D5- Plantes - Enjeux planétaires contemporains

 

 

D5A- La vie fixée chez les plantes, résultat de l'évolution

 

 

1-110- Organisation et développement d’une plante 

Organisation : AP1 

Un développement à l’interface du sol et de l’atmosphère 

La croissance des organes aériens

Tiges et feuilles => Grande interface air - plante

 

La croissance des organes souterrains

Chevelu racinaire => Grande interface sol – plante

Réactions de la plante à l'inclinaison = Géotropisme

Le bourgeon apical se développe vers le haut

Le bourgeon apical racinaire se développe vers le bas

 

2-112- La plante et ses échanges avec l’environnement

A- Une morphologie foliaire adaptée captent la lumière et échangent des gaz avec l’air

Une grande surface foliaire pour captée l'énergie : 80 cm²/g = 8 m²/kg

Une forte densité de capteurs, les chloroplastes, dans le parenchyme palissadique

Une surface démultipliée pour les échanges gazeux

Nombreux stomates et nombreuses cavités dans le parenchyme lacuneux
Ouverture des ostioles des stomates <=> Assimilation du CO₂ <=> Lumière du jour
Observation: fermeture des ostioles aux heures chaudes (13 h ..) => anti sécheresse

 

B- Les organes souterrains absorbent l’eau et les ions du sol 

Chevelu racinaire important => grande surface de contact = 520 cm²/g

Une surface démultipliée grâce aux poils absorbants.

 

3-114- Les circulations de matières dans la plante
           Pour satisfaire les besoins : des structures de transport AP2

Pour produire la matière organique à partir de la photosynthèse dans les feuilles

Besoins de sels minéraux et d'eau du sol = sève hydrominérale ascendante

Des ¢ organisées en vaisseaux = Xylème
Des ¢ mortes consolidées en lignine

Pour alimenter toutes les ¢ de la plante = sève organique ou élaborée fabriquée dans les feuilles.

Des ¢ organisées en tubes = Phloème
Des ¢ vivantes consolidées en cellulose

Xylème et phloème sont toujours regroupés

Ils sont fabriqués à partir d'une même couche de ¢ = le cambium

La première année : croissance en longueur => formations I (en faisceaux)

Ensuite, formations II en épaisseur

 

Xylème et phloème relient tous les organes du végétal 

Tiges,
Feuilles: nervures et pétiole,
Racines

4-116- Les plantes se protègent contre les agressions
              A- Les plantes se protègent contre les agressions du milieu

Exemple avec un spécialiste des milieux de vie très secs : l’oyat des dunes.

Ammophila arenaria Poacées (ou Graminées)

 

B- Protection contre des prédateurs. Ex : des acacias africains

Des armes mécaniques, chimiques et biologiques

- Epines

- Tannins => perturbation digestives Appétence amoindrie

- Fourmis mutualistes piquantes

5-118- La fleur, une organisation en couronnes AP1
               Organisation générale : pièces florales (exo)

Périanthe : sépale et pétales

Androcée : étamines (Filet et anthères)

Gynécée : pistil ( Ovaire/carpelles, Style et stigmate)

 

Présentation : diagramme floral

Formule : (3S + 3P) 6T + 6E + 3C

Sépales et pétales peu différenciables => Tépales

Diagramme : cercles concentriques

6- 120- Le contrôle génétique de la morphogenèse florale
               Les pièces florales sont des feuilles modifiées

A partir d'un bourgeon floral

 

Sous contrôle de gènes du développement.

Modèle « ABC » => 3 familles de gènes

S'expriment différemment dans les ¢ selon leur emplacement dans le bourgeon floral

Confirmation : Comparaison des gènes A B et C chez de mutants arabettes

     Sans pétale => mutation gène A (n° 55)

     Sans étamine => mutation gène B (n° 149)

     Sans étamine et sans pistil => mutations gène C (n° 530-531-532)

 

7-122- Pollinisation et coévolution
             Plusieurs modes de dissémination du pollen

Autofécondation (plus rarement)

Fécondation croisée

Par le vent = Anémogamie

Par les animaux pollinisateurs = Zoogamie 

Insectes (abeilles, papillons, ...) = Entomophilie

Oiseaux = Ornithophilie

Autres : petits mammifères, chauves souris...

 

Adaptation des plantes pour attirer les insectes pollinisateurs.

Glandes nectarifères: odeur - nourriture

Couleurs et formes des pièces florales
     - Couleur - nourriture
     - Formes (Orchidées): leurre sexuel

       

 

Adaptation des insectes pollinisateurs 

Des pièces buccales adaptées chez l'abeille pour le nectar

   Langue en goutière +/- fermée

   Palpes labiaux + mâchoire = étui (canal périphérique)

   Appareil lècheur-aspirateur de nectar => jabot

   Atteindre les glandes nectarifères => se couvrir de pollen

Les abeilles récoltent le pollen, passivement ou activement

 

Des adaptations conjointes = coévolution

Plantes : production de molécules, forme de fleurs,...

Pollinisateurs : développement d'organes mieux adaptés

 

8-124- Dispersion des graines et coévolution
              La formation et la dissémination des graines

        Pollinisation – Fécondation - Fenaison

Fructification : 

Ovule fécondé => graine

Paroi de l'ovaire => péricarpe

Dissémination :

Le vent = anémochorie

Les animaux = Zoochorie

Fruits charnus – digestion tardive => dissémination dans les excréments

Bilan => extension de l'aire géographique de la plante

 

Une adaptation évolutive parfois poussée = coévolution 

Exemple au Brésil : un cactus et un lézard

Lézards actifs (en vadrouille) <=> sortie de fruits du cactus

Lézard : chaleur, petitesse, grande bouche

Les graines ne peuvent germer que si elles sont passées dans l'intestin du lézard 

Bilan 129 

Test 132

 

* * * * * * * * * * * * * 

D5B- La plante domestiquée

1-262- Des plantes sauvages aux plantes cultivées

La domestication : une très longue histoire d’hommes et de plantes

Depuis la sédentarisation à la fin de l'ère glaciaire : 11 500 ans

Des blés sauvages aux blés dont on fait le pain et la semoule.

Engrain 2n => Amidonnier 4n => blé dur : semoule (pâtes non levées)

Amidonnier + égilope = blé tendre 6n : pain (pâtes levées) 8500 ans

 

La naissance d’une biodiversité façonnée par les agriculteurs

Sélection paysanne, locale et au long cours.

=> Les variétés de pays. Bien adaptées localement.

2-264- La sélection scientifique des végétaux

Sélectionner des lignées homogènes et stables

Un patient travail de sélection : Autofécondation sur plusieurs générations

Fécondation croisée de temps à autres => robustesse pour certains caractères

Résultat = lignées pures pour les caractères souhaités (homozygotie)

 

Croiser des lignées pures pour obtenir des hybrides aux qualités nouvelles

Fécondation croisée de lignées pures => hybrides homogènes

Expression de caractères intéressant chez les hybrides

1° année => production des semences du maïs hybrides
(1 rang pour fleurs mâles et 3/4 rangs fleurs femelles)

2° année : production/récolte des hybrides

3-266- Sélection et biotechnologies végétales

La biologie cellulaire au service de la création végétale

Les cultures in vitro permettent de contrôler
tous les facteurs physico-chimique et sanitaires.

A partir d'une ¢ (ou un petit nombre) => Cal  => plantule => plante entière.

Bilan: sélection rapide et conservation de grandes quantités

 

La biologie moléculaire au service de la création végétale

Les marqueurs moléculaires permettent de choisir les plants les plus intéressants.

Séquences d'ADN repérables (par des sondes) associés à des gènes d'intérêts

Repérage des allèles d'intérêts et des marqueurs spécifiques

Extraction ADN + PCR puis action d'enzymes de restrictions déterminées :

Electrophorèse + sondes => Empreinte génétique
Repérage des génomes (donc des plants) intéressants

4-268- L’obtention de plantes transgéniques

Exemple 1 : Soja Roundup-Ready (résistant au glyphosate) Planche 1

 

Étape 1 : Trouver un gène d’intérêt et préparer son transfert.

Récupératon du gène d'intérêt : gène R chez une bactérie résistante au glyphosate

Récupération d'un plasmide vecteur de Agrobacterium tumefaciens

Intégration du gène dans le plasmide

Intégration des plasmides recombinés dans les bactéries A.t.

Culture bactérienne

 

Étape 2 : Transférer le gène aux cellules de la plante cible.

Culture in vitro de Fragments de feuilles de soja et de bactéries recombinées

Infection de certaines ¢

Intégration du gène R, dans certaines cellules

 

Étape 3 : Sélectionner les cellules transformées et régénérer des plantes entières.

In vitro, ajout de glyphosate aux cultures des Cals

Les cals résistants ont intégré le gène de résistance

        Les cals résistants sont mis en culture
 

Étape 4 : Evaluer les plants pour affiner la sélection

Test génétique : nombre de gène R

Test biologique : abondance de la protéine résistante

Anticorps marqués antiprotéine de résistance

Intensité de la couleur <=> abondance le la protéine

 

Étape 5 : Produire les plantes génétiquement modifiées.

Culture in vitro puis sous serre

Reproduction par autofécondation

 

Exemple 2  : Maïs Bt (producteur d'une toxine contre la pyrale) Mon180 - Planche2

 

la toxine Cry1Ab de Bacillus thuringiensis (Bt)

Transfert dans un plasmide du gène associé à un gène de résistance à un antibiotique

Culture de bactéries porteuses de ce plasmide recombiné et sélection

2 techniques de transfert aux ¢ du maïs :

- Canon avec billes de tungsten enrobées de plasmides

- Contamination bactériennes des ¢

Culture des ¢ => cals => plants => cultures

5-270- Les semences, un enjeu contemporain

Problèmes liés aux plantes génétiquement modifiées

Problème biologique: une technique aux résultats hasardeux

Le locus du gène n'est pas contrôlé

Plusieurs gènes peuvent se mettre dans un même génome

Des gènes transférés peuvent perturber l'expression d'autres gènes de la plante

Problèmes environnementaux:

Dissémination des transgènes

Par le pollen sur des cultures voisines ou des plantes proches

Par des échanges horizontaux dans le sol

Pollution des sols

Ependage d'herbicide - Transfert d'insecticide

Pollution des sols et des nappes

Pollution des chaînes alimentaires jusqu'à l'homme

Diminution de la biodiversité en premier celle des sols

Perturbation des chaînes alimentaires

Baisse de la qualité des sols => apports d'intrants supplémentaires

Emergence de résistances.

Résistance aux herbicides, insecticides,... antibiotiques

Intérêt des biotechnologies

Evolution du travail sur les semences

Facilité des recherches avec les cultures in vitro

Rapidité des sélections

Sécurité des qualités des récoltes

Production de molécules médicaments en milieu confiné

Exemple avec l'insuline humaine

Problèmes liés aux biotechnologies dans l'évolution des semences

Gestion des brevets du vivant

Monopoles économiques qui « interdisent » le commerce des variétés paysannes

Destruction des cultures vivrières des pays en voie de développement

Soumission des agriculteurs aux exigences des grandes firmes

Remarque : nouvel intérêt pour des variétés paysannes

Mieux adaptées aux différents milieux

Moins d'intrants

Qualités nutritionnelles et organoleptiques

 

Bilan 275 

Test 278

 

 

* * * * * * * * * * * * * 

D5C- Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

 

1-238- Gradient géothermique et flux géothermique

A- Des manifestations du flux thermique

Des manifestations hydrothermales révélatrices.

Sources thermales

Fumeurs noirs

Geysers...

Observation : une température élevée à « faible» profondeur.

Grottes - Caves: T° constante été/hiver <=> contraste extérieur

Galeries de mines : 40-50 °C <=> 500-800 m de profondeur

 

B- Mesure du gradient et du flux géothermiques 

Le gradient géothermique : par forage

= variation de la T° avec la profondeur
Moyenne : 3° / 100 m

Variations locales : fourchette de 1 à 10

Record : Russie (Kola) : 12 262 m – 180 °C

Le calcul du flux géothermique

= énergie perdue par la surface de la terre en W/m²

Fonction de la conductivité thermique (CT) des roches

CT = Flux par conduction dans un gradient de 1 K/m

Bilan : les roches = mauvais conducteurs thermiques

=> favorables au stockage
 

2-240- Contexte géologique et ressource géothermique en France

A- Le flux géothermique en France et la. géologie du sous-sol

Gradient et flux géothermiques en France.

Carte des isothermes à 5000 m de profondeur.

Carte du flux géothermique

=> 3 régions : Rhone – Massif central - Alsace

Quelques traits du contexte géologique en France.

3 Massifs anciens – 3 Bassins sédimentaires – des massifs volcaniques

Exemple des aquifères du bassin parisien

Formation du bassin sédimentaire : par subsidence => accumulatin de strates

Des strates de roches imperméables avec des argiles (schistes ou marnes)

Strates de roches perméables : sables ou calcaires fractionné

Définition :

Aquifère = volume de roche capable de contenir de l'eau

Nappe phréatique = volume d'eau contenu dans un aquifère

Nappes aquifères et gradient géothermique

=> eaux chaudes dans aquifères (isothermes)

 

B- Les ressources potentielles en France

Les potentialités de la géothermie, en France : 3 types

Très basse énergie : eaux jusqu'à 30 °C avec pompes à chaleurs

Basse énergie : eaux de 30 – 100 °C directement pur le chauffage

Moyenne-haute E.: Eaux jusqu'à 250 °C

=> fluides – vapeur => turbines => électricité

Un exemple d’étude de faisabilité géothermique : région d'Orléans
Différentes nappes exploitables

Nappe captive – libres

Niveau piézométrique

Présence-absence de toit

Alimentation d'une nappe : infiltration 
Document: les nappes de Luçon

 

3-242- Flux géothermique et contexte géodynamique

A- Un flux géothermique hétérogène

Flux géothermique et contextes tectoniques.

Très nombreuses mesures => moyenne = 87 mW/m²

Variations : 60-100 mW/m² (100 ; eau = bon conducteur thermique)

Carte => nombreuses anomalies (+) => Dorsales océaniques - Zones de subduction

Zones propices au développement de la géothermie haute énergie.

Hte énergie : dorsales océaniques + zones de subduction

Moyenne et basse : Bassins sédimentaires

Très basse : vieux boucliers 
 

B- Ressources géothermiques de haute énergie et dynamique lithosphérique

Exemple de la Guadeloupe dans un contexte de subduction.

Champ géothermique de Bouillante => près de la soufrière

Nombreuses manifestations hydrothermales

9 % de la consommation d'électricité

Ressources géothermiques et points chauds. Yellowstone

Alignement de formations volcaniques anciennes => point chaud

Structure géologique : la caldéra d'un supervolcan

Manifestation hydrothermales multiples

 

 

4-244- Origine du flux thermique et transferts d’énergie

A- L’origine de l’énergie interne du globe

- La chaleur résiduelle de la formation de la Terre par accrétion d'astéroïdes

Faible proportion

- Certaines roches contiennent des éléments chimiques radioactifs : U, Th, K...

La désintégration libère de la chaleur

on peut mesurer la désintégration par un comptage : cpm

Coup par minute

Résultats pour quelques roches => tableau

La part des différentes enveloppes dans la production d’énergie thermique

Calcul rapide de l'énergie totale perdue par la Terre :

Flux : 80 mW/m² – Surface d'une sphère : S= 4 pR² – R = 6000 Km

= 36 TW

Valeurs estimée = 42 TW

A partir des estimation des concentration des différentes enveloppes: AP3

Calcul à faire : part de chacune d'elles  additionnée => total = 33 TW

avec d'autres éléments radioactifs... valeur proche de la totalité estimée

Plus le reliquat de la chaleur de formation initiale

 

B- Les mécanismes des transferts d’énergie thermique dans un milieu

Deux mécanismes de transfert de chaleur dans un milieu.

Conduction : agitation des atomes de proche en proche

Sans déplacement de matière (barre de fer)

Convection : déplacement de matière => mouvements de convection

Efficacité des transferts de chaleur par conduction et convection 

Dispositif d’ExAO => tableau de résultats

Tracer les courbes avec un tableur
Par conduction = transfert lent
Par convection = transfert rapide
 

5- 246-Les transferts d’énergie et la dynamique interne

A- Les transferts d’énergie thermique au sein du globe terrestre

Évolution du gradient géothermique moyen avec la profondeur.

Mesures indirectes => courbe avec paliers et fourchettes de T°

Grandes structures internes : manteau sup – inf – noyau

Des variations latérales et verticales du gradient géothermique dans le manteau.

Grandes anomalies positives dans les zones de dorsales et de subduction ~ 100 km

Variations horizontales et verticales des anomalies => transferts de chaleur

 

B- La convection mantellique et la dynamique lithosphérique

La tomographie sismique à l’appui d’un modèle de convection.

Roches : mauvais conducteur => conduction faible

Donc hypothèse de convection => chaleur => roches plastiques

=> écoulement plastique de quelques cm/an

Adéquation entre analyse et modèle pour le manteau

Zone froides – plaques plongeante

Zones chaudes – dorsale océanique

Des simulations permettent de proposer un modèle pour les transferts d’énergie

Cellules de convection dans le manteau => dorsales + subduction

Conduction linéaire pour les points chauds

6-248- L’exploitation par l’homme de l’énergie géothermique

A- Des exploitations géothermiques adaptées aux contraintes locales

Des usages adaptés aux contraintes géologiques locales.

Une possibilité de chauffage grâce à la géothermie basse et très basse énergie.

 

B- La géothermie : une alternative ambitieuse pour le futur 

La « géothermie des roches chaudes fracturées ». Soultz-sous-Forêts

Part de la géothermie dans la production d’énergie 

Electricité en France

Electricité dans le monde 

Thermique = 70 %

Nucléaire = 14 %

Géothermie = 3 %

Renouvelable = 13 %

Energie dans le monde (électricité, déplacements, chauffage, ...)
Bilan général
 

Bilan 253 

Test 256

 

* * * *  * * * * * * * * * * * *