Bac 2023 Sciences de la vie et de la Terre : sujet et corrigé

Les situations de stress sont très consommatrices d’énergie et mobilisent les cellules musculaires afin d’assurer un comportement de fuite ou de combat par exemple.

Le glucose est un nutriment essentiel lors de la production d’énergie de toutes les cellules, dont les cellules musculaires.

Lors d’une situation de stress, montrer comment la libération d’adrénaline est à l’origine d’une production accrue d’ATP par les muscles.

Vous rédigerez un texte argumenté. On attend que l’exposé s’appuie sur des résultats d’expériences, d’observations, des exemples…

Depuis le début du $X{X}^e$ siècle, la température atmosphérique moyenne de la Terre a augmenté d’environ $1^{\circ }C$ en lien avec un dérèglement climatique. Dans les zones polaires et sub-polaires, une partie du sol reste en permanence gelée : on l’appelle le pergélisol. Le pergélisol couvre $20\%$ de la surface mondiale des continents, principalement près des pôles (Groenland, Canada, Russie (Sibérie)) et dans les régions montagneuses.

Montrer que la fonte du pergélisol pourrait être un facteur amplificateur du dérèglement climatique.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.

Document 1 - concentration de deux gaz atmosphériques ($C{H}_4$ et $C{O}_2$) depuis 1750
Les points indiquent des valeurs de concentration mesurées dans les glaces et les traits indiquent des valeurs mesurées directement dans l’atmosphère depuis 1950 jusqu’en 2014.

[Graphiques montrant l'augmentation du $C{O}_2$ (de ~280 à ~400 ppm) et du $C{H}_4$ (de ~700 à ~1800 ppb) entre 1750 et 2014]

ppm : partie par million. Une valeur de X ppm signifie que dans un million de molécules dans l’air, X sont des molécules de $C{O}_2$
ppb : partie par milliard. Une valeur de Y ppb signifie que dans un milliard de molécules dans l’air, Y sont des molécules de $C{H}_4$

Document 2 - participation à l’effet de serre de différents gaz atmosphériques
La contribution à l'effet de serre de chaque gaz se mesure grâce au pouvoir de réchauffement global (PRG).
Le pouvoir de réchauffement global d'un gaz se définit relativement au $C{O}_2$. Un gaz qui a un PRG relatif/$C{O}_2$ d’une valeur de « X » est « X » fois plus efficace dans l’effet de serre que le $C{O}_2$.

*PRG relatif/ $C{O}_2$ : Pouvoir de Réchauffement Global relatif par rapport au $C{O}_2$

Document 3 - le pergélisol
Le pergélisol est un grand réservoir continental de matière organique carbonée et azotée, au même titre que les réserves de combustibles fossiles que sont le pétrole, le gaz et le charbon : « 1 700 milliards de tonnes de carbone d’origine végétale s’y sont accumulées depuis la dernière glaciation, explique Florent Dominé. C’est deux fois plus de carbone que n’en contient actuellement l’atmosphère ! »

Lorsque le pergélisol dégèle, il forme des mares dans lesquelles des morceaux de sol se détachent et apportent nutriments et carbone aux bactéries et au plancton présents dans la mare. [...]
« Dans certaines [mares], le carbone est âgé de plus de 20 000 ans ! Cela signifie que c’est le vieux carbone stocké dans le pergélisol qui est de nouveau accessible à ces micro-organismes » rapporte Warwick Vincent, le directeur scientifique du Centre d’études nordiques, qui gère notamment la base scientifique de Umiujaq au Canada « Il existe des millions de ces mares en Arctique${}^1$, sur une superficie de plusieurs centaines de kilomètres carrés », estime Warwick Vincent.

${}^1$ L’Arctique est la zone géographique correspondant au Groenland, à une partie du Canada et à la Sibérie.

Document 4 - modèle simplifié des relations métaboliques entre micro-organismes peuplant une mare de pergélisol dégelé.
Il existe une diversité de microorganismes qui possèdent des métabolismes différents. Sur le schéma ci-dessous, sont représentés les substrats utilisés par les microorganismes et les produits issus de leur métabolisme.

[Le schéma illustre les flux suivants :]

• Dans le sol dégelé : la matière organique est transformée par des microorganismes (dont des « méthanogènes ») en $C{H}_4$, $C{O}_2$ et $N_{2}O$ qui sont libérés vers l'atmosphère.
• Dans l'eau de la mare :
  • Le $C{O}_2$ est utilisé par des microorganismes photosynthétiques qui rejettent de l'$O_2$.
  • Le $C{H}_4$ et l'$O_2$ sont utilisés par des microorganismes méthanotrophes qui rejettent du $C{O}_2$.
• Des échanges gazeux ($O_2$, $C{O}_2$, $C{H}_4$, $N_{2}O$) ont lieu entre l'eau/le sol et l'atmosphère.

Document 5 - évolution des populations des micro-organismes méthanogènes et méthanotrophes dans du pergélisol selon la température
Résultats obtenus à partir d’un échantillon d’un gramme de pergélisol dégelé avec ajout d’un substrat nutritif carboné adapté. Les cultures bactériennes sont réalisées pendant 62 jours à $4^{\circ }C$ et à $10^{\circ }C$.

[Graphique à barres montrant la quantité relative de bactéries à $10^{\circ }C$ par rapport à $4^{\circ }C$ :]

• % bactéries méthanotrophes : ~37 %
• % bactéries méthanogènes : ~16 %

Document 6 – quantité de $N_{2}O$ émis selon le milieu
[Graphique comparant le flux de $N_{2}O$ ($g{N}_{2}O{m}^{-2}$)]

• Sol dégelé : flux important (environ $1,2g{N}_{2}O{m}^{-2}$).
• Sol gelé : flux quasi nul.

Le $N_{2}O$ est produit par des métabolismes bactériens utilisant la matière organique présente dans le sol.