Bac 2023. L’épreuve de spécialité SVT s’est tenue ce lundi 20 mars 2023, de 14h à 17h30. Pendant ces 3h30 d’épreuve, les candidats ont mis toutes les chances de leur côté pour obtenir la meilleure note et décrocher le Saint Graal : le baccalauréat. Dans cet article, nous te proposons un corrigé de l’épreuve du premier jour, le lundi 20 mars.
Bac 2023 : le sujet de l’épreuve de spécialité SVT du lundi 20 mars 2023
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Bac 2023 : le corrigé de l’épreuve de spécialité SVT du lundi 20 mars 2023
Exercice 1
Montrer que le réchauffement climatique actuel est en partie lié à l’utilisation par l’humain de l’énergie solaire du passé.
Accroche et introduction : Publication du rapport du 6e rapport du GIEC pointant l’influence probante de l’activité humaine sur le réchauffement climatique, caractérisé notamment par l’accentuation du phénomène thermique qu’est l’effet de serre limitant l’évacuation par le sol de l’énergie solaire thermique, dû à la consommation d’énergies fossiles telles que charbon et pétrole. L’énergie solaire peut ainsi transmise par le Soleil à la fois sous forme thermique et lumineuse, et peut être stockée dans la Terre de sorte que l’on parle d’énergie solaire du passé.
Problématique : Le réchauffement climatique n’est-il lié qu’à l’utilisation par l’Homme de l’énergie solaire provenant du passé ?
Annonce du plan : Nous verrons dans un premier temps comment l’utilisation de l’énergie solaire stockée par la Terre par le passé contribue au réchauffement climatique, puis quels autres facteurs peuvent intervenir.
I. La formation de l’énergie solaire passée
a) Le rôle de la plante
1 – La photosynthèse
L’énergie solaire se transmet sous forme d’énergies thermique et lumineuse. Au cours du phénomène de photosynthèse, celle-ci est convertie par la plante en matière organique utilisée pour sa croissance. La photosynthèse s’effectue en présence d’eau et de dioxyde de carbone dans l’atmosphère pour produire du dioxygène et de la matière organique (telle que du glucose).
- Schéma d’une feuille de plante figurant les organites responsables de la photosynthèse
- Équation de la photosynthèse
2 – La carbonisation
Les plantes, comme tout être vivant, meurent et se décomposent (phénomène de putréfaction) ensuite avec l’aide de micro-organismes. En absence de dioxygène dans l’atmosphère, ce phénomène est stoppé et ce sont des bactéries dites anaérobioses (vivant sans oxygène) qui vont permettre la transformation progressive de la plante en charbon de terre, par opposition au charbon de bois sous certaines conditions de pression et de température lorsqu’il y a combustion. Le processus de la carbonisation correspond ici à la concentration des atomes de carbones stockés dans la plante grâce notamment à la photosynthèse, ce qui la transforme progressivement en tourbe, lignite, houille et anthracite (du charbon), aux taux de carbone croissants.
b) Le Carbonifère : réservoir d’énergies fossiles
1 – Le Carbonifère, une période prolifique à la photosynthèse
Le Carbonifère est une période géologique de l’ère du Paléozoïque entre environ -350 et -300 milliards d’années, caractérisé par une végétation très dense : les arbres, dont on peut voir des vestiges dans l’actuelle Amazonie, mesuraient en moyenne 60 mètres de haut. Le taux de concentration d’oxygène dans l’atmosphère était également par ailleurs très élevé (environ 35%) dans la première période du Carbonifère, ce qui indique une forte activité photosynthétique.
2 – La formation de réserves de carbone
La fin du carbonifère est marquée par un refroidissement important de la température terrestre globale, ce qui a provoqué la carbonisation massive des végétaux. C’est ainsi que des couches larges de carbone se sont formées, permettant aujourd’hui l’exploitation de mines de charbon, par exemple à Cévennes, l’une des premières exploitations minières de France.
3 – La formation de réservoirs de pétrole
Le pétrole est une substance minérale composée d’hydrocarbures et de matières organiques, formées sous des conditions de pression atmosphérique, de concentration de carbone, et piégées entre plusieurs couches géologiques par des mouvements tectoniques. Même si la formation des gisements de pétrole n’est pas limitée à la période du Carbonifère, l’on sait que celle-ci est ponctuée de mouvements tectoniques et de montées des eaux menant à la disparition du continent de la Pangée. Combiné aux fortes concentrations en carbone héritées des plantes, la période est propice à la formation de gisements de pétroles, notamment aux États-Unis, aujourd’hui exploités par l’Homme.
La découverte de réserves d’énergies fossiles par l’Homme et leur utilisation a une influence sur le climat terrestre global.
II. Le réchauffement climatique actuel est lié à l’utilisation de l’énergie solaire passée
a) La deuxième Révolution industrielle
1 – Un réchauffement débutant avec la Révolution industrielle
Les données de l’exercice indiquent une hausse des émissions globales du dioxyde de carbone dans l’atmosphère de 1 à 43 gigatonnes par an, depuis 150, ce qui correspond à la fin du XIXe siècle, soit la deuxième révolution industrielle, d’ordre mondial, caractérisée par l’exploitation des gisements pétroliers, de l’électricité, et l’essor de l’industrie automobile, la première révolution du XVIIIe étant plus localisée et caractérisée par l’utilisation de carbone pour les machines à vapeur.
2 – L’exploitation des ressources
Outre l’utilisation en soi des ressources fossiles qui entraînent le rejet de dioxyde de carbone, leur collecte et leur transformation ont des impacts sur le réchauffement climatique. Le forage par exemple peut entraîner une fragilisation des sols et des couches géologiques alentour, accentuant les conséquences du réchauffement (aridité, perte de la biodiversité…).
b) L’effet de serre
1 – Un phénomène naturel
Le sol de la Terre (et de toute planète possédant une atmosphère) absorbe environ 70% du rayonnement infrarouge de l’énergie lumineuse solaire et le réfléchit partiellement grâce au phénomène de réverbération. L’effet de serre est donc normal et permet un réchauffement naturel des sols et des océans terrestres.
2 – Un phénomène accentué par l’Homme
En revanche, une trop grande quantité de vapeur d’eau et de dioxyde de carbone dans l’atmosphère empêchent le phénomène de réverbération : l’énergie lumineuse reste bloquée dans l’atmosphère, et est donc trop absorbée par les sols ce qui entraîne un réchauffement global de la Terre. L’absorption du carbone par la Terre serait donc supérieure de moitié par rapport à il y a 50 ans. Par ailleurs, la surexploitation des forêts, notamment du Poumon Vert qu’est l’Amazonie, ralentit le phénomène de photosynthèse à l’échelle globale.
Le réchauffement climatique est donc lié à l’exploitation des ressources fossiles par l’Homme, mais également par des activités annexes.
III. Le réchauffement climatique n’est pas dû qu’à l’utilisation des énergies fossiles par l’Homme
a) L’impact des industries humaines
1 – La Troisième Révolution industrielle
La Troisième Révolution industrielle qualifie l’essor des NTIC (Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication) dès les années 1980. Outre l’utilisation de matériaux rares pour les pièces telles que les puces électroniques, dont la recherche et la transformation impactent le taux de dioxygène et la biodiversité, le stockage de l’information sur les serveurs externes est extrêmement polluant puisqu’il entraîne une surchauffe des serveurs et un rejet de C02. Le simple envoi d’un mail correspondrait à 4g de CO2 rejeté dans l’air.
2 – L’industrie agroalimentaire
La surconsommation de certains produits va de pair avec une agriculture intensive, qui ne permet pas le renouvellement naturel et renouvelable des terres fertiles, ce qui accentue les conséquences du réchauffement climatique. De plus, l’élevage intensif, notamment des vaches, produit des gaz à effets de serre dont le méthane. L’agriculture serait responsable de 40% des émissions de ce gaz dans l’atmosphère.
3 – L’énergie nucléaire
L’énergie nucléaire est utilisée pour fournir environ 40% de l’électricité en France. Les centrales nucléaires consomment de nombreuses ressources : surchauffe des réacteurs nécessitant de nombreux bains d’eau de refroidissement, eaux et sols avoisinants devenant radioactifs, cimetières radioactifs pour y enterrer les déchets nucléaires (comme en mer de Barents). Elles représentent également un danger pour l’Homme, la faune et la flore en cas d’incident (par exemple, Tchernobyl qui a mené à l’abandon de la zone).
b) Les phénomènes astrologiques
1 – Les éruptions solaires
Des phénomènes ponctuels tels que les éruptions solaires, responsables temporairement d’une plus forte énergie thermique et lumineuse d’origine solaire, peuvent intervenir, accentuant alors les phénomènes tels que l’effet de serre.
2 – Les périodes glaciaires et interglaciaires
Les périodes géologiques sont caractérisées par une alternance entre périodes glaciaires et interglaciaires liées à des paramètres astrologiques telles que des variations de l’orbite de la Terre, entraînant son refroidissement ou son réchauffement global.
Conclusion : Le réchauffement climatique actuel est daté au début de l’exploitation des énergies fossiles, formées au cours des ères géologiques, dont le Carbonifère, notamment le pétrole et le charbon, par l’Homme, au cours de la Seconde Révolution industrielle. Cette exploitation des énergies solaires passées à un impact majeur sur le climat de la terre, augmenté par ailleurs par d’autres phénomènes d’origine humaine (agriculture, nouvelles technologies, exploitation des forêts…), la dégradation de la biodiversité (à la fois cause et conséquence), et d’origine astrologique (éruptions solaires, variations glaciaires…). Le réchauffement climatique actuel n’est donc pas lié seulement à l’utilisation par l’Homme de l’énergie solaire du passé, mais cela en est en grande partie responsable.
Ouverture : Le caractère alarmiste du rapport du GIEC questionne la capacité des gouvernements à agir vite et efficacement pour limiter la hausse des températures à 2c maximum d’ici 2040.
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Exercice 2
Expliquer pourquoi ce nouveau traitement n’est prescrit qu’aux patients atteints de mucoviscidose présentant la mutation delF508.
Accroche : Médiatisation grandissante du soutien scientifique pour la recherche contre la mucoviscidose par le biais de personnalités telles que Grégory Lemarchal et des courses-collectes de fond annuelles.
Introduction : La mucoviscidose est une maladie génétique due à des mutations alléliques du gène CFTR, dont il existe plus de 2000 versions, et présent sur le chromosome 7. Depuis 2021, un nouveau traitement moléculaire offre des perspectives thérapeutiques optimistes aux patients atteints de la maladie.
Question (sujet) : Pourquoi ce nouveau traitement n’est-il prescrit qu’aux individus atteints de mucoviscidose portant la mutation delF508 ?
Annonce du plan : Nous verrons comment ce nouveau traitement agit puis pourquoi il n’est prescrit qu’en cas de mutation delF508 du gène CFTR.
La protéine CFTR est contenue dans la membrane des cellules respiratoires et digestives et permet la sécrétion d’un mucus fluide grâce aux échanges d’ions chlorures (Document 1). Cela permet l’évacuation d’impuretés et le maintien de capacités respiratoires saines : le document 4b révèle que la VEM des individus porteurs de la mutation delF508 n’ayant reçu aucun traitement n’augmente pas et a même tendance à décroître au cours des 24 semaines d’essai, tandis que celle les individus porteurs de la mutation delF508 et suivant un traitement augmente de 13% dans les 15 premiers jours d’essai du traitement, qui permet donc une amélioration de l’expiration de l’air. Nous pouvons donc émettre l’hypothèse que le traitement améliorer la fluidité du mucus.
Le document 3 indique que la protéine CFTR est contenue dans la membrane plasmique dans la cellule témoin (individu non atteint par la maladie) tandis qu’elle l’est dans le réticulum endoplasmique dans la cellule d’un individu atteint. Or, c’est lorsqu’elle est contenue dans la membrane plasmique qu’elle peut agir en tant que canal chlore (document 2). De plus, le traitement permet la maturation de la protéine CFTR (document 4a) : le sujet malade sans traitement présente une forme immature de 140 kDa tandis que l’individu sous traitement présente une protéine mature (170 kDa), pour la mutation delF508. Or, c’est la maturité de la protéine qui permet son insertion dans la membrane plasmique. Le traitement de la mutation delF508 permet donc la maturation de la protéine CFTR et son insertion dans la membrane plasmique cellulaire afin de permettre les échanges d’ions chlorures et la fluidité du mucus, d’où l’amélioration de la VEM.
Enfin, le document 1b indique que les mutations G542X et G551D sont des substitutions des nucléotides 1624 (G par T) et 1652 (G par A) respectivement, ayant pour effets une séquence d’acides aminés réduite pour la protéine G542X et la substituion du 551 acides aminés (Gly par Asp) pour la protéine G551D. D’après le document 2, ces mutations ont pour effet l’absence de protéine CFTR pour G542X, mais la présence de protéine CFTR mature (170 kDa) pour G551D. La mutation par délétion delF508 de trois nucléotides thymine (1521-1523) entraîne la délétion de l’acide aminé 507 Phe dans la protéine F508 (document 1b), ce qui a pour conséquence la présence de protéine CFTR non mature (140 kDa) dans la cellule (document 2). Or, nous avons démontré que le traitement permettait la maturation de la protéine CFTR ; puisque la mutation G542X n’en permet pas la synthèse d’une part, et que la mutation G551D n’empêche pas la synthèse d’une protéine mature, le traitement ne peut pas agir. Ainsi, le traitement moléculaire ne peut être utilisé que chez des individus porteurs de la mutation delF508.
Ainsi, le traitement moléculaire permet à la protéine CFTR d’assurer ses fonctions de canal chlorure grâce à sa maturation dans la membrane plasmique, assurant ainsi la fluidité du mucus respiratoire. Le traitement traite donc directement l’absence de maturation des protéines CFTR pour les individus porteurs de la mutation DelF508, tandis que les mutations G542X et G551D entraînent respectivement l’absence de synthèse de protéine CFTR et la présence de protéine mature, mais n’assurant probablement pas toutes ses fonctions.
Lire aussi : L’origine du génotype des individus
