SUJET 1 SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011

SUJET 1 SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011 Question 1 L image ci dessous représente ce que perçoit un individu âgé de 50 ans au moment où, installé dans son jardin, il s apprête à consulter un livre. Jusqu alors sa vision n avait jamais présenté de défaut. Au cours de la consultation, son ophtalmologue lui explique que son problème est dû à une (sélectionnez la bonne réponse) : a. perte de souplesse du cristallin ; b. détérioration des photorécepteurs rétiniens ; c. opacification du cristallin ; d. détérioration du nerf optique. 126

Sujet 1 Question 2 Les cônes (dont il existe trois types) et les bâtonnets sont des photorécepteurs rétiniens dont les propriétés déterminent la vision du monde. Pour réaliser le graphique ci dessous, les photorécepteurs ont été exposés à des longueurs d ondes différentes. Pour chaque longueur d onde, le photorécepteur a été soumis d abord à une intensité lumineuse très faible, puis de plus en plus forte (mesurée en lux). Le graphique représente l intensité lumineuse minimale pour laquelle le photorécepteur réagit. Document 1 Intensité minimale de stimulation des photorécepteurs en fonction de la longueur d onde Intensité lumineuse (lux) 10 5 Cônes1 10 4 Cônes3 Cônes2 10 3 10 2 10 Bâtonnets 1 λ (nm) 0,1 400 450 500 550 600 650 700 Document de référence Spectre de lumière blanche 127

Représentation visuelle du monde D après cette étude, on peut dire que (distinguez les propositions vraies des fausses) : a. seuls les bâtonnets sont stimulés dans un endroit très peu éclairé ; b. les cônes sont stimulés quelle que soit l intensité de l éclairement ; c. les bâtonnets présentent une sensibilité maximale dans le bleu et le rouge ; d. chaque type de cône possède une sensibilité maximale pour une couleur donnée. Question 3 La photo ci dessous a été prise au microscope électronique au niveau d une synapse du cortex visuel (G X 10000). En observant cette image, un scientifique peut en déduire que le message peut passer (sélectionnez la bonne réponse) : a. de 1 vers 2 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 1 ; b. de 1 vers 2 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 2 ; c. de 2 vers 1 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 1 ; d. de 2 vers 1 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 2. Question 4 On a identifié le neurotransmetteur naturel impliqué dans la communication entre les neurones des voies visuelles. Il s agit d une molécule dont 128

Sujet 1 le nom est «sérotonine» et que l on a représentée ci dessous, fixée à son récepteur neuronal. Par ailleurs, on connait une drogue, le LSD («acide»), caractérisée par une puissante action hallucinogène. Il provoque des visions artificielles ou des altérations de la perception visuelle. Les informations présentées sur ces documents, permettent de penser que l effet hallucinogène du LSD provient de (distinguez les propositions vraies des fausses) : a. sa formule chimique identique à celle de la sérotonine ; b. sa structure spatiale en partie similaire à celle de la molécule de sérotonine ; c. sa possibilité de se substituer à la sérotonine au niveau de la membrane du neurone aboutissant au cortex visuel ; d. sa possibilité de traverser la membrane du neurone aboutissant au cortex visuel. 129

Représentation visuelle du monde CORRIGÉ 1. Réponse a. : perte de souplesse du cristallin. L individu âgé de 50 ans présente un défaut de vision. La vision de près est floue, la personne ne peut pas lire son livre tandis que la vision de loin est intacte (les arbustes en arrière plan sont nets). Cette personne présente les troubles caractéristiques de la presbytie qui est due à une perte de souplesse du cristallin liée à l âge d où un défaut d accommodation. 2. a. : vrai Seuls les bâtonnets sont stimulés dans un endroit peu éclairé. Ceci est visible sur le graphique où la stimulation des bâtonnets est réalisée par une faible intensité lumineuse (1 lux) tandis que les cônes sont stimulés pour des valeurs beaucoup plus élevées (1 000 lux). b. : faux Les cônes sont stimulés par des fortes intensités d éclairement, 1 000 lux, en dessous, il n y a pas de stimulation. c. : faux Les bâtonnets présentent une intensité minimale de stimulation vers 500 nm dans le cyan entre le vert et le bleu. Ils ne permettent pas de distinguer les couleurs. d. : vrai Il existe trois types de cônes pour lesquelles l intensité minimale de stimulation correspond à trois longueurs d ondes différentes aux environs de 450 nm, 540 nm et 575 nm, correspondant chacune à une couleur, le bleu, le vert et le rouge. Ceci est bien visible sur le graphique où nous observons trois courbes. 3. Réponse a. : de 1 vers 2 car le neurotransmetteur est présent dans le neurone 1. En effet le neurotransmetteur est présent dans les vésicules synaptiques du neurone présynaptique. Il se déverse dans l espace synaptique et par fixation sur les récepteurs post synaptiques le neurone 2 est stimulé. 130

Sujet 1 4. a. : faux La formule chimique d une molécule de LSD n est pas exactement identique à celle de la sérotonine. b. : vrai Les deux molécules présentent une partie similaire. c. : vrai La molécule de LSD présente une partie spatiale similaire à la partie de la molécule de sérotonine qui se fixe sur le récepteur spécifique ce qui suggère que la molécule de LSD peut également se fixer sur le récepteur. d. : faux Le LSD se fixe sur le récepteur de la molécule de sérotonine mais aucun document présenté ne laisse penser que la molécule de LSD traverse la membrane du neurone. 131

SUJET 2 SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011 Monsieur Dupont, professeur d arts plastiques à la retraite, emmène ses petits enfants Benjamin et Julie, visiter le musée d Orsay. Document 1 De l impressionnisme au pointillisme Dans les années 1880, le mouvement impressionniste se détache d une observation subjective et gagne peu à peu en rigueur. L étude de la lumière et de la couleur se théorise avec l appui de travaux scientifiques. En effet, les impressionnistes s inspirent des découvertes scientifiques sur les lois optiques : la lumière, la couleur, la vision s unissent dans un savant mélange. Les peintres changent alors leur façon de représenter les couleurs, il ne s agit plus de procéder au mélange sur la palette, mais directement sur la toile. Le «mélange optique» désigne le processus par lequel l œil du spectateur effectue le mélange des couleurs. Des touches de couleur pure sont appliquées directement au sein de la composition, et dans leur juxtaposition, permettent à l œil de procéder au mélange des couleurs. L «impressionnisme» va glisser vers une démarche scientifique rigoureuse, à travers le «pointillisme». Avec les recherches des physiciens, sera alors poussée à l extrême 132

Sujet 2 l analyse du mélange optique des couleurs et de la lumière, glissant vers des compositions picturales surprenantes et élaborées mais froidement calculées. http ://www.suite101.fr/content/lumiere-sur-le-courant-impressionniste-a6633. Document 2 Perception de quelques tableaux par Benjamin et monsieur Dupont 133

Représentation visuelle du monde Document 3 Questions 1. À partir des informations extraites du document 1 et des vos connaissances, expliquez ce qu est le «mélange optique» des artistes pointillistes. 2. Lors de la réalisation du catalogue du musée d Orsay, l imprimeur doit restituer sur papier et le plus fidèlement possible les différentes couleurs d un tableau. En vous aidant du document 3, expliquez comment l imprimeur peut restituer, sur papier, la couleur verte. 3. Document 2 : Benjamin se propose de prêter ses lunettes à son grandpère afin de lire le catalogue du musée. Que pensez vous de cette idée? 4. Julie assiste à l échange entre son frère et son grand père. Elle a étudié les différents types de lentilles en classe et se propose d expliquer à son frère comment les différencier. En utilisant vos connaissances, détaillez deux méthodes de différenciation que Julie pourrait présenter. 134

Sujet 2 CORRIGÉ 1. Les tableaux des artistes pointillistes sont composés de nombreuses petites touches ou pointes de couleurs. L artiste n a pas fait le mélange des couleurs sur la palette mais c est l œil qui, placé à une certaine distance, réalise le mélange des couleurs. En effet, l œil est composé des cellules photoréceptrices : les cônes et les bâtonnets. Ce sont les cônes qui permettent de distinguer les couleurs. Il existe trois types de cônes sensibles à des longueurs d ondes différentes correspondants au rouge, au vert et au bleu qui constituent les couleurs primaires. C est la synthèse additive des couleurs primaires qui permet le mélange des couleurs. En additionnant dans des proportions diverses les trois couleurs primaires, on obtient toutes les couleurs. Ainsi le bleu et le rouge donnent le magenta, le vert et le bleu donnent le cyan et le vert et rouge donnent le jaune. Dans le cas du pointillisme, on parle de mélange optique puisque c est l œil qui réalise le mélange des couleurs primaires. 2. Pour restituer sur papier le plus fidèlement possible les couleurs du tableau, l imprimeur utilise des encres jaunes, magenta, cyan et noir. Une lumière blanche réfléchit toutes les couleurs et correspond à la superposition des lumières bleue, verte et rouge. Si on superpose à la lumière blanche les trois couleurs cyan, magenta et jaune, on obtient du noir supprimant toute la lumière transmise. Pour obtenir toutes les couleurs, on doit soustraire à la lumière blanche dans diverses proportions les trois couleurs primaires (cyan, magenta et jaune), on parle de synthèse soustractive. Chaque encre absorbe une partie du spectre lumineux notamment la couleur qui lui est complémentaire. Le cyan absorbe le rouge, le jaune absorbe le bleu, le magenta absorbe le vert (document 3). Le vert s obtient donc par soustraction du cyan et du jaune. La superposition d encre cyan et d encre jaune permettra donc d obtenir du vert par absorption des lumières complémentaires. L œil perçoit la lumière verte qui est alors diffusée. 135

Représentation visuelle du monde 3. Benjamin se propose de prêter ses lunettes à son grand père qui n arrive pas à lire le catalogue de l exposition. Les lunettes de Benjamin seront efficaces à son grand père s ils présentent tous les deux le même type de troubles de la vision. Est ce le cas? M. Dupont voit correctement le tableau, sa vision de loin est correcte mais il est incapable de lire le texte du catalogue, sa vision de près est altérée. Compte tenu de son âge, M. Dupont est presbyte. Par contre, Benjamin a besoin de lunettes pour voir correctement le tableau de loin mais de près il voit correctement sans lunettes : il est donc myope. Ainsi les lunettes de Benjamin ne seront d aucun secours à son grand père puisqu elles permettent une vision de loin et sont constituées de verres divergents. Ce sont des lunettes à verres convergents qui permettent la correction de la presbytie. 4. On peut distinguer facilement les lentilles convergentes des lentilles divergentes grâce à plusieurs méthodes : au toucher, par leur forme : les lentilles convergentes ont des bords minces contrairement aux lentilles divergentes qui ont des bords épais par rapport au centre de la lentille ; par l effet de la lentille sur le trajet des rayons lumineux : des rayons incidents parallèles à l axe optique (axe de symétrie de la lentille) de la lentille convergente émergent en convergeant vers un point particulier appelé foyer principal image (F ) tandis qu ils divergent dans le cas d une lentille divergente ; si on regarde un texte à travers une lentille convergente, il s agrandit (zoom) tandis qu il diminue de taille avec une lentille divergente. 136

SUJET 3 SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011 Au musée du Louvre à Paris, des millions de visiteurs se pressent chaque année pour voir la Joconde. Le plus célèbre tableau du monde peint entre 1503 et 1506 par Léonard de Vinci a traversé pas moins de cinq siècles sans être protégé mais aujourd hui il est derrière une épaisse vitre de verre. Vous et monsieur X assistez à une visite guidée au Musée du Louvre pour admirer le visage de la Joconde. Lorsque monsieur X s approche du tableau, il est doublement déçu : d une part, il trouve stupide d enfermer un tel chef d œuvre derrière une vitre et, d autre part, il n arrive pas avoir une vision d ensemble du tableau. Il ne cesse de se plaindre auprès du guide et perturbe la bonne ambiance de la visite. Document 1 Évolution du champ visuel chez monsieur X Les images ci dessous représentent la Joconde vue par la majorité des visiteurs du Louvre et ce même tableau vu par monsieur X. http ://www.myscience.ch 137

Représentation visuelle du monde Document 2 Une nécessaire protection du tableau La conservation des tableaux est particulièrement exigeante, car la structure complexe des surfaces des peintures est souvent réduite à une couche très mince et extrêmement fragile, qu il s agit d analyser et de préserver. Le support, ou le fond d un tableau, possède fréquemment des propriétés physiques tout à fait différentes de la couche de peinture. L image mythique de la Joconde a été peinte sur un mince panneau de bois de peuplier selon une technique maîtrisée par l artiste, dite «sfumato». Le motif a été dessiné sur plusieurs couches d enduit avant que ne soit entrepris le travail à l huile, additionnée d essence très diluée. Pour affiner le modèle de ce visage au sourire énigmatique et pour jouer avec les subtils effets de lumière sur le teint diaphane de Mona Lisa, modèle présumé du chef d œuvre, le peintre a dû superposer d innombrables couches de couleurs transparentes. Document 3 Répartition des photorécepteurs rétiniens de l œil humain 160 densité des récepteurs (en 10 3.mm -2 ) 80 120 40 0 80 60 40 20 0 20 40 60 80 cônes bâtonnets excentricité (en degrés) Remarque : les photorécepteurs sont de deux types : cônes et bâtonnets. L excentricité correspond à l éloignement d un point donné de la rétine par rapport au centre de celle ci, repéré par 0 sur le graphe. Plus on s éloigne du centre de la rétine et plus l excentricité augmente. 138

Sujet 3 Commentaire argumenté À l aide des documents et de vos connaissances, développez l argumentaire du guide pour convaincre monsieur X de l utilité de cette mesure de préservation de l œuvre, et du fait que sa perception incomplète pourrait résulter d un problème au niveau de sa rétine. CORRIGÉ Commentaire argumenté Monsieur, Ne vous énervez pas! Je comprends votre surprise. Vous trouvez stupide d enfermer le chef d œuvre de La Joconde derrière une vitre mais cela est indispensable pour la bonne conservation du tableau. En effet celui ci a cinq siècles, il a été peint par Léonard de Vinci entre 1503 et 1506, il faut donc le protéger afin que les générations futures puissent encore l admirer. La vitre ne doit aucunement altérer son observation mais permettre de conserver la fine couche de peinture très fragile. Je vais vous expliquer comment a été réalisé le tableau et vous aller vite comprendre que des mesures de conservation s imposent, afin d éviter une détérioration irréversible. La Joconde a été peinte sur un mince panneau de bois de peuplier selon une technique appelée «sfumato». Plusieurs couches d enduits ont été déposées, tout d abord, sur le support, puis le motif a été dessiné et c est ensuite que l artiste a réalisé un travail à l huile. Le peintre a superposé de nombreuses couches de peinture presque transparentes afin de donner au visage toute sa beauté, sa finesse, son expression, son intensité... Il y a donc une fine épaisseur de peinture, très fragile, qu il faut protéger des pollutions de l atmosphère liées à la présence des nombreux visiteurs. La température, 139

Représentation visuelle du monde la lumière et l hygrométrie sont également très importantes pour la préservation des couleurs et des propriétés de ces couches de peinture. Vous me dites que vous n arrivez pas à avoir une vision d ensemble du tableau, notamment la périphérie du tableau et que votre vision se résume à un cercle central. Cela est tout à fait surprenant. La vitre n altère en rien l observation du tableau. Votre problème de vue ne serait il pas lié plutôt à une anomalie de votre œil? En effet, la rétine humaine possède des cellules photoréceptrices de deux types : les cônes et les bâtonnets. Les cellules photoréceptrices perçoivent le message lumineux et transmettent le message par l intermédiaire du nerf optique aux aires visuelles situées dans le cortex visuel. La densité des photorécepteurs varie fonction de l éloignement par rapport au centre de la rétine. Les cônes sont situés au centre de celle ci, tandis que les bâtonnets, absents dans l axe, se répartissent de part et d autre avec une densité maximale vers 20 d excentricité. Il y a également un point aveugle dépourvu de photorécepteurs au niveau du départ du nerf optique. Au delà de 20 d excentricité, la densité des bâtonnets diminue progressivement. Il se peut que la périphérie de votre rétine présente une altération de bâtonnets, ce qui expliquerait votre vision incomplète du tableau. Je vous conseillerai de consulter un spécialiste pour un contrôle. Dans ce cas, je comprends votre désarroi mais qui n est aucunement lié à la vitre de protection du tableau et vous demandeerais de ne pas perturber la visite. 140

SUJET 4 SUJET NATIONAL, JUIN 2012 Du 19 juillet au 3 septembre 2011, les Nations unies ont déclaré plusieurs régions de la Somalie en état de famine. D autres régions sont également menacées si une assistance d urgence n est pas mise en place, car la situation des populations en matière d accès à l eau et à la nourriture y est extrêmement préoccupante. Des actions ont donc été mises en œuvre par des associations humanitaires en Somalie : travaux et actions permettant aux populations d avoir accès à de l eau potable (construction et réhabilitation de puits, distribution de filtres en céramique, distribution d eau par camion, création et maintenance d un stock de plaquettes de chlore distribuées en cas d urgence) ; travaux assurant aux populations une meilleure situation sanitaire (construction de latrines½dans les camps de déplacés, organisation de séances de promotion de l hygiène, distribution de kits de première nécessité non alimentaires). Source : www.solidarites.org. Document 1 Les maladies liées à l eau Dans la nature, l eau n est pas toujours source de vie, loin de là. Elle véhicule en particulier nombre de micro organismes, bactéries et virus en tout genre, qui y vivent et s y développent, ainsi que nombre de parasites qui ont besoin d eau pour vivre ou se reproduire. Or, de tels organismes peuvent engendrer des maladies parfois graves lorsqu ils pénètrent dans le corps humain. L eau est ainsi le vecteur de transmission privilégié de ces maladies que l on dit hydriques. Les micro organismes abondent dans les eaux souillées par les déjections animales et humaines, et leur transmission à l homme se fait par simple ingestion d eau infectée. Ils se propagent donc rapidement dans les pays qui ne disposent pas de bonnes conditions d hygiène. Certaines bactéries déclenchent de fortes diarrhées. Aujourd hui, ces ½ºÄ ØÖ Ò Ïº¹ º 141

Nourrir l humanité épidémies sont surtout le drame des pays chauds qui ne disposent pas de latrines septiques, ni de traitements des eaux. Dans ces conditions, en effet, les matières fécales des personnes malades contaminent rapidement les eaux de boisson consommées par les personnes saines [...]. Ces maladies hydriques sont à l origine de la mortalité très élevée des populations des pays en voie de développement. Dans le monde, environ 6 millions d enfants meurent chaque année des suites de gastro entérites et 100 millions de personnes souffrent en permanence de gastro entérites hydriques. La raison principale de cette situation catastrophique est la pauvreté. Nombre de populations ne disposent pas d eau potable, les aménagements indispensables aux traitements des eaux usées et à la fabrication d eau potable étant trop coûteux, ni même des soins que ces affections nécessitent, les infrastructures médicales n étant pas suffisantes. Source : centre national de la recherche scientifique. Document 2 Filtres en céramique Les filtres en céramique pour le traitement des eaux sont en usage depuis plusieurs siècles. [...] Ils ont souvent la forme d un pot de fleurs ou d un bol et sont imprégnés de fines particules colloïdales¾d argent servant de désinfectant et empêchant la prolifération des bactéries dans le filtre. [...] Les tests en laboratoire ont montré que ces dispositifs, s ils sont bien conçus et bien fabriqués, peuvent éliminer ou désactiver presque toutes les bactéries et parasites protozoaires. Leur efficacité contre les virus est inconnue. Le nettoyage et la maintenance du filtre sont essentiels : [...] il est recommandé d y adjoindre un programme éducatif sur un stockage salubre, le nettoyage du filtre et d autres actions recommandées. Les avantages des filtres en céramique sont leur facilité d emploi, leur longue durée de vie (s ils ne se cassent pas) et leur coût relativement bas. Les inconvénients comprennent une possible recontamination de l eau conservée sans chlore résiduel et un débit faible, en général un à deux litres par heure. ¾º ÓÐÐÓ Ð ÓÐÙØ ÓÒÐ ÕÙ ÓÒØ Ò ÒØÙÒÓÖÔ Ô Ö ÓÙ ÓÖÑ Ô ÖØ ÙÐ Ñ ÒÙ ÙÐ Source : académie nationale des sciences, Washington, États-Unis. Ò Ù Ô Ò ÓÒº 142

Sujet 4 Document 3 Quelques paramètres de potabilité d une eau Pour être consommée, l eau doit répondre à des critères de qualité très stricts. Paramètres Critères de qualité Normes Microbiologique Chimique Physique et gustatif Parasites Virus Bactéries Sels minéraux Substances chimiques toxiques Aspect Saveur odeur Source : www.lesagencesdeleau.fr/francais/qualite/criteres.php. Présence non tolérée Présence possible Normes très sévères (quantités très limitées) Limpide Non désagréables Commentaire argumenté Un médecin en mission en Somalie désire écrire une lettre à une association humanitaire afin de demander l envoi de matériel destiné à améliorer la situation sanitaire et à rendre l eau potable. Rédigez vous même ce courrier, en précisant le matériel demandé et en argumentant de façon à convaincre de la nécessité de cet envoi. Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et sur votre culture (qui intègre, entre autres, les connaissances acquises dans les différents champs disciplinaires). 143

Nourrir l humanité CORRIGÉ Les conseils de l enseignant Cet exercice porte sur l un des deux thèmes communs aux sciences de la vie et de la terre et aux sciences physiques et chimiques : «Nourrir l humanité». L évaluation porte sur les acquis des deux disciplines. À partir de l étude des trois documents, vous devez présenter une argumentation scientifique en réponse à la problématique posée. Le texte propose un sujet d actualité avec la situation dramatique de certaines régions de Somalie où les populations ont des difficultés d accès à l eau potable et à la nourriture, ce qui entraîne la famine et des problèmes majeurs de santé. La forme d expression à respecter est donnée : il s agit d une lettre d un médecin à une association humanitaire pour une demande d envoi de matériel afin de mener à bien le projet d aide.votre texte peut commencer par «Madame, Monsieur». Il est conseillé de structurer votre réponse avec une introduction, un développement et une conclusion. L introduction vous permet d énoncer clairement la problématique : l eau non potable entraîne la mort d enfants et de nombreuses infections chroniques (n hésitez pas à citer les chiffres), d où la nécessité d un programme urgent permettant l accès à l eau potable des populations. Le développement s appuie sur les informations apportées par les documents. Il s agit d extraire les données qui vous seront utiles pour votre argumentation, notamment de faire une liste de matériel nécessaire pour l action humanitaire et de justifier ces besoins pour bénéficier de l aide de l association. Afin de mettre en évidence votre raisonnement, vous pouvez utiliser des connecteurs logiques tels que «donc, alors, parce que» et mettre en lien les différents documents. Cette étude est complétée par l apport de connaissances scientifiques acquises ou de connaissances personnelles, par exemple sur l irrigation ou sur l hygiène, tout en veillant à ne pas s éloigner de la problématique. 144

Sujet 4 La conclusion reprend en quelques phrases les éléments de la réponse au problème posé et permet de remercier l organisme pour sa collaboration probable au projet. Attention de ne pas signer de votre nom sur votre copie d examen, mais d apposer une signature fictive. Il est conseillé d écrire vos éléments de réponses au brouillon, de les ordonner en mettant des numéros avant de commencer la rédaction. Commentaire argumenté Madame, Monsieur, Actuellement médecin en Somalie, je vous contacte en raison de la gravité de la situation humanitaire dans ce pays, qui a été déclaré en état de famine par les Nations unies. Nous avons un besoin urgent de matériel pour nos actions. En effet, les problèmes de santé dans ce pays sont essentiellement dus à des maladies hydriques, mais des actions simples, nécessitant du matériel, peuvent être mises en œuvre afin de permettre l accès à l eau potable. Comme vous le savez, lorsque les conditions d hygiène sont insuffisantes absence de latrines et de traitements des eaux usées, l eau est souillée et véhicule de nombreux micro organismes (bactéries, virus) ou des parasites protozoaires responsables de gastro entérites qui entraînent la mort de milliers d enfants chaque année (6 millions) et un état infectieux pour 100 millions d adultes (document 1). Il est indispensable que les populations puissent boire une eau potable, c est à dire exempte de tous microorganismes ou parasites, de substances chimiques toxiques et ayant un aspect limpide et inodore (document 3). Une première mesure est de fournir à la population des filtres en céramique (document 2) : ceux ci permettent d éliminer ou de désactiver les bactéries et parasites protozoaires présents dans l eau. Ils sont peu coûteux et faciles à utiliser. Associés à un programme éducatif expliquant leur entretien et les recommandations pour leur utilisation, ces filtres permettent de rendre l eau potable. En complément, des pastilles de chlore pourraient être utilisées si nécessaire. Également, des camions d eau potable doivent être mis à la disposition des populations qui ne peuvent traiter l eau. Des petites plaquettes éducatives avec des dessins doivent être distribuées. Elles ont pour but d expliquer les règles simples d hygiène : se laver les mains avant de manger et après avoir été aux toilettes, bien cuire les ali 145

Nourrir l humanité ments pour détruire les bactéries, conserver les aliments dans des endroits propres, etc. Bien sûr, l accès à l eau doit être amélioré par la construction de puits ou leur réparation. Pour éviter la contamination de l eau, la construction de latrines dans les camps est nécessaire ainsi que des systèmes simples de traitement des eaux usées (filtration, oxygénation pour dégrader les matières organiques dans des bacs). Nous avons donc besoin de matériel divers pour ces constructions : bois, cuves, conduites, pompes, outils... Concernant les cultures, des systèmes d irrigation appropriés peuvent être proposés afin de limiter la consommation d eau : système d irrigation goutte à goutte ou asperseur mobile. Les cultures consommant moins d eau doivent être favorisées. Ainsi, comme vous pouvez le constater, un certain nombre d actions peuvent être menées pour résoudre les problèmes sanitaires et l accès à l eau potable pour les populations de Somalie. Je vous sollicite donc pour envoyer ici le matériel nécessaire à ces différentes actions. Je vous remercie par avance pour votre collaboration à ce projet. 146

SUJET 5 SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011 Document 1 Résultats des analyses du contrôle sanitaire des eaux destinées à la consommation humaine Paramètre Valeur Limite de qualité Référence de qualité Ammonium (en NH 4 + ) <0,04 mg/l 00,1 mg/l Bact. aér. revivifiables à 22 68h Bact. aér. revivifiables à 36 44h Bact. et spores sulfitorédu./100ml Bactéries coliformes/100ml MS 0 n/ml 0 n/ml 0 n/100ml 0 n/100ml 0 n/100ml 0 n/100ml Carbone organique total 1,5 mg/l C 2 mg/l C Chlore libre < 0,10 mg/lcl2 Chlore total 0,10 mg/lcl2 Coloration < 5 mg/l Pt 15 mg/l Pt Conductivité à 25 C 421 µs/cm 200 et 1100 µs/cm Entérocoques /100ml MS 0 n/100ml 0 n/100ml Escherichia coli /100ml MF 0 n/100ml 0 n/100ml Fer total <20 µg/l < 200 µg/l 147

Nourrir l humanité Paramètre Valeur Limite de qualité Escherichia coli /100ml MF 0 n/100ml 0 n/100ml Nitrates (en NO3 ) 65mg/L 50 mg/l Nitrates (en NO2 ) <0,02 mg/l 0,5 mg/l Odeur (qualitatif) 0 qualit. Température de l eau 10,0 C 25 C Titre alcalimétrique Titre alcalimétrique complet Titre hydrotimétrique ph Ministère chargé de la santé. < 1,0 F 6,8 F 8,05 unité ph Référence de qualité 6,5 et 9 unité ph Document 2 Devenir des engrais dans l environnement dans une exploitation maraîchère Banque de schémas SVT académie de Dijon. 148

Sujet 5 Document 3 Quantité de nitrates restant dans le sol après la récolte en fonction de la dose d azote apportée à la culture L azote est un élément fertilisant fort important mais il est également potentiellement polluant car son utilisation peut conduire à une accumulation de nitrates dans les sols. Une expérimentation a été réalisée au Québec dans une ferme produisant des pommes de terre. Les résultats calculés à partir des données de 2004, 2005 et 2006 sont reportés sur le graphique ci dessous. http ://fermedanielbolduc.com Document 4 Rendement relatif d un champ de pommes de terre en fonction de la dose d azote appliquée lors de la plantation http ://fermedanielbolduc.com 149

Nourrir l humanité Questions Le maire de ce village a émis un avis déconseillant provisoirement la consommation de l eau du robinet. À l aide des documents et de vos connaissances, répondez aux questions suivantes. 1. Justifiez l avis émis par le maire. 2. Montrez comment l apport d azote par les agriculteurs peut être source de pollution de l eau. Votre réponse prendra en compte notamment les interactions entre le sol et les nitrates en termes d échanges d ions. Commentaire argumenté Un agriculteur du village utilise 175 kg/ha d azote pour ses cultures de pommes de terre. Développez une argumentation pour le convaincre de diminuer cet apport d azote aux cultures. Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances personnelles (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires). CORRIGÉ Questions 1. Le maire du village a émis un avis déconseillant provisoirement la consommation de l eau du robinet. En effet, l étude des résultats d analyse de l eau du village (document 1) montre que toutes les valeurs des paramètres sont dans les normes de qualité à l exception des nitrates dont la valeur est de 65 mg/ l alors que la limite de qualité est une valeur inférieure à 50 mg/ l. 150

Sujet 5 Ainsi le critère de potabilité de l eau n est pas respecté. Il est donc déconseillé de boire l eau du robinet tant que le taux de nitrates sera supérieur à 50 mg/ l. 2. Le document 2 nous présente le devenir des engrais dans l environnement à la suite d une pulvérisation dans une exploitation maraîchère. Lors de la pulvérisation, une très faible partie d engrais se disperse dans l atmosphère, une autre partie est lessivée en surface et rejoint les rivières, la plus grande partie s infiltre dans le sol. Les ions contenus dans les engrais notamment les ions nitrates se fixent sur le complexe argilo humique du sol et constituent une réserve qui pourra être prélevée par les plantes. Cependant, si l épandage d engrais est trop important, l excès d ions ne pourra être retenu par le sol, il se retrouvera dans la nappe phréatique puis éventuellement dans les rivières créant une pollution des réservoirs aquifères. Le document 3 traduit la quantité de nitrates résiduels dans une ferme produisant des pommes de terre en fonction de l apport d azote. En absence d apports d azote, les nitrates résiduels sont aux environs de 48 mg/ kg de sol. Ces nitrates, très solubles, sont lessivés puisqu ils ne sont pas fixés par le complexe argilo humique du sol. Un apport d azote jusqu à 110 kg/ ha provoque une faible augmentation des nitrates résiduels jusqu à 60 mg/ kg de sol puis il y a stabilisation même si l apport augmente jusqu à 137 kg/ ha. L azote apporté est principalement utilisé par les plantes. Audelà de cette valeur, la quantité de nitrates résiduels augmente fortement traduisant un excès d azote qui ne peut être prélevé par la culture. Ainsi un excès d apport d azote provoquera un excès de nitrates résiduels dans le sol qui, par lessivage et/ ou infiltration, provoquera la pollution des réservoirs aquifères, nappes phréatiques et rivières notamment. Commentaire argumenté Monsieur, Vous avez des cultures de pommes de terre et vous utilisez 175 kg/ ha d azote afin d augmenter le rendement. Il apparaît que cet apport d engrais n est pas le plus adapté au regard des analyses et des études scientifiques réalisées. Votre objectif est bien sûr d augmenter votre production de pommes de terre par hectare, tout en réduisant le coût de production. Cependant, il est également essentiel de préserver l environnement des pollutions. 151

Nourrir l humanité Plusieurs arguments sont en faveur d une réduction de votre épandage d engrais. Tout d abord, les analyses d eau de votre village révèlent un excès de nitrates. Leur valeur est de 65 mg/ L alors que la valeur limite de potabilité est fixée à 50 mg/ L. Il y a donc pollution de la nappe phréatique ce qui rend l eau de robinet impropre à la consommation (document 1). Un excès de nitrates dans l eau est un risque pour la santé et plus particulièrement pour les femmes enceintes et les nourrissons. En effet, dans l organisme les nitrates se transforment en nitrites qui réduisent les capacités de transport du dioxygène par l hémoglobine. À plus long terme les nitrates participent à la formation de nitrosamines ayant des effets cancérigènes. L excès de nitrates est directement lié à la quantité d azote pulvérisée dans les champs. En effet, seule une certaine quantité d azote sous forme d ions nitrates peut être fixée par le complexe argilo humique du sol et absorbé par les plantes. L excès est lessivé, entraîné vers la nappe phréatique et les rivières (document 2). Un excès de nitrates dans les rivières provoque une prolifération des algues. Celles ci consomment le dioxygène de l eau aux dépens de certaines espèces de poissons qui risquent de disparaître. Il y a donc des conséquences importantes sur l environnement. Les études pour un champ de pommes de terre ont montré qu un apport d azote jusqu à 137 kg/ ha augmente peu la quantité de nitrates résiduels (60 mg/ kg) mais qu au delà l augmentation est très importante, provoquant alors une pollution des aquifères. Un apport de 175 kg/ ha entraîne 100 mg/ kg de nitrates résiduels (document 3). Bien sûr, je suppose que vous craignez peut être une baisse de vos rendements si vous diminuez la dose d engrais azotés... En réalité, les mesures de rendements pour un champ de pommes de terre montrent qu ils sont au maximum pour un apport de 125 kg/ ha. En dessous, ou au dessus, de cette valeur, le rendement diminue (document 4). Ainsi, au regard de tous ces éléments, je vous conseille donc de réduire votre apport d engrais à 125 kg/ ha, ce qui vous permettra d obtenir un rendement maximal, de réduire votre coût de production par diminution des frais d engrais, tout en préservant la nappe phréatique des pollutions en nitrates. L eau du robinet pourra être consommée à nouveau,dès lors que le taux de nitrates sera inférieur à 50 mg/ L. 152

SUJET 6 SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011 Document 1 Une maladie liée à l alimentation : la salmonellose Les bactéries responsables de la salmonellose sont les salmonelles. On les trouve dans l intestin, les déjections et l environnement. L infection se fait par la bouche par le biais de la nourriture ou de l eau souillée. La salmonellose est une maladie grave et souvent mortelle pour de nombreux animaux, qui peut être contagieuse pour les hommes. La salmonelle est une bactérie dite «mésophile» car elle se développe dans une fourchette assez large de températures (5 C à 47 C). Cette bactérie existe en petit nombre dans les aliments mais un taux trop élevé est responsable d une TIA [Toxi Infection Alimentaire] : la salmonellose. http ://chainedufroid.free.fr. Document 2 Températures internes de cuisson recommandées pour préserver la sécurité alimentaire Bœuf, veau et agneau (morceaux et pièces entières) : mi saignant 63 C ; à point 71 C ; bien cuit 77 C. Porc (morceaux et pièces entières) : 71 C. Volaille (par exemple poulet, dinde, canard) : morceaux 74 C ; volaille entière 85 C Viande hachée et mélanges de viandes (par exemple hamburgers, saucisses, boulettes de viande, pains de viande, ragoûts) : 153

Nourrir l humanité bœuf, veau, agneau et porc 71 C ; volaille 74 C. Document 3 Effet de la température sur les microorganismes EMS. 154

Sujet 6 Bactéries psychrophiles : qui peuvent vivre à des températures variant de 5 à 30 C et dont le développement est optimal à 15 C. Bactéries thermophiles : qui sont capables de vivre à des températures extrêmement élevées, mortelles pour la majorité des êtres vivants. Bactéries saprophytes : qui sont capables de se nourrir de matière organique en décomposition. Questions À l aide des documents et de vos connaissances, répondez aux questions suivantes. 1. Relevez, parmi toutes les techniques de conservation évoquées, celle qui implique une transformation physique et celle qui met en jeu une réaction chimique. 2. Expliquez l effet de la température sur le développement des salmonelles. Commentaire argumenté La conservation des aliments pose des problèmes en termes de santé individuelle et publique. Vous rédigerez un article de presse visant à sensibiliser les consommateurs à cette question et notamment à les convaincre d adopter des attitudes responsables entre l achat d un steak haché surgelé et la consommation de celui ci, cru ou cuit, pour préserver leur santé. Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et votre culture (qui intègre, entre autres, les connaissances acquises dans différents champs disciplinaires). CORRIGÉ 1. Parmi les techniques de conservation des aliments citées, on peut distinguer la congélation, la cuisson, la pasteurisation et la stérilisation. 155

Nourrir l humanité Lors de la congélation, les aliments subissent des transformations physiques mais leur composition chimique n est pas modifiée. Il y a solidification de tous les liquides contenus dans l aliment, c est un changement d état. La pasteurisation (65 C ou 90 C) ou la stérilisation (120 C) correspondent également à un changement d état par transformation physique avec vaporisation. Par contre, la cuisson met en jeu une réaction chimique avec transformation de la matière. Les molécules de départ forment des produits. 2. Les salmonelles sont des bactéries mésophiles qui se développent dans une fourchette de température entre 5 C et 47 C (document 1). En dessous de 5 C, les salmonelles arrêtent leur développement mais ne sont pas détruites. Les réactions chimiques nécessaires au développement ne peuvent plus se réaliser. À partir de 5 C, les bactéries se multiplient lentement, puis leur développement s accroît avec l augmentation de la température. Les conditions optimales de température se situent vers 37 C. En effet, une température élevée favorise la prolifération des cellules. Par contre au delà de 47 C, les bactéries sont détruites par la chaleur (documents 1 et 2). Commentaire argumenté Des mesures simples pour une bonne hygiène alimentaire! Régulièrement, la multiplication de bactéries pathogènes sur des aliments provoque des infections qui ont des conséquences plus ou moins graves sur la santé : gastro entérites, infections diverses. Il y a quelques mois, en Allemagne, une contamination des aliments par la bactérie pathogène E. Coli a provoqué plusieurs morts et entraîné des lésions irréversibles de certains organes chez d autres patients. Une autre bactérie pathogène, la salmonelle, qui se développe sur les aliments est responsable d une infection chez l homme, la salmonellose. Or des mesures simples permettraient d éviter ce genre de catastrophes! La température, surveillez la température! Prenons un exemple simple. Vous achetez au supermarché un steak haché surgelé. Que faites vous entre le moment de son achat et sa consommation? 156

Sujet 6 Il s agit d éviter la prolifération des micro organismes pathogènes comme par exemple les salmonelles. Le respect des températures de conservation est alors essentiel. Tout d abord munissez vous d un sac isotherme ou d une glacière afin de maintenir votre viande surgelée pendant le transport jusqu à votre domicile. Dès votre arrivée, placer votre steak au congélateur ( 18 C) ou à décongeler dans votre réfrigérateur (5 C). À 18 C, les micro organismes arrêtent tout développement mais ne sont pas détruits. À 5 C, les salmonelles et autres micro organismes se développent très lentement mais il est toutefois préférable de consommer assez rapidement votre viande. Au moment de la consommation de la viande et avant chaque repas, lavezvous les mains pour éviter un apport externe de micro organismes. (Les salmonelles se trouvent dans l intestin, les déjections et l environnement.) Si vous décidez de manger la viande crue, il faudra la consommer rapidement car les bactéries prolifèrent à température ambiante (20 C). Si vous cuisez la viande, il est conseillé de la porter à plus de 71 C, ce qui détruit toutes les bactéries pathogènes. Le respect des températures de conservation et de cuisson allié à une bonne hygiène personnelle limitent les risques d infections. 157

SUJET 7 SUJET NATIONAL, JUIN 2012 Après deux années de tentatives, Paul et Jeanne n arrivent pas à avoir d enfants. Jeanne a subi plusieurs examens et elle ne semble pas présenter de problèmes particuliers, mis à part des cycles irréguliers. Le médecin demande alors à Paul de faire un spermogramme. Document 1 Résultats du spermogramme de Paul Paramètres mesurés Valeurs mesurées Valeurs normales Numération 11 millions/ml > 15 millions/ml Morphologie typique (classement de Kruger) 9 % > 4 % Mobilité totale 16 % > 40 % 1. Afin d être certain que la fécondation réussisse, les médecins préconisent une stimulation ovarienne pour Jeanne puis un déclenchement de l ovulation. Le traitement consiste dans un premier temps à administrer de la FSH de manière continue dès le premier jour du cycle. Dans un second temps, au moment choisi par l équipe médicale, ils administrent une dose suffisante de LH. Choisir la méthode de procréation médicalement assistée la plus appropriée pour répondre au problème de ce couple. Proposition 1 : une insémination artificielle avec sperme du conjoint. Proposition 2 : une insémination artificielle avec sperme d un donneur. Proposition 3 : une fécondation in vitro avec don d ovocytes. Proposition 4 : une fécondation in vitro avec ovocytes de Jeanne. 158

Sujet 7 2. Expliquer, pour la réussite de la fécondation, l intérêt de l utilisation de ces deux hormones et du choix du protocole suivi par l équipe médicale. CORRIGÉ Les conseils de l enseignant Cet exercice porte sur le thème spécifique aux SVT «Féminin/ Masculin» et plus précisément sur l infertilité d un couple et la technique de procréation médicalement assistée qui pourrait être proposée à ce couple. La question 1 est un questionnaire à choix multiple (QCM). Pour y répondre, vous devez étudier en détail le document pour déterminer la cause ou les causes d infertilité et proposer la méthode de procréation médicalement assistée (PMA) la plus appropriée. La question 2 demande une réponse rédigée et argumentée sur la technique de stimulation ovarienne qui est décrite. Vous devez utiliser vos connaissances acquises sur le rôle des deux hormones FSH et LH pour justifier la technique. Questions 1. Il s avère que plusieurs propositions sont possibles. Les résultats du spermogramme montrent un nombre de spermatozoïdes inférieur à la normale et une mobilité très insuffisante, responsables de l infertilité. Proposition 1 : une insémination artificielle avec sperme du conjoint (IAC). Elle peut permettre de pallier l oligospermie et le défaut de mobilité avec une transmission des caractères génétiques du père. Proposition 2 : une insémination artificielle avec sperme d un donneur (IAD). Cette solution permet d avoir un sperme avec des caractéristiques normales et d augmenter les chances de fécondation, néanmoins, la transmission génétique ne sera pas celle du père. Proposition 4 : une fécondation in vitro avec ovocytes de Jeanne. Dans le cadre d une FIV, la technique de l ICSI, c est à dire l injection intracytoplas 159

Féminin masculin mique du sperme du conjoint, permet l introduction d un spermatozoïde dans un ovocyte, et donc de pallier l oligospermie et la mobilité insuffisante des spermatozoïdes. Il est possible que l insémination artificielle avec sperme du conjoint soit la méthode choisie dans un premier temps par les médecins et, en cas d échec, les autres techniques de procréation médicalement assistée pourraient être envisagées. 2. Pour la réussite de l insémination artificielle, il est nécessaire que celle ci soit réalisée au moment de l ovulation de la femme. Le protocole suivi par l équipe médicale permet de maîtriser le moment de l ovulation en mimant les sécrétions hormonales naturelles. En effet, la stimulation ovarienne par administration de FSH (hormone folliculo stimulante) dès le premier jour du cycle va permettre l évolution des follicules ovariens afin d obtenir un follicule mûr. Cette hormone est naturellement sécrétée par l hypophyse de façon importante la première partie du cycle. Ensuite, l administration de LH (hormone lutéinisante) provoque l ovulation, c est à dire la libération d un ovocyte dans le pavillon de la trompe. Cette hormone est libérée naturellement vers le milieu du cycle par l hypophyse. C est à ce moment que doit être réalisée l insémination artificielle. 160

SUJET 8 SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011 Document de référence Message trouvé sur un forum de discussion J ai dû prendre la pilule du lendemain il y a quelques semaines, et je n arrive pas à m en remettre. Pour moi, la prendre, ça veut tout simplement dire que si bébé il y a eu, je me suis faite avorter. Mon compagnon ne comprend pas du tout mon opinion. Pour lui, c est juste le rattrapage d un accident [...] http ://forum.aufeminin.com. Document 1 Extrait de la notice d une pilule du lendemain : Norlevo La substance active est le lévonorgestrel. Les autres composants sont le lactose monohydraté, l amidon de maïs, la povidone, la silice colloïdale anhydre, le stéarate de magnésium. Le lévonorgestrel appartient à un groupe de médicaments appelés progestatifs. Chaque boîte de Norlevo 1,5 mg contient un comprimé de 1,5 mg de lévonorgestrel. Cette contraception d urgence doit être utilisée le plus tôt possible, de préférence dans les 12 heures et au plus tard dans les 72 heures (3 jours) après le rapport sexuel non protégé, ou en cas d échec de la méthode de contraception. Il est plus efficace si vous le prenez dès que possible après un rapport sexuel non protégé. Norlevo ne permet d éviter une grossesse que si vous le prenez dans les 72 heures qui suivent un rapport sexuel non protégé. Il ne fonctionne pas si vous êtes déjà enceinte. 161

Féminin masculin Document 2 Graphique montrant les variations de la concentration de LH au cours du temps chez une femme sans traitement et chez une femme après un traitement au lévonorgestrel LH est une hormone naturelle sécrétée par l hypophyset. LHO : jour du pic de LH chez une femme sans traitement. LH + 2 : deuxième jour suivant le pic de LH chez une femme sans traitement. http ://svt.ac-dijon.fr, adapté de l article original Emergency contraception with mifepristone and levonorgestrel : mechanism of action, Marions et al. (2002), Obstet. Gynecol, 100 : 65-71 - http ://www.snv.jussieu.fr/vie (18/09/2009)). Commentaire argumenté À l aide des documents 1 et 2 et de vos connaissances, rédigez un message expliquant à cette internaute en quoi la prise de la pilule du lendemain ne peut pas être considérée comme une interruption volontaire de grossesse. 162

Sujet 8 CORRIGÉ Commentaire argumenté Bonjour, Je comprends bien que tu sois préoccupée, suite à la prise de la pilule du lendemain il y a quelques semaines. Tu t interroges pour savoir si la pilule du lendemain a provoqué un avortement (IVG = interruption volontaire de grossesse.) et a donc arrêté une grossesse débutante. Une meilleure connaissance du mode action de cette pilule va pouvoir te rassurer! En étudiant la notice de ta pilule Norlevo, tu constateras qu elle contient une substance active, le lévonorgestrel, appartenant aux progestatifs. Cette pilule est un contraceptif d urgence qui doit être utilisé dans les 12 à 72 h suivant le rapport sexuel non protégé, elle permet d éviter une grossesse. Elle ne fonctionne pas si la femme est déjà enceinte. Alors comment fonctionne cette pilule? Chez la femme, l ovulation est provoquée par un pic de LH. La LH est une hormone secrétée par l hypophyse. Si l on compare les taux de LH chez une femme sans traitement et chez une femme qui a pris Norvelo, on constate une disparition du pic de LH chez cette dernière. Au moment de l ovulation (LHO), le taux de LH est d environ 2 200 unités arbitraires chez la femme sans traitement, il est inférieur à 500 unités arbitraires chez la femme traitée avec Lévonorgestrel. Le taux de LH augmente légèrement à LH +2, environ 700 unités arbitraires puis diminue les jours suivants. Il n y a donc plus de pic de LH suite au traitement. Cela signifie que la pilule du lendemain empêche l ovulation. Les progestatifs contenus dans la pilule du lendemain agissent directement sur le complexe hypothalamo hypophysaire par rétroaction négative pour freiner la sécrétion de LH. 163