les baies proches des parcelles agricoles enrichies. 18

18 à retenir L agriculture exploite la propriété qu ont les végétaux chlorophylliens de produire de la matière organique à partir de CO 2, à la lumière. Un important facteur limitant de la production primaire est la quantité de sels minéraux présents dans le sol. En effet, les végétaux pompent les sels minéraux (surtout N, P et K) avec l eau. Dans les écosystèmes naturels, les ions sont rendus au sol par la dégradation des restes animaux et végétaux dans la litière. Mais dans un agrosystème, ce phénomène a souvent totalement disparu, les sols sont exploités au maximum et peu de temps leur est laissé pour régénérer les ions. Les agriculteurs sont tentés de rendre rapidement au sol ces sels minéraux : ce sont les apports d engrais ou de fumure. Grâce à cela, la productivité est importante et l on peut enchaîner les périodes de culture sans laisser le sol se régénérer. Plusieurs inconvénients existent cependant. Si la productivité est effectivement améliorée avec les engrais, il existe une dose optimale pour chaque substance et chaque culture. Ces études menées par l INRA sont les «courbes de réponse». Au-delà de l optimum, l engrais n est plus efficace sur la productivité, il existe même des doses toxiques. L agriculteur paie donc inutilement de coûteux intrants. De plus, les engrais non absorbés restent dans le sol, puis sont lessivés par les eaux de ruissellement : on les retrouve dans les nappes phréatiques ou dans les baies comme en Bretagne. Ces substances y stimulent la productivité des algues vertes, qui finissent par envahir le milieu, se déposer et pourrir sur place. C est ce que l on appelle les «marées vertes». Activité 2 Agriculture et impact sur l environnement Capacité: Mettre en relation des informations afin de calculer. Document 3 Document 4 Coût en CO 2 de l agriculture biologique américaine. Le Rodale Research Center (USA) a mis en place en 1981 une expérimentation portant sur le niveau de captage en CO 2 de l agriculture biologique. Il est apparu, après 23 années d étude, que l agriculture biologique avait la capacité de fixer, par année et par hectare, 3,7 tonnes de CO 2. Selon ces calculs, si la totalité des terres arables des États Unis, (à savoir 200 millions d hectares) était reconvertie à l agriculture biologique, cela annulerait les émissions de CO 2 de 158 millions d automobiles chaque année. L eau et l agriculture en région parisienne Dans le département rural et verdoyant de Seine-et-Marne, la crise de l eau ne se voit pas. Pourtant, les habitants de ce département en pleine explosion démographique ont dû s habituer aux économies. Non seulement la quantité d eau est insuffisante, mais sa qualité est très dégradée. Peu profonde, la nappe est particulièrement vulnérable aux pollutions d origine agricole. Dans ce département céréalier, les résidus de pesticides et de nitrates présents dans l eau souterraine crèvent les plafonds réglementaires. Depuis dix ans, 15 % des habitants du département sont alimentés en permanence par une eau dépassant ces seuils et 80 % connaissent régulièrement des interdictions de consommation pour les femmes enceintes et les nourrissons. Les collectivités locales 19

19 doivent donc aujourd hui se battre en même temps sur deux fronts, pour préserver à la fois la quantité et la qualité de l eau. La solution la plus efficace pour préserver la nappe consiste à diversifier l approvisionnement. Déjà, m 3 d eau sont prélevés chaque jour dans la Seine. Cette quantité passera à m 3 quand l état de crise renforcé sera déclaré. Cependant, la potabilisation de l eau de la Seine revient plus chère. Le prix à la production passe de 0,25 à 0,50 par m 3. Autant dire que les collectivités de Seine-et-Marne voient d un œil de plus en plus critique l exportation de l eau de Champigny hors du département. Questions 1 Exploitation du document 3 : Sachant que la surface agricole française s étend sur 33 millions d hectares (à savoir 60 % du territoire), dont 62 % sont occupés par des terres arables et plus du tiers par des prairies permanentes, calculer le nombre d ha de terres arables en France. Puis évaluer le nombre de tonnes de CO 2 qui seraient fixées si l ensemble des terres arables (arrondi à 20 millions d ha) était converti à l agriculture biologique. De combien d automobiles cela annulerait-il les effets? 2 Exploitation du document 4 : Identifier les causes de la dégradation de la qualité de l eau. Calculer le surcoût pour le département du prélèvement de l eau de la Seine. à retenir L agriculture biologique constitue un mode de production qui trouve son originalité dans le recours à des pratiques culturales et d élevage respectueuses des équilibres naturels. Ainsi, elle exclut l usage des produits chimiques de synthèse, des OGM et limite l emploi d intrants. Elle s attache au recyclage des matières organiques, à la rotation des cultures et à la lutte biologique. L élevage, de type extensif, fait appel aux médecines douces et respecte le bienêtre des animaux. Tout au long de la filière, les opérateurs de l agriculture biologique respectent un cahier des charges rigoureux qui privilégie les procédés respectueux des écosystèmes et non polluants. B Améliorer sans dénaturer Lorsque vous achetez des tomates, quels sont vos critères de choix? Chaque variété des plantes cultivées possède des caractéristiques agronomiques que l Homme peut répertorier. Ces caractères sont l expression d un programme génétique propre à la variété, qui s exprime dans un environnement donné. Une plante possède rarement tous les critères attendus par l Homme. Celui-ci a alors conçu l idée d améliorer les plantes qu il cultive par une méthode dite de «sélection», mise au point vers

20 Activité 3 Document 5 La sélection génétique : l obtention d hybrides de première génération performants Capacité : Raisonner, communiquer Sélection de variétés de tomates Dans une région au climat propice, on cultive deux variétés de tomates : l une «A», à gros fruits ; l autre «B», à petits fruits. Les plants de la catégorie «A» se sont révélés sensibles à un champignon parasite : le Fusarium, qui entraîne une baisse importante de production. En revanche, les plants de la variété «B» sont résistants à ce champignon. On demande à des agronomes de créer une nouvelle variété de plants de tomate donnant de gros fruits et résistants au Fusarium. Ils réalisent une série de croisements entre les deux variétés de plants de tomates «A» et «B». Ces «parents» sont de lignées pures. À la première génération (F1), ils obtiennent des plants de tomates résistants au Fusarium et qui produisent des gros fruits. Questions 1 Faire des recherches pour comprendre ce que signifie «être de lignée pure» ou «homozygote» en génétique? 2 On précise que les deux caractères étudiés sont sous la dépendance d un seul gène chacun. On étudie donc la transmission de deux gènes. Quelles ont les informations génétiques que possèdent les «parents», concernant ces deux gènes? 2 En utilisant vos connaissances de collège en génétique, dites quels sont les types de gamètes différents que produiront les parents. Construire un tableau de rencontre des gamètes sur le modèle suivant, puis en déduire quelle information génétique les hybrides de première génération possèdent. Gamète parents Parent B : Parent A : Hybride F1 : à retenir On sélectionne les variétés animales et végétales avec les méthodes d hybridation. Pour cela, il faut connaître l information génétique des parents dont les caractéristiques sont intéressantes pour le consommateur. On effectue ensuite des croisements. Les hybrides de première génération obtenus à partir de parents de lignée pure bénéficient parfois des caractères héréditaires intéressants des deux parents (il existe des cas beaucoup plus complexes). De plus, ces hybrides de F1 présentent un gain supplémentaire de vigueur et de résistance, c est ce que l on appelle l hétérosis ou «vigueur hybride». 21

21 Activité 3 Document 6 Document 7 Les techniques de fécondation croisée : une méthode de la recherche agronomique Capacité : Extraire des informations de documents La production d anéthol, à partir de fenouil. Pour fabriquer des boissons anisées (avec ou sans alcool), il faut disposer d un composé chimique qui donne le goût d anis : l anéthol. L anéthol est traditionnellement obtenu par distillation des feuilles de la badiane (anis étoilé), une plante très répandue en Asie du Sud. Pour échappé au monopole de la Chine sur la production d anéthol, des chercheurs français ont mis au point un programme de sélection génétique permettant de le produire à partir du fenouil (ce sont principalement les fruits qui concentrent le produit). Principe et méthode de l hybridation : Les analyses menées sur les pieds de fenouil montrent que les fruits peuvent être plus ou moins nombreux et riches en anéthol. Fenouil amer Richesse en anéthol (g/kg de fruits secs) Nombre de fruits par inflorescence Pied A 22,10 65 Pied B 20,22 87 Pied C 27,45 67 Pied D 18,44 72 Chez le fenouil, les fleurs mâles et femelles sont portées par le même pied, mais à des niveaux différents de l inflorescence. De plus, ces fleurs n atteignent pas leur maturité au même moment : la fécondation se fait donc naturellement de façon croisée, entre différents pieds. On cultive donc sur une même parcelle différents pieds de fenouil et leurs fruits sont récoltés puis semés. Les qualités des nouvelles plantes obtenues (les hybrides) peuvent alors être analysées. Croisements effectués Richesse en anéthol (g/kg de fruits secs) Nombre de fruits par inflorescence (Pied A) X (Pied B) 22,05 70 (Pied A) X (Pied C) 25,42 68 (Pied A) X (Pied D) 24,17 67 (Pied C) X (Pied D) 28,64 71 Document 8 Principe et méthode de la sélection : Au départ, on dispose d une population de 300 plantes issues de la germination de 300 graines. 22

22 Dans une première étape, on retient parmi ces plantes, les 100 individus les plus vigoureux et produisant le plus de fruits. Dans une seconde étape, on teste ces 100 lignées par un essai agronomique à 5 parcelles («essai à cinq répétitions»). Dans chacune des parcelles, 15 graines des 100 lignées sont semées et on contrôle les fécondations croisées. La nouvelle génération obtenue permet de retenir les 30 meilleures lignées, en plus des caractères déjà sélectionnés, la fructification la plus précoce, la masse de grains la plus élevée, la teneur en anéthol la plus forte. Questions Exploiter les documents afin de : E Préciser les qualités des plantes cultivées qui font l objet d une sélection dans le but d améliorer la production végétale. E Préciser la modalité de reproduction des plantes qui est mise en jeu pour obtenir les producteurs les plus performants. à retenir Pour réaliser des hybridations, il faut avant tout définir ce que l on veut sélectionner (précocité, rendement, résistance aux maladies ). On sélectionne ainsi des parents ou «géniteurs». Les parents choisis, on stabilise leurs qualités en s assurant qu ils transmettent de génération en génération le même patrimoine héréditaire. Pour cela, on dirige le croisement entre fleurs mâles et femelles d un même pied sélectionné. Cela se réalise le plus souvent par autofécondation (voir ci-dessous). On obtient ainsi une lignée pure, les descendants ne correspondant pas aux critères souhaités ayant été éliminés à chaque génération. Ensuite, en croisant deux lignées aux qualités complémentaires, on obtient des hybrides. La variété obtenue est testée pendant des longs mois pour garantir ses performances. Elle peut ensuite être inscrite au catalogue des semences. grain de pollen FLEUR A FLEUR B AUTOFÉCONDATION Le pollen des étamines (partie mâle) féconde l ovaire (partie femelle) de la même fleur. FÉCONDATION CROISÉE Le pollen (partie mâle) qui féconde la fleur B (partie femelle) provient d une autre fleur A. 23

23 Activité 5 Document 9 Question Des recherches tous azimuts pour améliorer les performances végétales. Capacité : Réaliser un schéma synthétique à partir d un texte Des perspectives pour l amélioration des variétés Pour sélectionner des nouvelles variétés de plantes absorbant mieux l eau et les nutriments ou résistant à des sols particulièrement hostiles, on attend beaucoup des recherches sur les racines. Certains scientifiques affirment que les connaissances sur le fonctionnement de cet organe ne pas encore suffisante, et que l on ne connaît rien, en particulier, des gènes impliqués dans le métabolisme des racines. C est pourtant comme cela que les végétaux absorbent eau et nutriments. Optimiser ces fonctions permettrait d augmenter les rendements sans recourir à plus d engrais ou d irrigation. Certaines équipes travaillent déjà sur une meilleure absorption de l azote, quand d autres mettent au point des hybrides capables de résister à des sols riches en aluminium, ou très acides comme au Brésil. L autre voie de recherche qui mobilise les scientifiques consiste à agir sur la photosynthèse, le processus de base qui permet aux végétaux de synthétiser des substances organiques à partir de l énergie solaire et du CO 2. En améliorant le processus de photosynthèse, il est possible, en théorie, d accroître les rendements des variétés agricoles. La cible des chercheurs s appelle RuBisCO, une enzyme qui détient la clé de la transformation du CO 2 en composés organiques. Mais pour l heure, leurs tentatives pour faire fonctionner plus vite et plus efficacement cette molécule se heurtent aux équilibres complexes régissant la photosynthèse. En utilisant les données fournies par ce texte, construire un schéma de synthèse qui montre quels sont les points sur lesquels se concentrent les recherches, en vue d améliorer la productivité des végétaux. Il est possible de compléter le schéma de plante ci-dessous. 24

24 à retenir les méthodes traditionnelles de sélection génétique n ont pas encore donné tout leur potentiel. Les chercheurs disposent encore d une marge de progression pour fournir aux agriculteurs de demain des plantes plus performantes. Dans le futur, il faudra compter avec la gestion des OGM, penser et réglementer leur utilisation afin d éviter que quelques grandes firmes internationales disposent seules des plantes perforantes. L indépendance alimentaire des pays doit être préservée. Activité 3 Les OGM, un sujet de société Capacité : Exploiter des documents depuis Internet Réaliser une synthèse Connectez-vous sur ces différents sites ou d autres afin de comprendre ce que sont les Organismes Génétiquement Modifiés, leurs usages et les risques encourus. /OGM/OGM.htm Question Compléter un tableau sur le modèle suivant, afin de présenter à chaque fois les différents aspects du problème. Les OGM : Les arguments «POUR» Les arguments «CONTRE» Des organismes «naturels» Des organismes plus performants Des organismes moins polluants Des perspectives pour nourrir les Hommes Des perspectives dans d autres domaines de la recherche 25

25 Un Bilan du chapitre en schéma Des méthodes scientifiques et culturales permettent l amélioration de la productivité Recherche de performances Variété A Variété B hybridation PROTOCOLE DE RECHERCHE : AMÉLIORATION DES VARIÉTÉS Création de nouvelles variétés (hybridation) Sélection des performants HYBRIDE PERFORMANT Isolation progressive HYBRIDE PERFORMANT Culture in vitro Multiplication des performants CLONE DE PRODUCTEURS PERFORMANTS Éléments minéraux Température Éléments minéraux ; CO 2 ; éclairement, température Type de culture CONTRÔLE DES FACTEURS EXTERNES AMÉLIORATION DES CONDITIONS DE PRODUCTION Cultures en plein champs Les céréales Cultures sous abri Les salades Cultures hors sol Les tomates Productivité Gain de productivité 26

26 Pour aller plus loin Extraits de la loi du code de l environnement qui régit le statut des OGM en France, loi du 25 juin 2008 «Au sens du présent titre, on entend par : Article L Organisme : toute entité biologique non cellulaire, cellulaire ou multicellulaire, capable de se reproduire ou de transférer du matériel génétique ; cette définition englobe les micro-organismes, y compris les virus, les viroïdes et les cultures de cellules végétales et animales ; 2 Organisme génétiquement modifié : organisme dont le matériel génétique a été modifié autrement que par multiplication ou recombinaison naturelles ; 3 Utilisation : toute opération ou ensemble d opérations au cours desquelles des organismes sont génétiquement modifiés ou au cours desquelles des organismes génétiquement modifiés sont cultivés, stockés, transportés, détruits, éliminés ou mis en œuvre de toute autre manière. Article L531-2 : Ne sont pas soumis aux dispositions du présent titre les organismes génétiquement modifiés obtenus par des techniques qui ne sont pas considérées, de par leur caractère naturel, comme entraînant une modification génétique ou par celles qui ont fait l objet d une utilisation traditionnelle sans inconvénient avéré pour la santé publique ou l environnement. La liste de ces techniques est fixée par décret après avis du Haut Conseil des biotechnologies. Article L : Les organismes génétiquement modifiés ne peuvent être cultivés, commercialisés ou utilisés que dans le respect de l environnement et de la santé publique, des structures agricoles, des écosystèmes locaux et des filières de production et commerciales qualifiées «sans organismes génétiquement modifiés», et en toute transparence. La définition du «sans organismes génétiquement modifiés» se comprend nécessairement par référence à la définition communautaire. Dans l attente d une définition au niveau européen, le seuil correspondant est fixé par voie réglementaire, sur avis du Haut Conseil des biotechnologies, espèce par espèce.» 27

27 3 Une alimentation sous haute surveillance : les risques alimentaires Pour s interrroger L alimentation est devenue un véritable sujet de préoccupation pour les citoyens. Nous sommes plusieurs milliers de personnes à souffrir chaque année en France d intoxications alimentaires. Les intoxications alimentaires résultent de l ingestion d aliments contaminés par un microorganisme nocif ou un agent pathogène. E Comment expliquer l existence des intoxications alimentaires? E Comment faire pour les éviter? A Des microorganismes dans notre assiette Les microorganismes pouvant causer des toxi-infections alimentaires sont les virus, les parasites et les bactéries. Les bactéries sont le plus souvent mises en cause dans les cas d intoxications alimentaires. La plupart du temps, l intoxication alimentaire est provoquée par la consommation de produits contenant des toxines libérées par la croissance des bactéries. Activité 1 Document 1 La croissance bactérienne Capacité : Exploiter un graphique Accroissement d une population de bactéries dans un milieu non renouvelé (ce qui signifie que le milieu s est appauvri en substances nutritives). 28

28 N temps N : Nombre de bactéries Questions Replacer dans l ordre, sur la courbe, les différentes phases de cette croissance : La phase de latence, avant le début des divisions cellulaires. La phase de dégénérescence des bactéries (mort des bactéries) La phase exponentielle, ou phase de croissance logarithmique, durant laquelle les cellules se divisent à vitesse constante et maximale. La phase de décélération La phase stationnaire, lorsque cessent les divisions cellulaires. La phase d accélération (pour certaines espèces cette phase n est pas décelable) ; Activité 2 Document 2 Le métabolisme bactérien Capacité : Restituer des connaissances Composition du milieu de culture synthétique utilisé pour cultiver des bactéries Escherichia coli Eau 1000g NaCl 5g KH 2 PO 4 7g SO 4 0,2g FeCl 3 0,005g Glucose 5g La culture peut s effectuer à l obscurité aussi bien qu à la lumière. Question À l aide des connaissances acquises en seconde sur le métabolisme cellulaire exploiter le document 2 afin de qualifier le métabolisme bactérien. Justifier votre réponse. 29

29 Activité 3 Document 3 La structure bactérienne Capacité : Comparer Schéma de bactérie d après des observations au microscope électronique. membrane paroi 0,5 à 5 m ADN chromosomique circulaire cytoplasme Question En utilisant le schéma ci-dessus ainsi que les connaissances acquises en seconde sur les cellules, comparer cellule procaryote (bactérie) et cellule eucaryote (cellule végétale). Bactérie (procaryote) Cellule végétale (eucaryote) Points communs Différences B Des méthodes pour limiter leur développement Activité 4 La conservation des produits laitiers Capacité : Raisonner, Calculer, Comparer 30

30 Document 4 Les bactéries du lait Lorsque le lait est produit, au sortir du pie de la vache, il ne contient en théorie aucun microbe. En réalité, il est immédiatement contaminé, si la vache est infectée, mais surtout par les instruments de traite et par la flore microbienne présente sur le pie. Très rapidement les micro-organismes vont se multiplier, d autant que le lait est un milieu favorable, contenant toutes les substances nécessaires à la croissance bactérienne. Température de conservation Nombre de bactéries par ml de lait, à t=o Coefficient multiplicateur 24 heures 48 heures 72 heures 96 heures 4,5 C ,1 2 4,7 10 C ,5 C C Document 5 Les traitements du lait : Le lait cru : C est le lait à son état le plus naturel. Il n est pas chauffé avant transformation et doit être utilisé dans les 12 heures qui suivent la traite. Il peut attendre 24 heures à condition d être réfrigéré immédiatement à 4 C. Le lait cru, qui contient des bactéries naturelles, donne aux fromages des parfums variés et raffinés, et une texture recherchée. La plupart des fromages fermiers sont au lait cru, dont l emploi est d ailleurs obligatoire pour l obtention de nombreuses AOC. Le lait pasteurisé : Contrairement au lait cru, la pasteurisation consiste à chauffer le lait à une température donnée pendant un temps donné (environ 72 C pendant 15 secondes), puis de le refroidir rapidement. Elle permet de détruire la majeure partie des bactéries et des agents pathogènes. De cette manière, la pasteurisation permet de prolonger la durée de vie du produit : il se conserve plus longtemps, mais il perd tant en typicité qu en qualités physico-chimiques et organoleptiques. Le lait stérilisé : Ce lait est vendu en bouteilles rigides et opaques (souvent en «tetrabrick»), et n a pas besoin d être conservé au frais. La stérilisation consiste à porter le lait à une température de 115 C pendant 15 à 20 minutes, ou à 150 C pendant 2 secondes pour le lait UHT (Ultra Haute Température, le plus consommé en France). On détruit ainsi tout germe microbien, y compris les spores. Sa conservation est considérablement allongée : 150 jours et 90 jours pour l UHT Dans la lignée d une logique industrielle de l alimentation, ce traitement permet au lait d être stocké très longtemps : le temps d être transporté facilement et sur de longues distances, proposé à la vente sans complication de réapprovisionnement, et entreposé dans nos placards par packs entiers Lait «facile» d utilisation, il devient matière inerte. 31

31 Questions 1 Calculer le nombre de bactéries présentes dans un verre de lait conservé à 25 C pendant 24h (le verre contient 200ml). 2 D après les données du document 4, quelle est la conduite à tenir dans l industrie laitière de manière à proposer aux consommateurs un lait non contaminé? 3 Comparer les techniques de traitement du lait au niveau de : E la qualité gustative du lait en fin de traitement E la présence plus ou moins importante de micro-organismes. Pour aller plus loin Mesures préventives Lavez-vous les mains avant de préparer de la nourriture et après. Lavez à l eau chaude savonneuse les couteaux, les fourchettes et les cuillères dont vous vous servez pour préparer de la viande, du poulet ou du poisson. Dégelez la viande au réfrigérateur ou dans le micro-ondes et faites la cuire sur-le-champ. Évitez de manger de la viande, du poisson ou des œufs crus. Ne mangez pas de nourriture qui sent mauvais, qui a été entreposée dans un pot fissuré ou dans une boîte de conserve bombée. Réglez la température du réfrigérateur à 3 ºC (37 ºF). Ne mangez pas de viande ou de produits laitiers cuits qui ont passé plus de deux heures en dehors du réfrigérateur. Bilan du chapitre Fromages au lait cru infectés par la listéria (bactérie du lait cru), laits à la dioxine (molécule organique issue principalement des processus industriels comme l incinération des déchets), maladie de la vache folle (la cause est une particule pathogène responsable de la dégénérescence du cerveau chez les mammifères) Depuis une vingtaine d années des crises sanitaires en relation avec l alimentation successive ont alarmé les consommateurs et incité les pouvoirs publics à mettre en œuvre de nouveaux dispositifs de contrôle de la sécurité alimentaire. Les problèmes soulevés ne sont pas nouveaux. Tous les pays ont connu des crises d intoxication majeures. Aujourd hui, les risques alimentaires ont considérablement diminué si on s en tient à la réalité des chiffres. Malgré tout, subsiste le sentiment que ce qui arrive dans l assiette est suspect. Complexité de l acte de se nourrir, rupture du lien traditionnel entre les lieux et les acteurs de la production, modification profonde des pratiques familiales et sociales, rôle croissant de la recherche scientifique 32

32 et technologique expliquent les inquiétudes qui portent actuellement sur toutes les étapes de la chaîne alimentaire. À l autre bout de cette chaîne, la survie des exploitants agricoles est menacée par les effets pervers de l agriculture intensive parfois développée à outrance, par les exigences économiques des autres acteurs transformateurs ou distributeurs et par celles de la compétition internationale qui imposent au commerce des règles qui ne vont pas toujours dans le sens de la qualité. 33

33 Exercices de la séquence 2 Exercice 1 L homme dépense beaucoup d énergie au profit de l agrosystème : il le subventionne Labours engrais S le Irrigation Traitements viande lait récolte printemps quelques mois été, automne Question Utiliser les données fournies par ce schéma et vos connaissances pour effectuer une comparaison d un écosystème forestier et d un agrosystème. Votre réponse pourra être présentée sous forme d un tableau (points communs, différences). Exercice 2 Les cuisses de grenouille en question «Jusque vers 1930, la consommation de cuisses de grenouilles, limitée géographiquement à la Vendée, à la Dombes et à l est de la France, était saisonnière ; elle était inférieure à 500 tonnes par an et les deux espèces françaises, Rana esculenta (la grenouille verte) et Rana temporaria (la grenouille rousse), suffisaient à la consommation. Depuis, une loi de protection totale des amphibiens et partielle en ce qui concerne ces deux espèces est venue en limiter l utilisation (Seule la capture et le transport pour la consommation familiale sont autorisés). Dans le même temps, l essor du surgelé et l uniformisation des pratiques culinaires sont venus bouleverser le marché : La France, le plus gros consommateur mondial, importe actuellement entre 3000 et 4000 tonnes de cuisses par an, ce qui correspond à environ 8000 tonnes de grenouilles complètes, soit 40 millions d individus mais d où viennent-elles? Pour réduire les coûts et faire face à la demande, on s est rapidement tourné vers des espèces aux cuisses volumineuses pouvant être ramassées par une main-d œuvre peu chère. Ainsi, l Europe de l Est, la Turquie, l Egypte, puis l Inde, le Bangladesh, l Indonésie sont les principaux fournisseurs du marché international (les plus gros consommateurs sont les français et les américains). 34

34 Le cas de L inde nous interpelle particulièrement : la grenouille pêchée en Inde ( Rana tigerina) atteint 15 cm à l âge adulte ; une main-d œuvre bon marché la récolte dans la nature. Toutefois, une situation inquiétante est progressivement apparue : en effet, Rana tigerina consomme des insectes et de crabes. On a ainsi évalué qu à l âge adulte, une grenouille consomme son poids en insecte en une seule journée. Les insectes et les crabes, privés de leur principal prédateur, se sont mis à proliférer. Les crabes se nourrissent des jeunes pousses de riz. Les agriculteurs ont augmenté les doses de DDT utilisé pour tuer les insectes et les crabes. De plus, parmi les insectes, on trouve les moustiques vecteurs du paludisme et des fièvres tropicales du type Malaria. Le DDT est un polluant organique persistant (POP) dont l usage est extrêmement réglementé par l OMS (Organisation Mondiale de la Santé). C est son utilisation abusive dans l agriculture qui a entraîné le bannissement du DDT. Toxique pour les oiseaux qui consomment des insectes contaminés, le DDT s accumule également dans la chaîne alimentaire et se propage sur de longues distances (on en retrouve encore dans le Grand Nord canadien et dans l Arctique). De plus, il persiste dans l environnement : si on en pulvérise 10 kg dans un champ de 10 ha, 15 ans après il en reste encore 5 kg. Par contre, sa toxicité pour l Homme, en dehors de la voie orale évidemment, fait toujours débat. Cela va-t-il remettre en cause l exportation des grenouilles?» Questions 1 Tracer les chaînes alimentaires décrites dans ce texte. 2 Expliquer pourquoi la surpêche des grenouilles peut menacer l alimentation et la santé des Indiens. Exercice 3 Pour élaborer sa matière organique, chaque culture exporte du sol une quantité importante d éléments minéraux. Le maintien de cultures pendant de longues années, sans restitution, participe à l appauvrissement du sol, qui peut se traduire par une importante baisse de rendement, insupportable économiquement. Les agriculteurs cherchent à améliorer la rentabilité de leur exploitation, tout en respectant l environnement. Pour cela ils disposent de données fournies par les fabricants d engrais mais aussi par les organismes indépendants de recherche, tels que l INRA (Institut nationale de la recherche agronomique) qui étudient la réponse des cultures à des doses croissantes de fumure organique. L épandage de fumure a un coût : il faut se procurer le fumier, puis l épandre sur la culture à l aide d engins spécialisés. 35

35 Document Résultats de tests menés sur une céréale cultivée dans des terrains ayant reçu de doses variables de fumure. 50 rendement d une céréale (en quintaux/ha) rendement dépense en fumure dose d engrais (en kg/ha) Question Par une analyse méthodique du graphique, dire quelle est la dose de fumure qui permettrait à l agriculteur de produire efficacement tout en respectant au mieux l environnement. 36

36 Lexique Agrosystème : système en déséquilibre créé pour les besoins humains Biocénose : ensemble des êtres vivants rencontrés dans un biotope donné. La biocénose comprend toujours des producteurs primaires (végétaux autotrophes au carbone, c est-à-dire capables de synthétiser leur propre matière organique carbonée à partir de matière minérale dont le CO 2 et d énergie le plus souvent lumineuse), différentes catégories de consommateurs et des décomposeurs qui recyclent la matière organique en matière minérale. Biomasse : Poids des êtres vivants d une même espèce (ou d un groupe d espèces ou de l ensemble des êtres vivants d un milieu). Elle est exprimée en unités de masse par unité de surface (ou de volume) et de temps. Biotope : partie de l écosystème caractérisée par ses éléments physiques et chimiques ainsi que par son étendue. Le biotope correspond au milieu de vie. Chaîne alimentaire : suite d êtres vivants dans laquelle chaque individu mange celui qui le précède. Cette succession de niveaux trophiques est le support d un transfert de matière depuis les producteurs jusqu aux consommateurs. Consommateur : être vivant devant trouver de la matière organique dans son alimentation. Ecosystème (du grec oïkos = habitat) : système composé des êtres vivants (biocénose) et d un milieu de vie particulier (biotope). (ex : telle prairie, telle forêt, tel océan à telle latitude...). L écosystème constitue l élément fonctionnel de la biosphère ; il se maintient par l intermédiaire d un flux d énergie et de matière entre ses différentes composantes en interaction permanente. Hybridation : croisement d individus appartenant à deux variétés différentes. Hybride : résultat du croisement d individus appartenant à deux variétés différentes. Intrant : en agriculture, le terme désigne les différents produits chimiques apportés aux cultures afin d obtenir le meilleur rendement. Kilojoule : unité d énergie ou de travail, multiple du joule et valant 1000 joules. (Symbole. kj). 37

37 Seules les substances organiques carbonées apportées par l alimentation : glucides, lipides et protides sont susceptibles de fournir de l énergie. Lignée : groupe d individus caractérisés par la stabilité de caractères intéressants dans leur descendance. Productivité : quantité de biomasse fabriquée par les êtres vivants par unité de surface et par unité de temps. Rendement : en agronomie, désigne la quantité de biomasse utile, produite par unité de surface (par hectare) et unité de temps (par an). Le rendement correspond donc à une productivité mais à une productivité utile à l Homme et exploitable. Il s agit plus d un aspect économique qu écologique. Réseau trophique : ensemble des relations alimentaires entre les êtres vivants d un écosystème. Il est constitué de plusieurs chaînes alimentaires. Les organismes reliés entre eux par des relations trophiques (de nourriture) forment un réseau alimentaire (composé de nombreuses chaînes plus ou moins ramifiées et intriquées. Sélection : technique d obtention, par croisement dirigé, de variétés recherchées pour certains de leurs caractères. n 38