SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

Durée 30 minutes – 25 points

La coccinelle asiatique

Document 1 – L’utilisation des coccinelles dans la lutte biologique.

Les coccinelles regroupent environ $6000$ espèces réparties dans le monde. Le nombre de points de la coccinelle dépend de l'espèce et non de son âge.

Les coccinelles sont des insectes utilisés par les humains : beaucoup d'espèces se nourrissent en effet de pucerons ou d’acariens (nuisibles pour les cultures) et sont donc utilisées comme insecticide naturel en lutte biologique.

L’introduction de la coccinelle asiatique (Harmonia axyridis), d’origine orientale (on la trouve originairement en Chine, au Japon et dans l’est de la Russie), a volontairement été importée en Europe et aux États-Unis dans les années 1980 pour lutter de manière biologique contre les pucerons afin de remplacer l’utilisation de produits chimiques.

Document 2 – Étude comparative du nombre de proies consommées pour différentes espèces de coccinelles.

Le tétranyque rouge est un acarien parasite du pommier.
Des chercheurs ont voulu mesurer la consommation de tétranyques rouges sur un plant de pommier par la coccinelle asiatique (Harmonia axyridis) ainsi que pour deux espèces de coccinelles européennes : la coccinelle à sept points (Coccinella 7-punctata) et la coccinelle à quatorze points (Propylea 14-punctata).

(Le graphique montre le nombre de proies consommées en 24h : environ 49 pour Harmonia axyridis, environ 8 pour Coccinella 7-punctata et environ 35 pour Propylea 14-punctata).

Question 1 (3 points) : répondre au QCM sur l’annexe page 4 (à rendre avec la copie).

Question 2 (6 points) : d’après les documents 1 et 2, justifier l’intérêt pour l’humain d’avoir introduit volontairement la coccinelle asiatique en Europe et aux États-Unis. Des données chiffrées sont attendues.

Document 3 – Evolution du nombre d’individus pour deux espèces de coccinelles.

Entre 2002 et 2007, en Belgique, un inventaire a été réalisé afin d’étudier l’évolution de deux espèces de coccinelles, dont la coccinelle asiatique (Harmonia axyridis) et une espèce de coccinelle indigène* (Propylea 14-punctata).

Indigène = espèce qui vit dans sa région d’origine

(Le graphique montre qu'en 2002, Propylea 14-punctata est à environ 170 individus et Harmonia axyridis à environ 10. En 2007, Propylea 14-punctata est tombée à environ 10 individus alors que Harmonia axyridis est montée à environ 110).

Question 3 (8 points) : à partir du document 3, décrire l’évolution du nombre de coccinelles asiatiques (Harmonia axyridis) avec l’espèce de coccinelle indigène* (Propylea 14-punctata) entre 2002 et 2007. Quelques données chiffrées sont attendues.

Document 4 – Une espèce devenue envahissante.

La coccinelle asiatique a aussi été définie comme espèce envahissante, explique le généticien Arnaud Estoup : « Elle a un impact négatif sur les espèces locales de coccinelles. Elle est plus grosse et plus vorace qu’elles : elle mange d’énormes quantités de pucerons. Quand elle passe quelque part, les coccinelles locales n’ont souvent plus rien à manger.
Et non contente d’être vorace, la coccinelle asiatique se révèle également cannibale : elle attaque les œufs des autres espèces de coccinelles locales ».

Question 4 (8 points) : à l'aide des documents 3 et 4, expliquer en quoi l’introduction d’une nouvelle espèce comme la coccinelle asiatique par l’humain, a des conséquences sur les espèces de coccinelles déjà présentes naturellement dans un milieu.

TECHNOLOGIE

Durée 30 minutes – 25 points

MODIFICATION D'UN OVERBOARD

Le modèle Xenox est un overboard de la société Z. Il s'agit d'un plateau avec deux roues motorisées (figure 1) permettant à une personne de se déplacer.
L'utilisateur dispose d'une télécommande radiofréquence pour activer 3 modes de fonctionnement : boost, musique, anti-vol.
Dans un souci d'amélioration de son produit, la société Z souhaite faire évoluer cette télécommande en la remplaçant par un bracelet radiofréquence avec de nouvelles fonctionnalités.

ANALYSE DE L'OBJET

Dans un premier temps, il est nécessaire d’analyser l'overboard actuel afin d'en prévoir les améliorations. Le détail des composants est indiqué sur la figure 2.

Une batterie $36\text{ V}$ fournit l'énergie électrique à des modulateurs de puissance qui permettent de commander les moteurs électriques en leur fournissant plus ou moins d'énergie. L'énergie mécanique produite par ces moteurs permet d’entraîner les roues.

Composants identifiés (Figure 2) :

• Capteur de pression gauche / droit
• Processeur
• Capteur d’inclinaison
• Batterie $36\text{ V}$
• Récepteur radiofréquence
• Modulateurs de puissance (moteur gauche et droit)
• Moteurs (gauche et droit)

Question 1 (4 points) - Sur l’annexe en page 8 (page 9 du PDF), compléter la chaîne d’énergie de l’overboard.

Question 2 (3 points) - Sur la copie, en s'aidant du schéma représentant la chaîne d'énergie en annexe, indiquer les formes d’énergie au niveau des repères ❶, ❷ et ❸.

Un capteur d'inclinaison détecte la position de l'utilisateur : corps en avant pour accélérer, corps en arrière pour ralentir. La télécommande permet d'activer des fonctions spéciales : mode boost, lecture musique, anti-vol, en les transmettant au récepteur radiofréquence. Enfin, par sécurité, la présence d'un utilisateur sur l'overboard est détectée par deux capteurs de pression (un sous chaque pied).
Un processeur analyse ces données et transmet aux modulateurs de puissance les ordres de fonctionnement des moteurs par l’intermédiaire de câbles électriques.

Question 3 (4 points) - Sur l’annexe en page 8 (page 9 du PDF), compléter la chaîne d'information de l'overboard.

AMÉLIORATION DE L'INTERFACE PILOTE / OVERBOARD

La société Z souhaite concevoir un bracelet de communication afin de remplacer la télécommande. Les demandes d'évolution pour le bracelet communicant sont définies ci-dessous.

• Le bracelet devra pouvoir piloter l'overboard. Pour cela le bracelet devra pouvoir reconnaitre l'overboard et lui transmettre des données par radiofréquence (émission des 3 modes de fonctionnement).
• Le diamètre du bracelet devra être réglable (de $5$ à $12\text{ cm}$ de diamètre) et devra posséder un écran tactile de $3\text{ cm}$ de diamètre.
• Une batterie $5\text{ V}$ permettra d'alimenter le bracelet pendant au moins $3$ heures. Elle sera rechargeable grâce à un cordon USB.
• Le bracelet doit être conçu avec une attention particulière pour le respect de l'environnement. Lors du démontage du prototype, on s'assurera qu'un minimum de $80\%$ de pièces sont recyclables.

Question 4 (6 points) - Sur l’annexe en page 8 (page 9 du PDF), compléter le cahier des charges du bracelet communicant.

CHOIX DU TYPE DE COMMUNICATION RADIO

La société Z souhaite choisir le type de communication radio le plus adapté. Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques de plusieurs technologies.

La technologie retenue devra avoir une portée suffisante, consommer le moins possible d’énergie, être sécurisée et permettre un débit d'au moins $0,5\text{ Mbit/s}$.

Question 5 (4 points) - Sur la copie, indiquer le type de communication le plus adapté entre le bracelet et l’overboard. Justifier la réponse avec deux arguments.

PROTOCOLE DE COMMUNICATION AVEC L’OVERBOARD

Afin que le bracelet et l’overboard puissent communiquer, ils doivent s’être mutuellement reconnus.
Pour cela un code spécial est envoyé par le bracelet à l'overboard : #@@PPPP#
Si l'overboard reconnaît ce code, il se met en relation avec le bracelet et le signale par une lumière verte.

Question 6 (4 points) - Sur l’annexe en page 8 (page 9 du PDF), compléter le programme qui permet d'envoyer le code spécial à l'overboard.