Seconde Thème 2 : Chapitre 1 : Nourrir l’humanité tout en préservant la planète.

Chapitre 1 : Nourrir l’humanité tout en préservant la planète.

Problématique : Comment nourrir chacun « à sa faim » sans détruire notre planète ?

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I] L’agriculture, source de nourriture.

 

 1) Les besoins alimentaires de l’humanité.

 

Voir : TP1 Nourrir l'humanité

En 2050, il faudra nourrir environ 9 milliards d’êtres humains sur Terre (en 2009, un milliard de personnes ont souffert de la faim).

 Pour cela l’Homme pratique depuis plus de 10 000 ans l’agriculture. Elle correspond à l’exploitation et à la transformation du milieu naturel ayant pour but la production de végétaux et d’animaux utiles à l’homme, notamment pour son alimentation.

2) Les ressources indispensables à l’agriculture.

Pour nourrir 9 milliards d’être humains, il va falloir produire plus.

Les sols cultivables (contenant des éléments minéraux) et l’eau sont indispensables à l’agriculture mais ces deux ressources sont très inégalement réparties à la surface de la planète. De plus, avec l’urbanisation, la surface agricole diminue.

Le sol comme l’eau sont deux ressources limitées qui doivent être gérées à l’échelle locale comme à l’échelle mondiale de façon durable.

 19 espèces végétales seulement sur un total de plus de 200 000 fournissent plus de 80 % de l’alimentation des Hommes. Le nombre total d’espèces végétales cultivées est de l’ordre du millier.
Les 3 plantes alimentaires les plus importantes sont le blé, le riz et le maïs ; elles sont suivies par la pomme de terre, l’orge, le manioc, la patate douce, le soja et la canne à sucre.
Une quarantaine d'espèces animales sont élevées dont seulement une dizaine « d’invertébrés » (abeille, vers à soie, escargot, huître, etc.).

Qu’est ce qu’un « sol » et comment peut-on le préserver ?

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 II] Le sol : un patrimoine durable ?

 Définition : L’humus est la partie supérieur du sol, généralement de couleur foncée, qui retient très bien l’eau. Il est constitué de débris animaux et végétaux décomposés (=transformés) et donc de matière organique.

TP 2 : Caractéristiques et conditions de formation d’un sol.

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TP 3 : Sortie géologique sur le sol.

Pour pousser, les plantes ont besoin d’un sol qui leur fournisse des éléments minéraux et de l’eau. Des millions de micro-organismes vivent dans le sol et contribuent à sa fertilité en assurant le recyclage de la matière organique en matière minérale. Le sol filtre également les eaux de ruissellement.

Le sol se forme par altération de la roche mère (via l’eau principalement) en profondeur et par dégradation de la litière (via les microorganismes) en surface. Ce processus est très lent (1cm par siècle en moyenne) et dépend aussi du climat. Plus un sol est âgé, plus il comporte d’horizons.

Claude et Lydia BOURGUIGNON, mort des sols = mort des hommes !

Notions supplémentaires : La biomasse végétale produite par l’agriculture est une source de nourriture, mais aussi une source de combustibles ou d’agro-carburants. Ces deux productions entrent en concurrence.

Le terme biocarburant désigne un carburant renouvelable constitué de dérivés industriels obtenus après transformation de produits d’origine végétale ou animale (c’est un nom qui présente une analogie avec le terme générique anglais « biofuel » utilisé internationalement qui englobe biocombustibles et biocarburants y compris biogaz).  

Conclusion :

Pour satisfaire les besoins alimentaires de l’humanité, l’Homme utilise à son profit les végétaux et leur faculté à réaliser la photosynthèse.

L’agriculture a besoin pour cela de sols cultivables et d’eau : deux ressources, fragiles, disponibles en quantités limitées et très inégalement réparties à la surface de la planète. De plus elle entre en concurrence avec la biodiversité naturelle.

La biomasse végétale produite par l’agriculture est une source de nourriture, mais aussi une source de combustibles ou d’agro-carburants. Ces deux productions entrent en concurrence.

Un sol résulte d’une longue interaction les roches et la biosphère (=ensemble des organismes vivants et des facteurs climatique du milieu), conditionnée par la présence d’eau et la température.

Nous avons vu que l’agriculture nécessite un sol en bon état et des éléments minéraux en quantité suffisante.

L’agriculture nécessite aussi un apport en lumière conséquent.

Pourquoi les végétaux ont-ils besoin de lumière pour pousser ?

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III] L’énergie solaire : source de biomasse.

1) Les végétaux : producteurs primaires de matière.

TP 4 : La production de matière organique par les végétaux

La capture et l’utilisation d’énergie par les systèmes vivants sont dominées principalement par deux processus : la respiration et la photosynthèse.

Les plantes peuvent capturer l’énergie électromagnétique émise par le Soleil par un procédé chimique appelé photosynthèse. Cette réaction biochimique peut être décrite par une équation simple :

6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse  ⇒  C6Η12Ο6 +6Ο2

Les produits de la photosynthèse sont : le glucose (un sucre) et le dioxygène qui est rejeté dans l’atmosphère (qui permet ensuite la respiration des êtres vivants).

Seules les parties de la plante qui contiennent de la chlorophylle (un pigment vert) peuvent capter cette énergie lumineuse et réaliser la photosynthèse.

En fait c’est un ensemble de réactions biochimiques qui se déroulent à l’intérieur de la cellule végétale et qui met en jeu des parties différentes et spécialisées (chloroplaste, vacuole) qui permet à la plante la synthèse de matière organique à partir d’eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone.

2) Les transferts d’énergie au sein de l’écosystème.

La fraction de l’énergie lumineuse stockée sous forme d’énergie chimique, c'est à dire de matière organique, correspond à la productivité primaire.

Les écosystèmes sont constitués d’organismes en étroite relation les uns avec les autres notamment au niveau alimentaire, on parle de relations trophiques et donc de réseau trophique.

Les producteurs primaires sont consommés par les consommateurs primaires, ces derniers servent de nourriture aux consommateurs secondaires et ainsi de suite.

Chaque maillon de la chaine consomme de l’énergie, pour la respiration notamment. La quantité d’énergie réellement disponible pour le maillon suivant est donc la productivité primaire moins l’énergie perdue ou consommée par la respiration. Elle correspond à la productivité primaire nette.        

En écologie, la biomasse désigne la masse totale des organismes vivants (exprimées en poids secs, en poids frais ou en carbone organique). Elle peut être déterminée pour une surface, pour une espèce, pour un groupe d’espèces, pour un écosystème. La pyramide des biomasses est un modèle dans lequel on trouve la biomasse présente à chaque niveau trophique (chaque maillon d’une chaîne alimentaire).

Dans la plupart des écosystèmes, la totalité de la biomasse trouvée dans chaque niveau trophique diminue progressivement lorsque l’on part de la base vers le sommet de la chaîne alimentaire.

Les producteurs primaires (végétaux) constituent le niveau de base de toute chaîne alimentaire. Seuls les consommateurs primaires (ou herbivores) consomment uniquement cette ressource.

La quantité d’énergie organique incorporée dans la biomasse des consommateurs primaires est bien inférieure à celle trouvée chez les producteurs primaires. Bien que théoriquement les herbivores puissent manger l’ensemble de la biomasse des producteurs primaires, ces derniers ont mis en place, au cours de l’évolution, des systèmes de protection contre ces mêmes herbivores, limitant ainsi leurs consommations. Les herbivores n’ont donc accès qu’à une faible partie de la biomasse de ce premier niveau trophique.

Le rendement des herbivores est compris entre 20 et 60 %, c'est à dire que seulement 20 à 60 % (moins l’énergie consommée pour la respiration) de la biomasse consommé est disponible pour le niveau supérieur.

Les consommateurs secondaires ou carnivores primaires consomment les herbivores. Leur rendement est nettement supérieur, de l’ordre de 50 à 90% (moins toujours les pertes dues à la respiration, locomotion, etc.).

 La plupart des réseaux trophiques (chaines alimentaires) ne possèdent pas plus de quatre ou cinq niveaux trophiques.

 Au final : l’ensemble de ces processus qui permettent la circulation de l’énergie à travers les individus des réseaux trophiques permet, à l’échelle de la planète, l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère.