SUJET 1

SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011

Question 1L’image ci­dessous représente ce que perçoit un individu âgé de 50 ansau 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 2Les 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 ci­dessous, les photorécepteurs ont été exposés àdes longueurs d’ondes différentes. Pour chaque longueur d’onde, le photo­récepteur a été soumis d’abord à une intensité lumineuse très faible, puisde plus en plus forte (mesurée en lux). Le graphique représente l’intensitélumineuse minimale pour laquelle le photorécepteur réagit.

Document 1

Intensité minimale de stimulation des photorécepteurs en fonction de lalongueur d’onde

Intensité lumineuse (lux)

λ (nm)0,1

400 450 500 550 600 650 700

1

10

102

103

104

105 Cônes1

Cônes2

Cônes3

Bâtonnets

Document de référence

Spectre de lumière blanche

127

Représentation visuelle du monde

D’après cette étude, on peut dire que (distinguez les propositions vraies desfausses) :– 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 cou­

leur donnée.

Question 3La photo ci­dessous a été prise au microscope électronique au niveau d’unesynapse du cortex visuel (G X 10000).

En observant cette image, un scientifique peut en déduire que le messagepeut 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 4On 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 ci­dessous, fixée à sonrécepteur neuronal.Par ailleurs, on connait une drogue, le (« acide »), caractérisée par unepuissante action hallucinogène. Il provoque des visions artificielles ou desaltérations de la perception visuelle.

Les informations présentées sur ces documents, permettent de penser quel’effet hallucinogène du provient de (distinguez les propositions vraies desfausses) :– 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 membranedu neurone aboutissant au cortex visuel ;

– d. sa possibilité de traverser la membrane du neurone aboutissant aucortex 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 estfloue, la personne ne peut pas lire son livre tandis que la vision de loin estintacte (les arbustes en arrière­plan sont nets). Cette personne présente lestroubles caractéristiques de la presbytie qui est due à une perte de souplessedu cristallin liée à l’âge d’où un défaut d’accommodation.

2. a. : vraiSeuls les bâtonnets sont stimulés dans un endroit peu éclairé. Ceci est vi­sible sur le graphique où la stimulation des bâtonnets est réalisée par unefaible intensité lumineuse (1 lux) tandis que les cônes sont stimulés pourdes valeurs beaucoup plus élevées (1 000 lux).b. : fauxLes cônes sont stimulés par des fortes intensités d’éclairement, 1 000 lux,en dessous, il n’y a pas de stimulation.c. : fauxLes bâtonnets présentent une intensité minimale de stimulation vers500 nm dans le cyan entre le vert et le bleu. Ils ne permettent pas dedistinguer les couleurs.d. : vraiIl existe trois types de cônes pour lesquelles l’intensité minimale de sti­mulation correspond à trois longueurs d’ondes différentes aux environs de450 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 observonstrois courbes.

3. Réponse a. : de 1 vers 2 car le neurotransmetteur est présent dans leneurone 1.En effet le neurotransmetteur est présent dans les vésicules synaptiquesdu neurone présynaptique. Il se déverse dans l’espace synaptique et parfixation sur les récepteurs post­synaptiques le neurone 2 est stimulé.

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Sujet 1

4. a. : fauxLa formule chimique d’une molécule de n’est pas exactement identiqueà celle de la sérotonine.b. : vraiLes deux molécules présentent une partie similaire.c. : vraiLa molécule de présente une partie spatiale similaire à la partie de lamolécule de sérotonine qui se fixe sur le récepteur spécifique ce qui suggèreque la molécule de peut également se fixer sur le récepteur.d. : fauxLe se fixe sur le récepteur de la molécule de sérotonine mais aucun do­cument présenté ne laisse penser que la molécule de traverse la mem­brane du neurone.

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SUJET 2

SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011

Monsieur Dupont, professeur d’arts plastiques à la retraite, emmène sespetits­enfants 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 observationsubjective et gagne peu à peu en rigueur. L’étude de la lumière et de la couleur sethéorise avec l’appui de travaux scientifiques. En effet, les impressionnistes s’inspirentdes découvertes scientifiques sur les lois optiques : la lumière, la couleur, la visions’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 duspectateur effectue le mélange des couleurs. Des touches de couleur pure sont appli­quées directement au sein de la composition, et dans leur juxtaposition, permettent àl’œil de procéder au mélange des couleurs.

L’« impressionnisme » va glisser vers une démarche scientifique rigoureuse, à traversle « 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 doitrestituer sur papier et le plus fidèlement possible les différentes couleursd’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 pensez­vous de cette idée ?

4. Julie assiste à l’échange entre son frère et son grand­père. Elle a étu­dié les différents types de lentilles en classe et se propose d’expliquer àson frère comment les différencier. En utilisant vos connaissances, détaillezdeux méthodes de différenciation que Julie pourrait présenter.

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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 descouleurs 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 cellulesphotoréceptrices : les cônes et les bâtonnets. Ce sont les cônes qui per­mettent de distinguer les couleurs. Il existe trois types de cônes sensiblesà des longueurs d’ondes différentes correspondants au rouge, au vert etau bleu qui constituent les couleurs primaires. C’est la synthèse additivedes couleurs primaires qui permet le mélange des couleurs. En addition­nant dans des proportions diverses les trois couleurs primaires, on obtienttoutes les couleurs. Ainsi le bleu et le rouge donnent le magenta, le vert etle 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’œilqui 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 etjaune, on obtient du noir supprimant toute la lumière transmise. Pourobtenir toutes les couleurs, on doit soustraire à la lumière blanche dansdiverses 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 absorbele 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 parabsorption 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 grand­père qui n’arrivepas à lire le catalogue de l’exposition.Les lunettes de Benjamin seront efficaces à son grand­père s’ils présententtous les deux le même type de troubles de la vision. Est­ce le cas ?M. Dupont voit correctement le tableau, sa vision de loin est correcte maisil 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 abesoin de lunettes pour voir correctement le tableau de loin mais de près ilvoit correctement sans lunettes : il est donc myope.Ainsi les lunettes de Benjamin ne seront d’aucun secours à son grand­pèrepuisqu’elles permettent une vision de loin et sont constituées de verresdivergents.Ce sont des lunettes à verres convergents qui permettent la correction dela 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 épaispar rapport au centre de la lentille ;

– par l’effet de la lentille sur le trajet des rayons lumineux : des rayonsincidents parallèles à l’axe optique (axe de symétrie de la lentille) de lalentille convergente émergent en convergeant vers un point particulierappelé foyer principal image (F’) tandis qu’ils divergent dans le cas d’unelentille 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.

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SUJET 3

SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011

Au musée du Louvre à Paris, des millions de visiteurs se pressent chaqueannée pour voir la Joconde. Le plus célèbre tableau du monde peint entre1503 et 1506 par Léonard de Vinci a traversé pas moins de cinq sièclessans 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 pouradmirer le visage de la Joconde.Lorsque monsieur X s’approche du tableau, il est doublement déçu : d’unepart, il trouve stupide d’enfermer un tel chef­d’œuvre derrière une vitre et,d’autre part, il n’arrive pas avoir une vision d’ensemble du tableau. Il necesse de se plaindre auprès du guide et perturbe la bonne ambiance de lavisite.

Document 1

Évolution du champ visuel chez monsieur XLes images ci­dessous représentent la Joconde vue par la majorité des visiteurs duLouvre et ce même tableau vu par monsieur X.

http ://www.myscience.ch

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Représentation visuelle du monde

Document 2

Une nécessaire protection du tableau

La conservation des tableaux est particulièrement exigeante, car la structure complexedes surfaces des peintures est souvent réduite à une couche très mince et extrêmementfragile, 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 depeinture.L’image mythique de la Joconde a été peinte sur un mince panneau de bois de peuplierselon une technique maîtrisée par l’artiste, dite « sfumato ». Le motif a été dessiné surplusieurs couches d’enduit avant que ne soit entrepris le travail à l’huile, additionnéed’essence très diluée. Pour affiner le modèle de ce visage au sourire énigmatique etpour jouer avec les subtils effets de lumière sur le teint diaphane de Mona Lisa, mo­dèle présumé du chef­d’œuvre, le peintre a dû superposer d’innombrables couches decouleurs transparentes.

Document 3

Répartition des photorécepteurs rétiniens de l’œil humain

densité des récepteurs(en 103.mm-2)

excentricité (en degrés)

080 60 40 20 0 20 806040

40

80

120

160

cônes

bâtonnets

Remarque : les photorécepteurs sont de deux types : cônes et bâtonnets. L’excentricitécorrespond à l’éloignement d’un point donné de la rétine par rapport au centre de celle­ci,repéré par 0 sur le graphe. Plus on s’éloigne du centre de la rétine et plus l’excentricitéaugmente.

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Sujet 3

Commentaire argumenté

À l’aide des documents et de vos connaissances, développez l’argumentairedu guide pour convaincre monsieur X de l’utilité de cette mesure de préser­vation de l’œuvre, et du fait que sa perception incomplète pourrait résulterd’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 chef­d’œuvre de La Joconde derrièreune vitre mais cela est indispensable pour la bonne conservation du ta­bleau. En effet celui­ci a cinq siècles, il a été peint par Léonard de Vincientre 1503 et 1506, il faut donc le protéger afin que les générations futurespuissent encore l’admirer.La vitre ne doit aucunement altérer son observation mais permettre deconserver la fine couche de peinture très fragile.Je vais vous expliquer comment a été réalisé le tableau et vous aller vitecomprendre que des mesures de conservation s’imposent, afin d’éviter unedétérioration irréversible.La Joconde a été peinte sur un mince panneau de bois de peuplier selonune technique appelée « sfumato ». Plusieurs couches d’enduits ont étédéposées, tout d’abord, sur le support, puis le motif a été dessiné et c’estensuite que l’artiste a réalisé un travail à l’huile. Le peintre a superposé denombreuses couches de peinture presque transparentes afin de donner auvisage toute sa beauté, sa finesse, son expression, son intensité... Il y a doncune fine épaisseur de peinture, très fragile, qu’il faut protéger des pollutionsde 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 dutableau, notamment la périphérie du tableau et que votre vision se résumeà un cercle central.Cela est tout à fait surprenant. La vitre n’altère en rien l’observation dutableau. Votre problème de vue ne serait­il pas lié plutôt à une anomalie devotre œil ? En effet, la rétine humaine possède des cellules photoréceptricesde deux types : les cônes et les bâtonnets. Les cellules photoréceptricesperçoivent le message lumineux et transmettent le message par l’intermé­diaire du nerf optique aux aires visuelles situées dans le cortex visuel. Ladensité des photorécepteurs varie fonction de l’éloignement par rapport aucentre de la rétine. Les cônes sont situés au centre de celle­ci, tandis queles bâtonnets, absents dans l’axe, se répartissent de part et d’autre avec unedensité maximale vers 20˚ d’excentricité. Il y a également un point aveugledépourvu de photorécepteurs au niveau du départ du nerf optique.Au­delà de 20˚ d’excentricité, la densité des bâtonnets diminue progressi­vement. Il se peut que la périphérie de votre rétine présente une altérationde 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 àla vitre de protection du tableau et vous demandeerais de ne pas perturberla visite.

140

SUJET 4

SUJET NATIONAL, JUIN 2012

Du 19 juillet au 3 septembre 2011, les Nations unies ont déclaré plusieurs régionsde la Somalie en état de famine. D’autres régions sont également menacées si uneassistance d’urgence n’est pas mise en place, car la situation des populations en matièred’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 dechlore distribuées en cas d’urgence) ;

– travaux assurant aux populations une meilleure situation sanitaire (constructionde latrines 1 dans les camps de déplacés, organisation de séances de promotion del’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 enparticulier nombre de micro­organismes, bactéries et virus en tout genre, qui y viventet s’y développent, ainsi que nombre de parasites qui ont besoin d’eau pour vivre ouse reproduire. Or, de tels organismes peuvent engendrer des maladies parfois graveslorsqu’ils pénètrent dans le corps humain. L’eau est ainsi le vecteur de transmissionprivilégié de ces maladies que l’on dit hydriques.Les micro­organismes abondent dans les eaux souillées par les déjections animales ethumaines, 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, ces1.Latrines : W.-C.

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 fécalesdes personnes malades contaminent rapidement les eaux de boisson consommées parles personnes saines [...]. Ces maladies hydriques sont à l’origine de la mortalité trèsélevée des populations des pays en voie de développement. Dans le monde, environ6 millions d’enfants meurent chaque année des suites de gastro­entérites et 100 mil­lions de personnes souffrent en permanence de gastro­entérites hydriques. La raisonprincipale de cette situation catastrophique est la pauvreté. Nombre de populationsne disposent pas d’eau potable, les aménagements indispensables aux traitements deseaux usées et à la fabrication d’eau potable étant trop coûteux, ni même des soins queces 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 plusieurssiècles. [...] Ils ont souvent la forme d’un pot de fleurs ou d’un bol et sont impré­gnés de fines particules colloïdales 2 d’argent servant de désinfectant et empêchant laprolifération des bactéries dans le filtre. [...]

Les tests en laboratoire ont montré que ces dispositifs, s’ils sont bien conçus et bienfabriqués, 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’yadjoindre un programme éducatif sur un stockage salubre, le nettoyage du filtre etd’autres actions recommandées.

Les avantages des filtres en céramique sont leur facilité d’emploi, leur longue duréede 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 undébit faible, en général un à deux litres par heure.

Source : académie nationale des sciences, Washington, États-Unis.

2.Colloïdale : solution liquide ontenant un orps dispersé sous forme de parti ules minus ulesen suspension.142

Sujet 4

Document 3

Quelques paramètres de potabilité d’une eauPour être consommée, l’eau doit répondre à des critères de qualité très stricts.

Paramètres Critères de qualité Normes

Microbiolo­gique

ParasitesVirusBactéries

Présence non tolérée

Chimique Sels minérauxSubstances chimiques toxiques

Présence possibleNormes très sévères(quantités très limitées)

Physique etgustatif

AspectSaveur­odeur

LimpideNon désagréables

Source : www.lesagencesdeleau.fr/francais/qualite/criteres.php.

Commentaire argumenté

Un médecin en mission en Somalie désire écrire une lettre à une associationhumanitaire afin de demander l’envoi de matériel destiné à améliorer lasituation sanitaire et à rendre l’eau potable.Rédigez vous­même ce courrier, en précisant le matériel demandé et enargumentant 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 lavie 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 proposeun sujet d’actualité avec la situation dramatique de certaines régions deSomalie où les populations ont des difficultés d’accès à l’eau potable et à lanourriture, 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’unmédecin 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’unprogramme 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 votreargumentation, notamment de faire une liste de matériel nécessaire pourl’action humanitaire et de justifier ces besoins pour bénéficier de l’aidede l’association. Afin de mettre en évidence votre raisonnement, vouspouvez utiliser des connecteurs logiques tels que « donc, alors, parceque » 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, touten veillant à ne pas s’éloigner de la problématique.

144

Sujet 4

– La conclusion reprend en quelques phrases les éléments de la réponse auproblème posé et permet de remercier l’organisme pour sa collaborationprobable au projet. Attention de ne pas signer de votre nom sur votrecopie 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 gravitéde la situation humanitaire dans ce pays, qui a été déclaré en état de faminepar les Nations unies. Nous avons un besoin urgent de matériel pour nosactions.En effet, les problèmes de santé dans ce pays sont essentiellement dus àdes 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 souilléeet véhicule de nombreux micro­organismes (bactéries, virus) ou des para­sites protozoaires responsables de gastro­entérites qui entraînent la mortde milliers d’enfants chaque année (6 millions) et un état infectieux pour100 millions d’adultes (document 1). Il est indispensable que les popula­tions puissent boire une eau potable, c’est­à­dire 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) : ceux­ci permettent d’éliminer ou de désactiver les bactérieset parasites protozoaires présents dans l’eau. Ils sont peu coûteux et facilesà utiliser. Associés à un programme éducatif expliquant leur entretien etles recommandations pour leur utilisation, ces filtres permettent de rendrel’eau potable. En complément, des pastilles de chlore pourraient être utili­sées si nécessaire. Également, des camions d’eau potable doivent être mis àla 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 lesmains 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 endroitspropres, etc.Bien sûr, l’accès à l’eau doit être amélioré par la construction de puits ouleur réparation. Pour éviter la contamination de l’eau, la construction delatrines dans les camps est nécessaire ainsi que des systèmes simples de trai­tement des eaux usées (filtration, oxygénation pour dégrader les matièresorganiques dans des bacs). Nous avons donc besoin de matériel divers pources constructions : bois, cuves, conduites, pompes, outils...Concernant les cultures, des systèmes d’irrigation appropriés peuvent êtreproposés afin de limiter la consommation d’eau : système d’irrigationgoutte à goutte ou asperseur mobile. Les cultures consommant moins d’eaudoivent être favorisées.Ainsi, comme vous pouvez le constater, un certain nombre d’actionspeuvent être menées pour résoudre les problèmes sanitaires et l’accès àl’eau potable pour les populations de Somalie. Je vous sollicite donc pourenvoyer 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 laconsommation humaine

Paramètre Valeur Limite dequalité

Référence dequalité

Ammonium (en NH+4 ) <0,04 mg/L 600,1 mg/L

Bact. aér. revivifiables à22˚­68h

0 n/mL

Bact. aér. revivifiables à36˚­44h

0 n/mL

Bact. et sporessulfitorédu./100ml

0 n/100mL 6 0 n/100mL

Bactériescoliformes/100ml­MS

0 n/100mL 6 0 n/100mL

Carbone organique total 1,5 mg/L C 6 2 mg/L C

Chlore libre < 0,10mg/LCl2

Chlore total 0,10mg/LCl2

Coloration < 5 mg/L Pt 6 15 mg/L Pt

Conductivité à 25˚C 421 µS/cm >200 et 6 1100µS/cm

Entérocoques /100ml­MS 0 n/100mL 6 0 n/100mL

Escherichia coli /100ml­MF 0 n/100mL 6 0 n/100mL

Fer total <20 µg/l < 200 µg/l

147

Nourrir l’humanité

Paramètre Valeur Limite dequalité

Référence de qualité

Escherichia coli/100ml­MF

0 n/100mL 6 0 n/100mL

Nitrates (en NO−

3 ) 65mg/L 6 50 mg/L

Nitrates (en NO−

2 ) <0,02 mg/L 6 0,5 mg/L

Odeur (qualitatif ) 0 qualit.

Température de l’eau 10,0˚ C 6 25˚ C

Titre alcalimétrique < 1,0˚ F

Titre alcalimétriquecomplet

6,8˚ F

Titre hydrotimétrique

pH 8,05 unitépH

> 6,5 et 6 9 unitépH

Ministère chargé de la santé.

Document 2

Devenir des engrais dans l’environnement dans une exploitation maraî-chère

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 ladose d’azote apportée à la cultureL’azote est un élément fertilisant fort important mais il est également potentiellementpolluant car son utilisation peut conduire à une accumulation de nitrates dans lessols. Une expérimentation a été réalisée au Québec dans une ferme produisant despommes de terre. Les résultats calculés à partir des données de 2004, 2005 et 2006sont reportés sur le graphique ci­dessous.

http ://fermedanielbolduc.com

Document 4

Rendement relatif d’un champ de pommes de terre en fonction de la dosed’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 laconsommation 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 sourcede pollution de l’eau. Votre réponse prendra en compte notamment lesinteractions 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 depommes de terre. Développez une argumentation pour le convaincre dediminuer cet apport d’azote aux cultures.Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documentset vos connaissances personnelles (qui intègrent, entre autres, les connaissancesacquises dans différents champs disciplinaires).

CORRIGÉ

Questions

1. Le maire du village a émis un avis déconseillant provisoirement laconsommation de l’eau du robinet. En effet, l’étude des résultats d’analysede 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 lavaleur est de 65 mg/ l alors que la limite de qualité est une valeur inférieureà 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 à50 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 dansl’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 argilo­humiquedu 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 nepourra être retenu par le sol, il se retrouvera dans la nappe phréatique puiséventuellement dans les rivières créant une pollution des réservoirs aqui­fères.Le document 3 traduit la quantité de nitrates résiduels dans une fermeproduisant des pommes de terre en fonction de l’apport d’azote.En absence d’apports d’azote, les nitrates résiduels sont aux environs de48 mg/ kg de sol. Ces nitrates, très solubles, sont lessivés puisqu’ils ne sontpas fixés par le complexe argilo­humique du sol. Un apport d’azote jusqu’à110 kg/ ha provoque une faible augmentation des nitrates résiduels jusqu’à60 mg/ kg de sol puis il y a stabilisation même si l’apport augmente jusqu’à137 kg/ ha. L’azote apporté est principalement utilisé par les plantes. Au­delà de cette valeur, la quantité de nitrates résiduels augmente fortementtraduisant un excès d’azote qui ne peut être prélevé par la culture.Ainsi un excès d’apport d’azote provoquera un excès de nitrates résiduelsdans le sol qui, par lessivage et/ ou infiltration, provoquera la pollution desréservoirs aquifères, nappes phréatiques et rivières notamment.

Commentaire argumenté

Monsieur,Vous avez des cultures de pommes de terre et vous utilisez 175 kg/ had’azote afin d’augmenter le rendement. Il apparaît que cet apport d’engraisn’est pas le plus adapté au regard des analyses et des études scientifiques réa­lisées. Votre objectif est bien sûr d’augmenter votre production de pommesde 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 épandaged’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 potabilitéest fixée à 50 mg/ L. Il y a donc pollution de la nappe phréatique ce quirend l’eau de robinet impropre à la consommation (document 1). Un excèsde nitrates dans l’eau est un risque pour la santé et plus particulièrementpour les femmes enceintes et les nourrissons. En effet, dans l’organisme lesnitrates se transforment en nitrites qui réduisent les capacités de transportdu dioxygène par l’hémoglobine. À plus long terme les nitrates participentà la formation de nitrosamines ayant des effets cancérigènes.

L’excès de nitrates est directement lié à la quantité d’azote pulvérisée dansles champs. En effet, seule une certaine quantité d’azote sous forme d’ionsnitrates peut­être fixée par le complexe argilo­humique du sol et absorbépar les plantes. L’excès est lessivé, entraîné vers la nappe phréatique et lesrivières (document 2).

Un excès de nitrates dans les rivières provoque une prolifération des algues.Celles­ci consomment le dioxygène de l’eau aux dépens de certaines es­pèces de poissons qui risquent de disparaître. Il y a donc des conséquencesimportantes sur l’environnement.

Les études pour un champ de pommes de terre ont montré qu’un apportd’azote jusqu’à 137 kg/ ha augmente peu la quantité de nitrates résiduels(60 mg/ kg) mais qu’au­delà l’augmentation est très importante, provo­quant alors une pollution des aquifères. Un apport de 175 kg/ ha entraîne100 mg/ kg de nitrates résiduels (document 3).

Bien sûr, je suppose que vous craignez peut­être 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 terremontrent qu’ils sont au maximum pour un apport de 125 kg/ ha. En des­sous, ou au­dessus, de cette valeur, le rendement diminue (document 4).

Ainsi, au regard de tous ces éléments, je vous conseille donc de réduirevotre apport d’engrais à 125 kg/ ha, ce qui vous permettra d’obtenir unrendement maximal, de réduire votre coût de production par diminutiondes frais d’engrais, tout en préservant la nappe phréatique des pollutions ennitrates. L’eau du robinet pourra être consommée à nouveau,dès lors quele 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 dansl’intestin, les déjections et l’environnement. L’infection se fait par la bouche par lebiais de la nourriture ou de l’eau souillée. La salmonellose est une maladie graveet souvent mortelle pour de nombreux animaux, qui peut être contagieuse pour leshommes. La salmonelle est une bactérie dite « mésophile » car elle se développe dansune fourchette assez large de températures (5˚ C à 47˚ C). Cette bactérie existe enpetit nombre dans les aliments mais un taux trop élevé est responsable d’une

[Toxi Infection Alimentaire] : la salmonellose.

http ://chainedufroid.free.fr.

Document 2

Températures internes de cuisson recommandées pour préserver la sécu-rité alimentaireBœuf, veau et agneau (morceaux et pièces entières) :

– mi­saignant 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, boulettesde 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 à30˚ 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 endécomposition.

Questions

À l’aide des documents et de vos connaissances, répondez aux questions sui­vantes.

1. Relevez, parmi toutes les techniques de conservation évoquées, celle quiimplique une transformation physique et celle qui met en jeu une réactionchimique.

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 sensibiliserles consommateurs à cette question et notamment à les convaincre d’adop­ter des attitudes responsables entre l’achat d’un steak haché surgelé et laconsommation de celui­ci, cru ou cuit, pour préserver leur santé.Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents etvotre culture (qui intègre, entre autres, les connaissances acquises dans différentschamps 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 physiquesmais leur composition chimique n’est pas modifiée. Il y a solidification detous les liquides contenus dans l’aliment, c’est un changement d’état. Lapasteurisation (65 ˚C ou 90 ˚C) ou la stérilisation (120 ˚C) correspondentégalement 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 dansune fourchette de température entre 5 ˚C et 47 ˚C (document 1).En dessous de 5 ˚C, les salmonelles arrêtent leur développement mais nesont pas détruites. Les réactions chimiques nécessaires au développementne 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 conditionsoptimales de température se situent vers 37 ˚C. En effet, une températureélevée favorise la prolifération des cellules. Par contre au­delà de 47 ˚C, lesbactéries 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 alimentsprovoque des infections qui ont des conséquences plus ou moins graves surla santé : gastro­entérites, infections diverses. Il y a quelques mois, en Alle­magne, une contamination des aliments par la bactérie pathogène E. Colia provoqué plusieurs morts et entraîné des lésions irréversibles de certainsorganes 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 hachésurgelé. Que faites­vous entre le moment de son achat et sa consomma­tion ?

156

Sujet 6

Il s’agit d’éviter la prolifération des micro­organismes pathogènes commepar exemple les salmonelles. Le respect des températures de conservationest alors essentiel.Tout d’abord munissez­vous d’un sac isotherme ou d’une glacière afin demaintenir 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 micro­organismes arrêtent tout développement mais ne sontpas détruits.À 5 ˚C, les salmonelles et autres micro­organismes se développent très len­tement mais il est toutefois préférable de consommer assez rapidementvotre viande.Au moment de la consommation de la viande et avant chaque repas, lavez­vous les mains pour éviter un apport externe de micro­organismes. (Lessalmonelles 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 quidétruit toutes les bactéries pathogènes.Le respect des températures de conservation et de cuisson allié à une bonnehygiène 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 deproblèmes 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 deKruger)

9 % > 4 %

Mobilité totale 16 % > 40 %

1. Afin d’être certain que la fécondation réussisse, les médecins préconisentune stimulation ovarienne pour Jeanne puis un déclenchement de l’ovula­tion. Le traitement consiste dans un premier temps à administrer de la de manière continue dès le premier jour du cycle. Dans un secondtemps, au moment choisi par l’équipe médicale, ils administrent une dosesuffisante de .

Choisir la méthode de procréation médicalement assistée la plus appropriéepour 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 deces 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 « Féminin/ Masculin » etplus précisément sur l’infertilité d’un couple et la technique de procréationmédicalement assistée qui pourrait être proposée à ce couple.La question 1 est un questionnaire à choix multiple (). Pour y ré­pondre, vous devez étudier en détail le document pour déterminer la causeou les causes d’infertilité et proposer la méthode de procréation médica­lement assistée () la plus appropriée. La question 2 demande une ré­ponse rédigée et argumentée sur la technique de stimulation ovarienne quiest décrite. Vous devez utiliser vos connaissances acquises sur le rôle desdeux hormones et 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 normaleet une mobilité très insuffisante, responsables de l’infertilité.Proposition 1 : une insémination artificielle avec sperme du conjoint ().Elle peut permettre de pallier l’oligospermie et le défaut de mobilité avecune transmission des caractères génétiques du père.Proposition 2 : une insémination artificielle avec sperme d’un donneur(). Cette solution permet d’avoir un sperme avec des caractéristiquesnormales 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 lecadre d’une , la technique de l’, c’est­à­dire l’injection intracytoplas­

159

Féminin – masculin

mique du sperme du conjoint, permet l’introduction d’un spermatozoïdedans un ovocyte, et donc de pallier l’oligospermie et la mobilité insuffisantedes spermatozoïdes.Il est possible que l’insémination artificielle avec sperme du conjoint soit laméthode choisie dans un premier temps par les médecins et, en cas d’échec,les autres techniques de procréation médicalement assistée pourraient êtreenvisagées.

2. Pour la réussite de l’insémination artificielle, il est nécessaire que celle­cisoit réalisée au moment de l’ovulation de la femme. Le protocole suivi parl’équipe médicale permet de maîtriser le moment de l’ovulation en mimantles sécrétions hormonales naturelles.En effet, la stimulation ovarienne par administration de (hormonefolliculo­stimulante) dès le premier jour du cycle va permettre l’évolutiondes follicules ovariens afin d’obtenir un follicule mûr. Cette hormone estnaturellement sécrétée par l’hypophyse de façon importante la premièrepartie du cycle.Ensuite, l’administration de (hormone lutéinisante) provoque l’ovula­tion, c’est­à­dire 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 àm’en remettre. Pour moi, la prendre, ça veut tout simplement dire que si bébé il y aeu, 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 demagnésium. 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 dansles 12 heures et au plus tard dans les 72 heures (3 jours) après le rapport sexuel nonprotégé, ou en cas d’échec de la méthode de contraception. Il est plus efficace si vousle prenez dès que possible après un rapport sexuel non protégé. Norlevo ne permetd’éviter une grossesse que si vous le prenez dans les 72 heures qui suivent un rapportsexuel 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 coursdu temps chez une femme sans traitement et chez une femme après untraitement 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 mifepristoneand 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 messageexpliquant à cette internaute en quoi la prise de la pilule du lendemain nepeut 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 dulendemain il y a quelques semaines. Tu t’interroges pour savoir si la piluledu lendemain a provoqué un avortement (IVG = interruption volontairede grossesse.) et a donc arrêté une grossesse débutante.

Une meilleure connaissance du mode action de cette pilule va pouvoir terassurer !

En étudiant la notice de ta pilule Norlevo, tu constateras qu’elle contientune substance active, le lévonorgestrel, appartenant aux progestatifs.

Cette pilule est un contraceptif d’urgence qui doit être utilisé dans les 12 à72 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 unehormone secrétée par l’hypophyse.

Si l’on compare les taux de LH chez une femme sans traitement et chezune femme qui a pris Norvelo, on constate une disparition du pic de LHchez 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 unitésarbitraires chez la femme traitée avec Lévonorgestrel. Le taux de LH aug­mente légèrement à LH +2, environ 700 unités arbitraires puis diminue lesjours 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 hypothalamo­hypophysaire par rétroaction négative pour freiner lasécrétion de LH.

163

Féminin – masculin

Or tu sais que, pour qu’il y ait une grossesse, il faut une ovulation suivied’une fécondation par un spermatozoïde puis implantation de l’embryondans la muqueuse de l’utérus.J’espère que ces explications te rassurent. La pilule du lendemain ne pro­voque aucunement un avortement mais empêche une grossesse en blo­quant l’ovulation chez la femme.

164

SUJET 9

SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011

Question 1On a mesuré le taux plasmatique de LH chez une femelle macaque ovariec­tomisée (sans ovaire) avant et après une injection d’hormones ovariennes(OP = œstrogène + progestérone). Le graphique ci­dessous (document 1)présente les résultats obtenus.On précise que LH est une hormone sécrétée par l’hypophyse.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 4 8 12 16 20 24 28 32

taux de LH(ng/ml)

temps (jours)

OP

D’après Thibault C. et Levasseur MC. La reproduction chez les Mammifères et l’Homme.

D’après les résultats obtenus, on peut dire que les hormones ovariennes(sélectionnez la bonne réponse) :– a. inhibent la libération de LH ;

– b. stimulent la libération de LH ;

– c. sont sans action sur la libération de LH ;

– d. stimulent puis inhibent la libération de LH.

165

Féminin – masculin

Question 2Les graphiques du document 2 ci­dessous représentent les résultats de do­sages hormonaux effectués chez une femme lors d’un cycle normal, puissous prise de pilule œstroprogestative normodosée.

progestérone

LHFSH

LH

(ng.

mL

-1)

(pg.

mL

-1)

progestérone

prise quotidienne d’unepilule normodosée même pilule

oestradiol

oestradiol

10

20

30

0 8 16 24 32 40 48 56 64

0

100

200

règles

(mU

I.m

L-1)

J

J

20

40

60

0 8 16 24 32 40 48 56 64

règles règles

FSH

Progestérone, œstradiol : hormones sécrétées par les ovaires.

LH, FSH : hormones sécrétées par l’hypophyse.

« Les substances de synthèse contenues dans la pilule exercent un rétro­contrôle négatif sur le complexe hypothalamo­hypophysaire. » Les infor­mations du document 2 qui confortent cette idée sont que (distinguez lespropositions vraies des fausses) :– a. Une femme prenant la pilule ne présente pas de pic d’œstradiol.

– b. Une femme prenant la pilule ne présente pas d’augmentation de laproduction de FSH.

– c. Une femme prenant la pilule ne présente pas d’augmentation de laproduction de progestérone.

– d. Une femme prenant la pilule ne présente pas de pic de LH.

166

Sujet 9

Question 3Les expériences décrites ci­dessous ont été réalisées sur des lapines impu­bères pour comprendre l’effet de la molécule RU486 utilisée dans le cadrede l’IVG médicamenteuse.

Les schémas sont à la même échelle.

m : muqueuse utérine.

On peut affirmer que le RU486 empêche le maintien de l’embryon dansl’utérus grâce à l’exploitation des résultats (sélectionnez la bonne réponse) :– a. des lots 1 et 3 ;

– b. des lots 2 et 3 ;

– c. du lot 3 uniquement ;

– d. du lot 2 uniquement.

Question 4Le document ci­dessous évoque l’origine de la stérilité d’une femme et re­trace les étapes d’une (fécondation in vitro et transplantation d’em­bryon) telle qu’elle a été réalisée pour lui permettre de concevoir un enfant.

167

Féminin – masculin

5.Transfert d'un ouplusieurs embryons(2 jours après la ponction)

Obstructiontubaire

1.Ponctionovarienne :aspiration desfollicules

2'.

Spermatozoïdes

2.

Ovocyte

3.

Fécondation

4.

Segmentation

D’après ce document, cette femme est stérile car (distinguez les propositionsvraies des fausses) :– a. elle ne peut ovuler ;

– b. l’embryon ne peut s’implanter naturellement ;

– c. elle a les trompes bouchées ;

– d. les spermatozoïdes ne peuvent atteindre naturellement la cavité uté­rine.

168

Sujet 9

CORRIGÉ

1. Réponse a. : les hormones ovariennes inhibent la libération de LH.En effet, on observe sur le graphique une diminution du taux de LH à lasuite d’une injection d’hormones ovariennes (œstrogènes et progestérone)chez une femelle macaque ovariactomisée.

2. Attention ! Dans cet exercice, il s’agit de valider les propositions quiconfirment le rétrocontrôle négatif de la pilule œstroprogestative, alors quetoutes les affirmations sont justes.a. : fauxUne femme prenant la pilule ne présente pas de pic d’œstradiol comme lemontre le premier graphique du document 2, mais cela ne confirme pasl’action rétroactive de la pilule.b. : vraiLe deuxième graphique du document 2 montre que le taux de FSH eststabilisé par la prise de la pilule, il n’y a donc plus d’augmentation. Lapilule agit donc sur le complexe hypothalamo­hypohysaire en réduisant lasécrétion de FSH par l’hypophyse.c. : fauxLa prise de pilule entraîne un arrêt de production de progestérone vi­sible sur le premier graphique du document 2, mais cela ne confirmepas le rétrocontrôle négatif de la pilule sur le complexe hypothalamus­hypohpysaire.d. : vraiUne femme prenant la pilule ne présente pas de pic de LH. La pilule exerceun rétrocontrôle négatif sur le complexe hypothalamo­hypophysaire en ré­duisant la sécrétion de LH par l’hypophyse.

Les substances contenues dans la pilule (œstrogènes et progestatifs)exercent un rétrocontrôle négatif sur les complexes hypothalamo­hypophysaire ce qui supprime les pics de FSH et LH.Ces deux hormones agissent à leur tour sur les sécrétions ovariennes sup­primant les sécrétions cycliques des hormones ovariennes.

169

Féminin – masculin

3. Réponse b. : lots 2 et 3.Le lot 2 montre que l’injection d’œstrogène puis de progestérone permetle développement de la muqueuse utérine.Lot 3 : L’absorption orale de RU486 puis l’injection d’œstrogène et deprogestérone empêche le développement de la muqueuse utérine donc em­pêche le maintien de l’embryon implanté dans la muqueuse.Le lot 2 constitue le lot témoin qui permet par comparaison d’interpré­ter les résultats du lot 3 et donc de l’action du RU 486. Dans les deuxlots, œstrogène et progestérone ont été injectés contrairement au lot 1 quicomprend seulement une injection d’œstrogène.

4. a. : fauxLes ovaires ne présentent pas de malformations, l’ovulation est possible.b. : vraiLa fécondation ne peut se réaliser naturellement en raison d’une obstruc­tion des trompes empêchant la rencontre entre l’ovocyte et les spermato­zoïdes.c. : vraiLe document montre une obstruction tubaire des deux côtés.d. : fauxLes spermatozoïdes peuvent atteindre la cavité utérine mais ne peuventpas rejoindre les pavillons des trompes en raison d’une double obstructiontubaire.

170

SUJET 10

SUJET NATIONAL, JUIN 2012

Document

Énergies alternatives

« Lorsqu’on pense aux alternatives possibles au pétrole et aux autres combustiblesfossiles, il importe de savoir comment les États­Unis consomment leur approvision­nement actuel. Cinq pour cent du total environ est transformé pour fabriquer desengrais, des produits chimiques et des plastiques. Tout le reste est utilisé pour pro­duire de l’énergie. Voici en gros la répartition de cette consommation :

– 28 % pour le transport (essence et kérosène) ;

– 40 % pour la production d’électricité ;

– 20 % pour le chauffage (gaz naturel, charbon) ;

– 32 % pour l’industrie.

La totalité dépasse 100 % en raison de certains recouvrements : par exemple, unepartie de l’électricité produite est utilisée par l’industrie. [...]

Tout aussi important (et intéressant) est le large spectre de l’origine des sources d’éner­gie des États­Unis :

– 29 % proviennent du pétrole importé ;

– 11 % proviennent du pétrole domestique ;

– 24 % proviennent du charbon ;

– 19 % proviennent du gaz naturel (méthane) ;

– 8 % proviennent du nucléaire ;

– 8 % proviennent d’autres sources (solaire, hydro­électrique, éolien, biomasse, géo­thermie).

[...] J’ai volontairement arrondi ces chiffres pour qu’ils soient plus faciles à retenir. »

Source : extrait du livre de Richard A. Muller (professeur de physique à l’université deBerkeley, Californie, États-Unis) Physics for Future Presidents, 2006.

171

Le défi énergétique

À l’aide du document 1 et de vos connaissances, répondre aux questionssuivantes.

1. Préciser la part des énergies renouvelables et non renouvelables utiliséesaux États­Unis, après avoir expliqué ce que signifie « renouvelable » et « nonrenouvelable ».

2. Discuter du bien­fondé de l’interdiction des véhicules à essence ou ké­rosène pour supprimer totalement l’émission du gaz à effet de serre CO2.

3. Choisir la centrale qui utilise une énergie renouvelable sans produire degaz à effet de serre ni de déchets radioactifs.— Proposition 1 : une centrale thermique à gaz.— Proposition 2 : une centrale thermique nucléaire.— Proposition 3 : une centrale hydroélectrique.— Proposition 4 : une centrale thermique à charbon.

CORRIGÉ

Les conseils de l’enseignant

Cet exercice porte sur le thème des sciences physiques et chimiques « Ledéfi énergétique ».Un document donne des valeurs chiffrées sur l’utilisation des combustiblesfossiles aux États­Unis et sur l’origine des différentes sources d’énergie. Lesquestions 1 et 2 font appel à vos connaissances et à l’étude du document.La question 3 est un . Prenez le temps d’étudier calmement le docu­ment et les questions posées avant de répondre. Pour les questions 1 et 2,travailler vos éléments de réponse au brouillon.

1. Les ressources énergétiques renouvelables sont des ressources dont ladurée de formation est petite devant la durée de vie humaine. Les duréesd’exploitation sont plus grandes ou au moins égales à leurs durées de re­

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Sujet 10

constitution. Ce sont la biomasse (bois énergie, biogaz, agro­carburant), lerayonnement solaire, l’hydraulique, l’éolien, la géothermie ou le flux ou lereflux lors des marées.Les ressources non renouvelables ont une durée de formation très grandedevant la durée de vie humaine. Les durées d’exploitation sont plus faiblesou beaucoup plus faibles que leurs durées de reconstitution. Ce sont l’ura­nium, les hydrocarbures (pétrole, gaz naturel, charbon).La part des énergies renouvelables est d’environ 8 % et celle des énergiesnon renouvelables d’environ 91 % (29 + 11 + 24 + 19 + 8) utilisées auxÉtats­Unis.

2. Les véhicules à essence ou kérosène réalisent une combustion, c’est­à­dire une transformation chimique au cours de laquelle les molécules,constituées des éléments carbone et hydrogène, sont, en présence de di­oxygène, transformées en dioxyde de carbone et en eau. Le dioxyde decarbone est un gaz à effet de serre. Ainsi, l’interdiction de ces véhicules, quisont nombreux, permettrait de réduire l’émission du gaz à effet de serreCO2.Néanmoins, on ne supprimera pas totalement l’émission du CO2 puisqueles véhicules à essence et kérosène représentent 28 % de la consommation,il reste encore 40 % pour la production d’électricité, 20 % pour le chauf­fage et 32 % pour l’industrie.

3. La centrale qui utilise une énergie renouvelable sans produire de gazà effet de serre ni de déchets radioactifs est celle de la proposition 3 : lacentrale hydroélectrique. Elle utilise l’énergie fournie par le mouvement dede l’eau.

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SUJET 11

SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011

Document 1

La crise nucléaire, chance difficile à saisir pour l’énergie renouvelable

Les énergies renouvelables représentaient 12,7 % de la production mondiale d’énergieen 2006. Selon Observ’ER (l’observatoire des énergies renouvelables), la productionélectrique d’origine renouvelable a atteint 18,6 % de la production mondiale d’élec­tricité. Elle est couverte à 89 % par l’hydraulique et à 5,7 % par la biomasse, le reste separtageant entre l’éolien (3,5 %), la géothermie (1,7 %) et le solaire (0,2 %). L’Amé­rique du Nord est le premier producteur d’électricité renouvelable avec 21,8 % dela production, suivie de l’Europe de l’Ouest (19,3 %), de l’Asie de l’Est et du Sud­Est (19,2 %) et de l’Amérique du Sud (19 %). En 2007, la production d’électricitééolienne a augmenté de 20 000 MWh 1 pour atteindre 94 000 MWh. Pour le photo­voltaïque, la hausse a été de 50 % par rapport à 2006, pour atteindre 12 400 MWh.

Les États­Unis ont affiché la plus forte progression devant la Chine et l’Espagne. Ce­pendant, la Commission européenne prévoit que la part des énergies renouvelablesdans la consommation mondiale d’énergie va décroître de 13 % à 8 % entre 2000 et2030, ce qui signifie que la consommation mondiale d’énergie croîtra plus vite quela production d’énergie renouvelable... Les énergies renouvelables émettent des gaz àeffet de serre dans des proportions très inférieures aux énergies fossiles. Mais l’un desprincipaux problèmes de la production d’électricité à partir de l’énergie éolienne etsolaire est qu’elle n’est pas continue, sans capacité de stockage. Cela rend les grossesusines et autres constructeurs automobiles moins intéressés par l’utilisation du solaireet de l’éolien actuellement. Et il n’est pas faisable de n’utiliser que ces deux techniquespour alimenter en courant une ville ou une région ayant besoin d’électricité en perma­nence. Les énergies renouvelables, dont le coût est l’un des principaux inconvénients,peuvent donc difficilement se développer sans soutien gouvernemental.

Site Internet : good planet.org.1.MWh : mégawatt heure.174

Sujet 11

Document 2

L’énergie ne se produit pas, elle est transformée. Cette transformation s’accompagned’un dégagement de chaleur. Ainsi dans l’ampoule qui m’éclaire, l’énergie électriqueest transformée en lumière et chaleur. On ne peut donc transformer intégralementl’énergie en une autre forme d’énergie.

Site Internet : palais-découverte.fr.

Questions

À l’aide du document 1 et de vos connaissances, répondez aux questions sui­vantes.

1. Relevez les ressources d’énergie citées et classez­les en ressources énergé­tiques renouvelables et non renouvelables en justifiant votre choix.

2. Identifiez les avantages et les inconvénients de l’utilisation des deuxtypes d’énergie évoqués dans la question 1.

3. Sélectionnez la bonne réponse.– La puissance électrique éolienne est, en 2007 de 20 000 MWh.

– L’énergie électrique éolienne est, en 2007 de 20 000 MWh.

– La puissance électrique éolienne est, en 2007 de 94 000 MWh.

– L’énergie électrique éolienne est, en 2007 de 94 000 MWh.

4. En utilisant les informations du document 2, sélectionnez le schémacorrect de la chaîne énergétique étudiée.

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Le défi énergétique

ampoule

ampoule

ampoule

ampoule

Énergie électrique

Énergie électrique

Énergie électrique

Énergie lumineuse

Énergie lumineuse

Énergie électrique

Énergie lumineuse

Énergie lumineuse

Énergie thermique

Énergie thermique

Énergie thermique

Énergie thermique

CORRIGÉ

1. Les sources d’énergie non renouvelables citées dans le document 1sont les énergies fossiles. Ces énergies sont dites « non renouvelables »car leur renouvellement est très lent à l’échelle humaine, au contraire desénergies renouvelables dont les ressources se reconstituent à une vitesse aumoins égale à celle de leur consommation.

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Sujet 11

Les énergies renouvelables citées dans ce document sont l’énergie hydrau­lique, la biomasse, l’énergie éolienne, l’énergie géothermique et l’énergiesolaire.

2. L’utilisation des combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel)pose deux sortes de problèmes : d’une part ils s’épuisent rapidement, etd’autre part leur combustion génère d’énormes quantités de dioxyde decarbone, qui est un gaz à effet de serre et contribue donc au réchauffementclimatique global.Leurs avantages sont leur faible coût (comparativement aux autres sourcesd’énergie), ainsi que leur facilité d’utilisation, de transport et de stockage.Les avantages des sources d’énergie renouvelables sont, au contraire, leursfaibles émissions de dioxyde de carbone, et leur disponibilité (on peut lesconsidérer comme inépuisables si l’on prend soin de réguler l’exploitationpour laisser la ressource se reconstituer, dans le cas de la biomasse et del’énergie géothermique en particulier).Ces sources d’énergies renouvelables sont plus difficiles à exploiter, les coûtsde production sont généralement plus importants, leur production est ir­régulière et limitée (en particulier pour les énergies solaire et éolienne).Seule la biomasse est transportable. L’énergie hydraulique et la biomassepeuvent être stockées, mais pour les autres sources d’énergie renouvelablesil faut les convertir en une autre forme d’énergie (énergie thermique ouénergie chimique).

3. La bonne réponse est la dernière.Une donnée exprimée en MWh est une énergie. D’après le texte, l’énergieélectrique éolienne est, en 2007, de 94 000 MWh (après une augmentationde 20 000 MWh).

4. La bonne réponse est la deuxième.Une lampe électrique reçoit de l’énergie électrique et produit de l’énergielumineuse. Au cours de cette conversion d’énergie, une partie de l’énergieest dissipée sous forme de chaleur (énergie thermique).

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SUJET 12

SUJET ZÉRO, SEPTEMBRE 2011

Document 1

La « société à 2 000 W » est un projet de l’École polytechnique fédérale de Zurich(Suisse). Voici un extrait du document intitulé Vivre plus légèrement, une nouvelleconception de nos ressources pour un développement durable : la société à 2 000 watts duréseau Novatlantis : « ... En 1960, la Suisse était une société à 2 000 W. Actuelle­ment, plus de quatre décennies plus tard, chaque personne consomme 5 000 W pourl’habitat, le travail, les loisirs et les voyages. Il en résulte une consommation annuellepar tête de 44 000 kWh correspondant à 4 400 litres de fioul. Avec 2 000 W, laconsommation serait de seulement 17 500 kWh par année, soit deux fois et demiemoins élevée. Les énergies fossiles, soit pour l’essentiel le pétrole et les produits dugaz naturel, couvrent environ 60 % de la consommation d’énergie en Suisse, c’est àdire 3 000 W. L’énergie nucléaire et les sources d’énergie renouvelable (aujourd’huipresque exclusivement la force hydraulique) fournissent chacune 1 000 W.

La vision de la société à 2 000 W prévoit un abaissement continu de la consomma­tion d’énergie à 2 000 W. Ce but doit être atteint le plus rapidement possible. D’icil’année 2050, la part des énergies fossiles peut être réduite de moitié en passant de3 000 W actuellement à 1 500 W par personne. Il y a de bonnes raisons pour définircet horizon­temps aussi largement : l’évolution requiert une adaptation rigoureuse del’infrastructure et un mode de vie intelligent sans lesquels la société à 2 000 W resteraune vision.

Un volume d’émissions de CO2 d’une tonne par tête d’habitant et par année repré­sente également un objectif à long terme de la Suisse. Cette limite correspond à uneconsommation d’énergies fossiles d’environ 500 W. Si la consommation d’énergiesfossiles se réduit à la cadence prévue par la vision d’une société à 2 000 W, on pourraatteindre ce but ambitieux de réduction de CO2 dans la seconde moitié de ce siècle,ou au plus tard au cours du siècle prochain. »

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Sujet 12

Document 2

Évolution du pourcentage de CO2 dans l’air et de l’élévation de la tempé-rature moyenne de l’air en surface

Élévation de la températuremoyenne Ø (γC)

% de CO2 dans

l’atmosphère (10-2 %)

1900 1950 2000 2050

0,5

1,5

1,0

2,0

2,8

3,0

3,4

3,2

3,8

3,6

01850

1re L, édition Bordas 2003.

Questions

1. En utilisant vos connaissances, justifiez la phrase « Avec 2 000 W, laconsommation serait de seulement 17 500 kWh par année... ». (On précisequ’il s’agit ici d’une consommation individuelle de 2 000 W et qu’uneannée est environ égale à 8 750 heures.)

2. En utilisant vos connaissances et en vous appuyant sur les documents 1et 2, expliquez pourquoi un abaissement de la part des énergies fossilesdans notre consommation énergétique est un enjeu planétaire.

3. Proposez des solutions pour diminuer la consommation d’énergie fos­sile.

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Le défi énergétique

CORRIGÉ

1. 2 000 W désigne la puissance P consommée par chaque habitant.Pour calculer l’énergie consommée, on utilise donc la relation E = P· · ·∆,où E représente l’énergie consommée, en kilowatt­heure (kWh).P représente la puissance consommée en kilowatt (kW), ∆t représente ladurée d’utilisation, en heure (h).Ici P = 2 000 W = 2 kW.Donc E = 2 × 8 750 = 17 500 kWh.

2. Le premier problème posé par l’utilisation des combustibles fossiles (pé­trole, charbon, gaz naturel) est leur épuisement : ces ressources ont misdes millions d’années à se former et les réserves seront vraisemblablementépuisées d’ici quelques dizaines d’années.Le deuxième problème, qui est mentionné dans le dernier paragraphe dudocument 1, est l’émission de dioxyde de carbone (CO2) dégagé par lacombustion de ces combustibles.Le document 2 met en évidence la corrélation entre la teneur de l’atmo­sphère en CO2 et la température moyenne à la surface de la Terre : le CO2

est un gaz à effet de serre, il contribue donc au réchauffement climatiqueglobal, dont les conséquences sont planétaires (fonte des glaces polaires,élévation du niveau des océans, perturbation des écosystèmes...).Limiter à la fois la consommation énergétique et la part des énergies fos­siles dans cette consommation permettrait donc de réduire les émissionsde CO2 et, par conséquent, l’augmentation de l’effet de serre et le réchauf­fement global.

3. Pour diminuer la consommation des énergies fossiles, il faut utiliser lesdeux options évoquées à la question précédente :– d’une part diminuer la consommation globale d’énergie, sous toutes ses

formes (limiter l’usage des voitures individuelles et privilégier la marche,le vélo et les transports en commun ; isoler les habitations et utiliser mo­dérément chauffage et climatisation ; privilégier les appareils économesen énergie, éviter les appareils en veille et les lumières allumées ; éviter

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Sujet 12

d’une façon générale le gaspillage puisque la fabrication et le transportde tous les objets que nous utilisons consomment de l’énergie...) ;

– d’autre part augmenter l’énergie produite à partir des sources renouve­lables : énergie hydraulique, éolienne, solaire, géothermique, biomasse...

L’énergie nucléaire est aussi une alternative aux énergies fossiles (celle que laFrance a choisie depuis les années 1970), mais elle pose d’autres problèmesau niveau des rejets et des déchets radioactifs...

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