La serre du futur

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Annales corrigées
Classe(s) : 3e | Thème(s) : La planète Terre, l’environnement et l’action humaine - Le vivant et son évolution - L’informatique et la programmation - La modélisation et la simulation des objets et systèmes techniques
Type : Exercice | Année : 2016 | Académie : Inédit


Sujet inédit

svt et technologie • 50 points

La serre du futur

La culture sous serre est une technique permettant d’échapper aux conditions climatiques parfois peu propices et de produire des fruits et légumes toute l’année. Elle permet aussi d’optimiser la production en contrôlant tous les facteurs du milieu, comme c’est le cas de la culture hydroponique. Elle est très utilisée pour la production industrielle de tomates.

1. SVT • la culture hydroponique 25 points

Document 1 Le principe de la culture hydroponique de la tomate

Sci3_1600_00_08C_01

La culture hydroponique est une technique de culture hors-sol. La terre est remplacée par un substrat stérile : billes d’argile, laine de roche, etc.

Une solution nutritive, mélange d’eau et d’engrais chimique est pompée de façon permanente puis délivrée au goutte à goutte au pied des plants de tomate. Chaque ion minéral dans l’engrais est apporté à sa dose optimale, qui permet le meilleur rendement.

L’éclairage est automatisé afin d’apporter assez d’énergie lumineuse même si l’ensoleillement est faible et de fixer la durée du « jour ».

La serre est chauffée en hiver.

Document 2 Les atouts de la culture hydroponique

Type de culture

Plein air

Sous serre

Culture hydroponique

Période de récolte

juillet

avril à juillet

mars à juillet

Productivité (en tonne par an)

35

140

180

Usage d’engrais

important (épandage)

contrôlé

réduit car très contrôlé

Usage de pesticides

important (épandage)

contrôlé

très faible

Conditions climatiques

non contrôlées

modifiables

très contrôlées

La culture hydroponique est économe en eau. La solution nutritive est apportée directement au système racinaire réduisant ainsi les pertes par évaporation ou par projection. On considère que les systèmes hydroponiques permettent de réaliser 75 à 90 % d’économie en eau par rapport à un arrosage traditionnel.

Une économie en engrais peut être réalisée si les solutions nutritives qui ont alimenté les cultures sont en plus recyclées. Ceci limite aussi les transferts de polluants vers le milieu naturel.

Document 3 Les inconvénients

L’installation de ces serres demande un investissement financier important.

Les filières de traitement de certains substrats usagés (laine de roche en particulier) sont encore peu développées dans certains pays. Ils sont souvent entassés à proximité des serres de tomates.

Dans un système hydroponique fermé où la solution nutritive est recyclée, le risque de propagation d’un agent pathogène d’une plante à l’ensemble de la culture est grand.

De l’électricité est utilisée pour l’éclairage et le fonctionnement de la pompe à eau. Une panne de la pompe, du programmateur d’arrosage, une coupure du courant prolongée peut, selon le système utilisé, ruiner la culture en quelques heures.

1. D’après le document 1 et vos connaissances, cochez pour chaque question du QCM suivant la ou les propositions correctes.

a) Pour produire sa matière, la plante chlorophyllienne absorbe :

du CO2

des sels minéraux

de l’eau

de la matière organique.

b) Un engrais :

apporte des sels minéraux

apporte de la matière organique

est aussi appelé pesticide

pollue les nappes phréatiques

▶ 2. D’après le document 2, quels sont les avantages de la culture hydroponique pour l’agriculteur ?

▶ 3. D’après les documents 1 et 2, comment les apports sont-ils optimisés en culture hydroponique ?

▶ 4. À partir de l’étude du document 2, montrer en quoi la culture hors sol semble plus adaptée au respect de l’environnement.

▶ 5. Conseilleriez-vous à un agriculteur d’utiliser ce type de culture ?

2. Technologie • la programmation de la serre 25 points

L’étude suivante porte sur l’arrosage et l’apport d’engrais qui est dosé afin de gérer au mieux la culture hydroponique.

Document 1 Principe de fonctionnement

Le dosage d’engrais et d’apport en eau est réalisé par l’installation d’un goutteur et d’un capteur d’humidité à proximité immédiate de la plante. L’humidité du substrat est contrôlée par le boîtier programmable. Si elle est inférieure à une valeur donnée, le boîtier donnera l’ordre à une carte électronique de puissance de mettre en route la pompe. Le goutteur transmettra alors de l’engrais et de l’eau à la plante.

Document 2 Schématisation du système d’arrosage automatique

Sci3_1600_00_08C_02

1. À l’aide des documents 1 et 2, compléter la chaîne d’information et la chaîne d’énergie du système d’arrosage automatique.

Sci3_1600_00_08C_03

▶ 2. Compléter l’organigramme de programmation du système d’arrosage automatique.

Sci3_1600_00_08C_04

▶ 3. Pourquoi le programme n’a-t-il pas de fin ?

Les clés du sujet

Exercice 1 : SVT

Comprendre les documents

Les documents 1 et 2 présentent le fonctionnement de la culture hydroponique des tomates, la façon dont les apports sont contrôlés.

Répondre aux questions

 2. Il faut se placer du point de vue de l’agriculteur, et donc évaluer la rentabilité de cette culture.

 3. En rappelant les besoins du végétal, montre comment la culture hydroponique les apporte de manière optimale.

 4. Dans le tableau et dans le texte, intéresse-toi aux informations en lien avec l’environnement : tout ce qui se rapporte à l’eau, aux pesticides et aux engrais.

 5. Il s’agit d’une question de synthèse. Il faut regrouper tous les éléments vus dans les documents afin de faire un bilan et ici estimer l’intérêt de cette culture pour l’agriculteur.

Exercice 2 : technologie

Comprendre les documents

Le document 1 explique le principe de fonctionnement de l’arrosage automatique, identifie l’objectif attendu du système et les différentes étapes permettant d’atteindre cet objectif.

Le document 2 précise les circulations d’information et d’énergie électrique du système, il sera utile pour analyser leurs cheminements.

Répondre aux questions

 1. Sur le document 2, il faut distinguer les éléments de la chaîne d’information de ceux de la chaîne d’énergie. Ensuite, il sera plus facile de suivre le cheminement de l’information (qui commence par un capteur, un détecteur ou un codeur) et celui de l’énergie.

 2. Le document 1 précise ce qui est attendu du système : l’arrosage du substrat. Les cases en forme de parallélogramme sont des actions. Elles peuvent donc servir à mettre en route l’actionneur du système (ici la pompe).

Corrigé

Corrigé

1. SVT

▶ 1. a) Pour produire sa matière, la plante chlorophyllienne absorbe du CO2, des sels minéraux et de l’eau.

b) Un engrais est un apport en sels minéraux. Les engrais sont également responsables de la pollution des nappes phréatiques.

▶ 2. La culture hydroponique permet de récolter des tomates pendant 5 mois, soit un mois de plus que sous une serre simple et 5 fois plus qu’en culture en plein air.

La production de 180 tonnes par an est 5 fois plus importante qu’à l’air libre et 30 % plus qu’en serre.

L’agriculteur peut économiser sur les engrais, l’eau et les pesticides qui sont moins utilisés.

La production est donc plus rentable.

▶ 3. Le plant de tomate a besoin d’eau, de sels minéraux et de lumière pour se développer. L’eau et les sels minéraux sont apportés par la solution nutritive au goutte à goutte, au dosage optimal. La lumière est celle du soleil. Si elle vient à manquer, un éclairage artificiel complémentaire est prévu.

▶ 4. La culture hors sol, en limitant les pertes par le système de goutte à goutte, permet une économie importante d’eau (75 à 90 %) ce qui préserve les ressources naturelles.

Le dosage précis en engrais de la solution nutritive et son recyclage permettent de diminuer les doses et donc de limiter les rejets d’engrais dans l’environnement où ils ont un effet néfaste.

L’utilisation de très peu de pesticides (les végétaux ne sont pas en contact avec le sol donc peu contaminés par des parasites) permet aussi de limiter la pollution.

La culture hors sol en polluant moins et en utilisant moins les ressources naturelles est plus adaptée au respect de l’environnement.

Conseil

Pour évaluer l’intérêt de cette culture il faut évoquer les avantages et les inconvénients pour l’agriculteur.

▶ 5. La culture hydroponique a des avantages pour l’agriculteur : une récolte sur une période plus longue, une production plus importante, un usage plus faible d’eau, d’engrais et de pesticides (question 2).

Mais elle a aussi des inconvénients : le coût de l’installation, le recyclage du substrat, un risque de propagation d’un agent pathogène par la solution nutritive, une utilisation d’électricité importante qui a un coût. Cette production est fragile car elle tributaire de l’apport en électricité et du matériel : une coupure d’électricité peut diminuer ou même détruire la production.

Les coûts de fonctionnement sont diminués et la production est augmentée, cette culture est donc plus rentable, mais elle est fragile car très artificielle. On peut donc la conseiller tout en expliquant ses faiblesses.

2. technologie

▶ 1.

Sci3_1600_00_08C_05

▶ 2.

Sci3_1600_00_08C_06

▶ 3. Le programme n’a pas de fin parce que la plante a toujours besoin d’eau et d’engrais. On ne peut pas arrêter d’alimenter la plante.