Nourrir l'humanité - SVT - Première S

Nourrir l'humanité - SVT - Première S

digiSchool Bac S met à votre disposition ce cours de SVT niveau Première S, rédigé par notre professeur, sur le chapitre "Nourrir l'humanité".

Dans ce cours de SVT gratuit, vous étudierez tout d'abord le fonctionnement des écosystèmes naturels, avec la définition d'un écosystème et les flux de matière et d'énergie dans un écosystème naturel. Vous verrez ensuite la définition d'un agrosystème, puis vous vous intéresserez aux agrosystèmes de production végétale et animale, ainsi qu'à l'impact écologique. Enfin, la dernière partie de ce cours de SVT porte sur l'amélioration des pratiques culturales pour concilier agrosystème et gestion durable de l'environnement.

Téléchargez gratuitement ci-dessous le cours de SVT gratuit niveau 1ère S sur le chapitre "Nourrir l'humanité" !

Nourrir l'humanité - SVT - Première S

Le contenu du document

 

PREAMBULE

L’humanité dépassera probablement les dix milliards d’individus en 2050 avec une alimentation reposant entièrement sur l’agriculture. Pour répondre à cette demande alimentaire sans cesse en augmentation, produire plus devient une urgente nécessité. Dans l’objectif d’intensifier la production agricole l’Homme a modifié les écosystèmes naturels pour créer des agrosystèmes en ayant recours à la mécanisation, les intrants chimiques, la pression sur les ressources en eau ... Ces pratiques  ont des conséquences écologiques négatives et changer les modèles agricoles devient donc impératif. 

Quelles différences y a-t-il entre un agrosystème et un écosystème naturel ?

Quelles sont les pratiques culturales alternatives pouvant réduire les effets néfastes de la production intensive dans les agrosystèmes actuels ?

 

FONCTIONNEMENT DES ECOSYSTEMES NATURELS

DEFINITION D’UN ECOSYSTEME

Un écosystème naturel est constitué d’un biotope, paramètres physico-chimiques (sol, température, ensoleillements…) et d’une biocénose  l’ensemble des êtres vivants. C’est un système équilibré ou les êtres vivants établissent des relations complexes avec leur environnement. (Exemple d’écosystème naturel : la forêt)

 

FLUX DE MATIERE ET D’ENERGIE DANS UN ECOSYSTEME NATUREL

Dans un écosystème naturel on observe : Un flux de matière (passant de la forme organique à la forme minérale et recyclée en permanence) et un flux d'énergie (passant de l’énergie solaire à l’énergie chimique sans recyclage) (Figure 1).

 

  • Flux de matière dans un écosystème naturel

Un écosystème naturel est un ensemble d'êtres vivants qui interagissent entre eux par des relations trophiques formant des chaines alimentaires. En se basant sur l’alimentation, les espèces d’un écosystème sont classées comme suit :

 

Les producteurs primaires

c’est le premier niveau de la chaine alimentaire constitué d’organismes chlorophylliens capables d’élaborer leur matière organique à partir de la matière minérale et d’une source d’énergie (les photons de la lumière). Ces organismes sont appelés autotrophes. Ils sont le siège d’une réaction métabolique essentielle : la photosynthèse d’équation (pour le glucose): 

6 H20 + 6 CO2  + énergie solaire => C6H12O6 + 6 02 

Les plantes vertes en milieu terrestre et le phytoplancton en milieu marin sont les principaux producteurs primaires.

 

Les producteurs secondaires

Ce sont des organismes hétérotrophes synthétisant leur matière organique à partir de celle d’autres organismes dont ils se nourrissent directement. Ils sont soit des consommateurs soit des décomposeurs. 

- Les consommateurs primaires = herbivores ou phytophages synthétisent leur matière organique à partir de végétaux qu’ils consomment.

- Les consommateurs secondaires et d’ordre supérieur = carnivores ou zoophages produisent leur matière organique à partir de celle des herbivores. Il peut y avoir plusieurs niveaux d’animaux zoophages se nourrissent des  consommateurs secondaires.

- Les décomposeurs = appelés aussi détritivores : organismes consommant la matière organique morte, dont ils assurent le recyclage en matière minérale (lombrics, arthropodes, champignons et bactéries) 

 

  • Flux d’énergie dans un écosystème naturel

Le flux d’énergie dans un écosystème naturel est défini comme étant le transfert d’énergie d’un niveau trophique à un autre. La photosynthèse réalisée par les organismes autotrophes assure la conversion de l’énergie solaire en matière organique (énergie chimique) à partir de l’eau, du CO2 et des sels minéraux : c’est la production primaire. 

La pyramide de productivité décrit le flux de matière et d’énergie dans un écosystème. Seulement 10% de cette énergie est transféré d’un niveau trophique à un autre pour la synthèse de la matière organique: c’est la production secondaire. 90 % de l’énergie est utilisée pour la respiration (ou fermentation en anaérobiose) et donc perdue sous forme de chaleur. Ainsi Le flux d’énergie dans un écosystème naturel est unidirectionnel puisqu’il n’y a pas de recyclage comme dans le flux de matière. Les pertes d’énergie d’un niveau trophique à l’autre imposent un approvisionnement en continu de l’écosystème en énergie.  

Flux de matière et d’énergie dans un écosystème naturel - Cours SVT Nourrir l'humanité

Figure 1: Flux de matière et d’énergie dans un écosystème naturel 

(Source : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=11)

 

LES AGROSYSTEMES

DEFINITION D’UN AGROSYSTEME 

Un agrosystème est un écosystème modifié par l'Homme dans l’objectif de favoriser le développement d’une seule espèce végétale (production végétale) ou animale (production animale/élevage) qui sera utilisée pour l’alimentation humaine. Un agrosystème est donc monospécifique, l’espèce cultivée doit bénéficier de conditions de croissance optimales. Cela implique une destruction des espèces pouvant entrer en compétition avec l’espèce cultivée et donc réduire la biodiversité. Ainsi dans un agrosystème les réseaux trophiques sont fortement simplifiés.

 

AGROSYSTEME DE PRODUCTION VEGETALE ET UTILISATION DES INTRANTS 

L’agrosystème de production végétale (exemple : un champ de mais, de blé ou de vigne) est destiné à la production intensive d’une seule espèce végétale. Ces espèces végétales sont des producteurs primaires effectuant la photosynthèse pour se développer et ayant en conséquence besoin de sels minéraux et de l’eau. Cependant dans un agrosystème, une part importante de la biomasse produite par les producteurs primaires est exportée (la récolte) (Figure 2A). Il s’agit donc d’un écosystème déséquilibré : la matière exportée n’est plus disponible pour le milieu (au contraire des écosystèmes naturels où la biomasse est recyclée). Ce flux sortant de matière doit être compensé par un flux entrant d'eau et d'ions minéraux : les intrants. 

Les intrants sont donc les produits apportés aux cultures. Il s’agit des :

  • Engrais/fertilisants : On distingue deux types d’engrais : les engrais minéraux  (composés d’un seul élément chimiques tels que les engrais azotés, engrais phosphaté ou potassique ou composés de plusieurs éléments chimiques : NPK) et les engrais organiques (d’origine animale ou végétale) 
     
  • Les produits phytosanitaires : qui protègent les plantes (pesticides, herbicides, …)
     
  • On peut ajouter l'eau d'irrigation, le carburant, le matériel agricole, etc

 

AGROSYSTEME DE PRODUCTION ANIMALE 

Les réseaux trophiques montrent qu’il existe toujours des pertes de biomasse et d’énergie lorsqu’on passe d’un niveau trophique à l’autre. Ainsi dans un agrosystème de production animale comme l’élevage bovin et contrairement à la production végétale, l’Homme est un consommateur secondaire. Ceci se traduit par des pertes énergétiques associées au transfert de la matière dans la chaîne alimentaire (Figure 2B). L’élevage ne dépend pas d’une manière directe de la photosynthèse ; mais d’une manière indirecte puisque les animaux se nourrissent de la production d'un agrosystème végétal (maïs, tournesol, soja, etc.). 

Ainsi, le rendement énergétique d'un élevage est médiocre comparé à celui d'une culture, car toute l'énergie consommée par les animaux n'est pas restituée. De ce fait, privilégier la consommation des aliments d’origine végétale réduit les pertes d’énergie et peut donc nourrir davantage d’humains.

Flux d'énergie et de matière dans un agrosystème de production végétale - Cous SVT Nourrir l'humanité

Figure 2 : Flux d’énergie et de matière dans un agrosystème de production végétale (A) 

et dans un agrosystème de production animale (B) 

(Source : http://www.professeur-noyau.net/lycee/nourrir-l%27humanite.pdf)

 

IMPACT ECOLOGIQUE

L’utilisation massive des engrais et des produits phytosanitaires ainsi que le recours à l'irrigation et à la mécanisation dans l’agriculture génèrent des effets néfastes sur l’environnement et sur la santé humaine, on cite par exemple : 

 

  • La pollution des eaux aux nitrates/phosphates : Les substances minérales apportées au sol qui ne sont pas assimilées par les végétaux ; seront entrainés par les pluies dans les cours d’eau et jusqu’aux nappes phréatiques par lessivage. Les eaux seront ainsi polluées aux nitrates/phosphates. 
     
  • L’eutrophisation : Les nitrates et les phosphates entrainés dans les cours d'eau et accumulés près des côtes provoquent la prolifération d'algues vertes. Lors de leur mort, la matière organique tombe au fond de l’eau. La décomposition de cette matière organique consomme une grande quantité d’Oxygène entrainant la disparition des espèces de poissons par asphyxie. 
     
  • L’irrigation intensive de certaines cultures entrainant l’appauvrissement des nappes phréatiques 
     
  • Erosion des sols et déforestation par le pâturage 
     
  • Consommation de l’énergie fossile : fuel pour le tracteur, électricité pour les machines de transformation, pour les pompes à eau etc… 
     
  • Les pesticides peuvent agir sur plusieurs espèces végétales entrainant ainsi la diminution de la biodiversité et créant des déséquilibres dans les chaînes alimentaires.
     
  • Les pesticides, souvent non-biodégradables, se concentrent dans les tissus des animaux qui le consomment accidentellement et s’accumule à chaque maillon de la chaîne alimentaire. Il se concentre d'autant plus que les chaînes alimentaires sont longues c’est la bioaccumulation. A une certaine concentration, les pesticides peuvent avoir des répercussions sur la santé : intoxications aiguës ou effets chroniques, cancers ou pathologies diverses…
     
  • La production des gaz à effet de serre : essentiellement dans le système d’élevage intensif.

 

 

PERSPECTIVES VERS DES PRATIQUES CULTURALES DE DEVELOPPEMENT DURABLE

A l’échelle de la planète l’agriculture cherche à répondre aux besoins d’une population toujours croissante. Cependant, elle se trouve confrontée à la limitation des surfaces cultivables, mais aussi aux ressources en eau et en énergies fossiles (carburant), Sans oublier l’effet néfaste de l’agriculture intensive sur l’environnement. Ainsi une modification des pratiques culturales pour concilier agrosystème et gestion durable de l’environnement s’avère une urgente nécessité.

 

AMELIORATION DES PRATIQUES CULTURALES 

Plusieurs techniques d’amélioration de la production végétale peuvent être proposées :

 

  • La sélection génétique par hybridation engendrant souvent des hybrides plus résistants que leurs parents. Les progrès en matière de génétique ont accéléré ce processus de sélection-hybridation permettant d’obtenir des espèces plus résistantes et moins exigeantes en terme de nutrition ce qui limite l’emploi des engrais et des produits phytosanitaires.  
     
  • Les OGM (organismes génétiquement modifiés) végétaux, dont le patrimoine génétique a été modifié en insérant des gènes insecticides ou de résistance à la sécheresse.
     
  •  La consommation d'eau pour l’irrigation des cultures peut aussi être diminuée en privilégiant la micro-irrigation (tuyaux poreux qui distribuent régulièrement l'eau au pied de chaque plant) plutôt que les arroseurs par aspersion, dont une grande quantité d'eau est évaporée avant d’arriver au sol. 
     
  • La répartition des espèces cultivées en fonction de leurs besoins hydriques : cultiver les espèces exigeantes en eau dans les régions humides, et les espèces peu exigeantes dans les régions arides. 
     
  • La lutte biologique : en utilisant par exemple des coccinelles pour se débarrasser des pucerons 
     
  • La mycorhization : permet à la plante par une symbiose entre ses racines et le mycélium du champignon la fixation d’éléments minéraux ce qui entraine une fertilisation du sol et une diminution de l’apport en engrais chimiques. 
     
  • Le semis sur couvert végétal : Une alternative d’agriculture sans labour ni hersage qui se pratique en plein champ en semant au travers d’une couverture végétale morte ou vivante. Cette pratique maintient l’activité biologique du sol en limitant l’apport d’intrants. 

 

Par ailleurs, pour réduire les effets néfastes de l’élevage (essentiellement, l’élevage bovin) sur l’environnement la recherche de nouvelles sources de protéines animales (les insectes, à titre d’exemple) pourrait constituer une alternative. 

Fin de l'extrait

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