Un gazon prêt pour l'Euro 2016

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Énergie et cellule vivante
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2016 | Académie : Afrique


Afrique • Juin 2016

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

Un gazon prêt pour l’Euro 2016

En prévision des futurs matchs de football de l’Euro 2016 en France, des travaux ont été réalisés pour assurer une qualité de pelouse irréprochable. Une variété de gazon résistante au piétinement a été sélectionnée et des spécialistes ont développé des outils pour lui assurer une croissance optimale. L’objectif étant de commander le plus justement possible l’éclairage des zones les plus sombres et de maîtriser la température.

À partir de l’exploitation des documents mise en relation avec vos connaissances, expliquez comment les spécialistes doivent ajuster les paramètres, lumière et température, pour assurer une croissance optimale du gazon des stades français.

document 1 Expérience de Reinke

En 1883, Reinke étudie l’effet de l’intensité de la lumière et de la température sur la photosynthèse.

Le graphique suivant représente l’intensité de la photosynthèse en fonction de l’intensité lumineuse et pour deux températures différentes.

svtT_1606_01_03C_01

D’après www.afblum.be/bioafb/chloropl/chloropl.htm

document 2 Spectre d’action de la lumière et spectre d’absorption des pigments chlorophylliens

svtT_1606_01_03C_02

document 3 Variation de l’assimilation du CO2 en fonction de la température chez le pois

svtT_1606_01_03C_03

Le gazon réagit de la même façon que le pois.

D’après www.ese.u-psud.fr

document 4 Conditions d’assimilation du CO2 au niveau des chloroplastes

a. Influence de la température sur l’assimilation du CO2

Expérience

Résultats immédiats

On soumet des plants d’avoine à une baisse de température et on effectue des mesures de la teneur en molécules constituant le cycle de Calvin.

• Augmentation du taux de F1,6BP

• Augmentation du rapport TP/RuBP

• Grande diminution du rapport APG/TP

D’après www.jpboseret.eu/biologie

b. Incorporation du CO2 dans les molécules organiques au cours du cycle de Calvin

svtT_1606_01_03C_04

APG : acide-3-phosphoglycérique

TP : triose phosphate

RuBP : ribulose-1, 5- diphosphate

F1,6BP : fructose-1, 6- disphosphate

RH2 : transporteur réduit

Certaines étapes du cycle de Calvin sont catalysées par des enzymes sensibles à la température. Les glucides produits par le cycle de Calvin participent à la croissance de la plante.

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Le thème de la qualité du gazon des terrains de football permet d’analyser l’action de facteurs externes (lumière et température) sur l’intensité de la photosynthèse.

Les documents 1 et 3 mettent en évidence l’influence de la lumière et de la température sur l’intensité de la photosynthèse. On en déduit les conditions de température et de luminosité idéales pour entretenir le gazon.

Les documents 2 et 4a expliquent comment la lumière et la température agissent sur le rendement de la photosynthèse, la première intervenant durant la phase photochimique et la deuxième durant la phase biochimique.

Mobiliser ses connaissances

La cellule chlorophyllienne des végétaux verts effectue la photosynthèse grâce à l’énergie lumineuse. Le chloroplaste est l’organite clé de cette fonction. La phase photochimique produit des composés réduits RH2 et de l’ATP. La phase chimique produit du glucose à partir du CO2 en utilisant les produits de la phase photochimique. L’activité des enzymes qui catalysent les différentes étapes de la phase chimique dépend de la température.

Corrigé

Corrigé

Introduction

La lumière et la température sont deux paramètres importants pour obtenir et entretenir un gazon permettant la pratique du football.

À l’aide des documents proposés, nous allons montrer comment les caractéristiques de la lumière et de la température influent sur la croissance du gazon et donc sur les conditions d’un développement optimal.

I. L’importance de l’intensité lumineuse et de la température

Le gazon naturel est constitué d’un ensemble de graminées. Sa croissance dépend de la photosynthèse réalisée dans les parties chlorophylliennes.

Le document 1 montre que l’intensité de la photosynthèse est directement proportionnelle à l’intensité lumineuse jusqu’à un seuil maximum. Au-delà, l’augmentation de l’intensité lumineuse est sans effet.

La valeur du seuil atteint dépend de la température : il est de 1,6 UA à 15 °C et de 4 UA à 25 °C. L’intensité de la photosynthèse dépend donc de la température.

Pour des intensités lumineuses faibles, de 0 UA à 100 UA environ, l’intensité de la photosynthèse est la même à 15 °C ou à 25 °C. Dans ce cas, l’intensité lumineuse est le facteur limitant : rien ne sert d’augmenter la température en faible éclairement.

À partir de 150 UA, à 15 °C, une augmentation de l’intensité lumineuse n’a plus d’effet sur la photosynthèse, alors qu’à 25 °C cette augmentation intensifie la photosynthèse, qui passe de 2 UA à 4 UA environ : rien ne sert d’augmenter l’intensité lumineuse si la température est basse. Dans ce cas, c’est la température qui joue le rôle de facteur limitant.

Pour l’ensemble de la surface gazonnée, il est nécessaire que la lumière et la température ne soient pas des facteurs limitants.

II. Température et intensité de la photosynthèse

Le document 3 indique en ordonnée les valeurs de l’assimilation du dioxyde de carbone, valeurs qui traduisent l’intensité de la photosynthèse du pois. Le document précise que le gazon réagit de la même manière. Pour le pois comme pour les plantes du gazon, la photosynthèse augmente avec la température entre 7 °C et 18 °C. À 18 °C, elle atteint sa valeur maximale, qui reste constante entre 18 et 25 °C. Elle diminue pour les températures supérieures à 25 °C.

Pour une bonne croissance du gazon, il faut donc maintenir une température d’environ 20 °C et éviter les températures extrêmes.

III. Modalités d’action de la lumière sur l’intensité de la photosynthèse

Le document 2 présente le spectre d’action de la photosynthèse. Il montre que les radiations nécessaires à la synthèse de matières organiques par photosynthèse sont situées dans le bleu-violet et dans le rouge-orangé. Les radiations les moins efficaces sont les radiations vertes.

Remarque

Il est inutile d’envisager séparément les différents pigments chlorophylliens : c’est l’idée générale qui est importante.

Ce même document 2 permet de constater que l’ensemble des pigments chlorophylliens (chlorophylles a, b et caroténoïdes) présente une forte absorption des radiations situées dans le bleu-violet ; la chlorophylle a et le carotène absorbent aussi, mais plus faiblement, les radiations dans le rouge-orangé.

La concordance entre les spectres d’action et d’absorption souligne que les pigments chlorophylliens jouent un rôle dans la photosynthèse en absorbant des radiations lumineuses, ce qui fournit l’énergie nécessaire à la photosynthèse.

IV. Modalités d’action de la température sur l’intensité de la photosynthèse

Le document 4b schématise le cycle de Calvin dans lequel la lumière n’intervient pas directement (phase non lumineuse de la photosynthèse), mais où toutes les réactions du cycle sont catalysées par des enzymes sensibles à la température. C’est donc en agissant sur l’activité enzymatique que la température intervient.

Ce cycle comprend trois grandes étapes :

étape 1 : incorporation du dioxyde de carbone qui aboutit à la formation d’APG ;

étape 2 : réduction de l’APG en triose phosphate (TP) ;

étape 3 : régénération du ribulose-diphosphate (RuBP).

En outre, une molécule de TP synthétisée à la suite de l’incorporation de trois molécules de CO2 sort du cycle pour servir à la synthèse de glucides.

Attention !

Les données de l’expérience 4a concernent l’évolution immédiate indiquant l’impact initial de l’abaissement de température. Ensuite, si les conditions restent les mêmes, un équilibre s’établit avec une efficacité moindre du cycle, donc de la photosynthèse.

L’abaissement de la température (document 4a) entraîne une augmentation du rapport TP/RuBP. Cela signifie que l’étape 3 est affectée par la baisse de température : la régénération du ribulose-diphosphate est davantage ralentie que la synthèse du triose phosphate.

L’accumulation de fructose-diphosphate indique que, dans la régénération du ribulose-diphosphate, ce sont les enzymes intervenant dans le passage du fructose-diphosphate au RuBP qui ont une activité fortement réduite par l’abaissement de température.

La grande diminution du rapport APG/TP indique que les enzymes assurant le passage de l’APG au triose phosphate sont peu affectées par la baisse de température. En outre, comme le RuBP est peu régénéré, le renouvellement de l’APG est faible.

Bilan

La température intervient en affectant de façon différentielle l’activité des enzymes du cycle de Calvin. Une baisse de température, en affectant la régénération du ribulose-diphosphate, entraîne la diminution de l’assimilation du dioxyde de carbone et donc l’intensité de la photosynthèse.

Conclusion

La température en hiver est, en moyenne, relativement basse et la durée d’éclairement réduite ; de plus, certaines parties des terrains sont souvent peu éclairées à cause de l’ombre des tribunes.

Des facteurs limitants de la croissance du gazon interviennent alors et peuvent être compensés par des techniques comme un éclairement artificiel adapté des différentes parties du terrain. En outre, un chauffage intégré du sol devrait permettre de maintenir la pelouse à des températures favorables à la photosynthèse.