Agrosystèmes : structure et fonctionnement

Système et agrosystème, terrestre ou aquatique, comparé à un écosystème ; organisation, choix de l’exploitant, terroir et modèles agricoles ; flux de matière et d’énergie, exportations et engrais ; production et rendement agricole ; rendement écologique des cultures et des élevages ; intrants, bilan d’azote et conséquences.

À propos de cette page

Six problèmes à partir de documents : les éléments d’un champ de blé face à une forêt, deux parcelles de maïs avec ou sans irrigation, un agneau d’engraissement, les protéines d’un hectare de blé ou de viande, le bilan d’azote d’une parcelle bretonne et les séries mondiales de rendements et d’engrais depuis 1961.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : ce qui est mesuré (masse, surface, énergie, azote), l’unité, la durée et les conditions.
Je convertis si besoin (t ↔ q ↔ kg, ha ↔ m², GJ) avant de calculer.
Je calcule : rendement = production ÷ surface ; rendement écologique = produit ÷ reçu × 100 ; bilan = entrées − sorties ; variation en % par rapport à la référence.
J’explique avec le cours : entrée, intrant, exportation, perte, maillon de la chaîne, respiration, minéralisation.
Je conclus avec l’unité et une nuance (autres facteurs, masses fraîches, données simplifiées).

Problème 1 · Les éléments d’une exploitation céréalière★★★Facile

Document 1 — Ce qu’on relève dans un champ de blé. Semences certifiées de blé ; coquelicots en bordure de champ ; fumier de bovins épandu ; lombrics ; grains de blé vendus à une coopérative ; gazole du tracteur ; ammonitrate (engrais azoté) ; pucerons sur les épis.

Document 2 — Une forêt voisine. Chênes, hêtres, noisetiers et fougères s’y mêlent sur plusieurs strates ; les feuilles et le bois morts sont décomposés sur place ; personne n’y apporte rien et personne n’en retire rien.

1. Les semences certifiées et le gazole sont, pour le champ, des .
Des intrants : apportés par l’agriculteur pour produire.
2. Les coquelicots, plantes sauvages qui concurrencent le blé, sont des .
Des adventices, qui font partie de la biocénose.
3. Les pucerons, qui se nourrissent du blé, sont des .
Des ravageurs de la culture.
4. Les grains vendus à la coopérative quittent la parcelle : c’est une .
Une exportation, qui emporte l’azote, le phosphore et le potassium des grains.
5. Les lombrics, qui décomposent la matière organique du sol, appartiennent à la du champ.
À la biocénose : tous les êtres vivants du champ, pas seulement le blé.
6. Personne n’apporte rien à la forêt ni n’en retire rien : son cycle de la matière est presque .
Presque fermé ; celui du champ est ouvert, ce qui impose fumier et ammonitrate.

Problème 2 · Deux parcelles de maïs, avec ou sans irrigation★★★Facile

Document 1 — Les récoltes. Dans une exploitation du Sud-Ouest, une parcelle irriguée de 4 ha fournit 41,6 t de grains de maïs. Une parcelle voisine de 3 ha, non irriguée et semée avec la même variété, fournit 24,9 t de grains.

Document 2 — L’eau en été (données imaginées). En juillet et en août, le maïs a besoin d’environ 260 mm d’eau ; il est tombé 90 mm de pluie sur les deux parcelles.

1. Rendement de la parcelle irriguée : t/ha.
41,6 ÷ 4 = 10,4 t/ha.
2. Soit, en quintaux : q/ha.
1 t = 10 q : 104 q/ha.
3. Rendement de la parcelle non irriguée : t/ha.
24,9 ÷ 3 = 8,3 t/ha.
4. Le rendement irrigué dépasse le rendement non irrigué de % (au dixième).
Écart 2,1 t/ha ; la référence est la parcelle non irriguée : 2,1 ÷ 8,3 × 100 ≈ 25,3 %. Diviser par 10,4 (≈ 20,2 %) répondrait à une autre question.
5. Eau manquant au maïs non irrigué pendant l’été : mm.
260 − 90 = 170 mm : la sécheresse limite le rendement.
6. Apportée par l’agriculteur en plus des pluies, l’eau d’irrigation est un .
Un intrant ; prélevée dans les nappes ou les rivières en été, quand leur niveau est le plus bas, elle peut manquer aux êtres vivants aquatiques.

Problème 3 · L’agneau d’engraissement★★★Moyen

Document 1 — La croissance. Un agneau d’engraissement passe de 17 kg à 43 kg en 90 jours. Pendant cette période, il consomme 221 kg d’aliments (foin et céréales).

Document 2 — Ce que deviennent les aliments. Une partie n’est pas digérée et part dans les excréments ; une partie des produits de la digestion est éliminée dans l’urine ; chez ce ruminant, une petite part est rejetée sous forme de méthane ; une grande partie des nutriments absorbés est utilisée par la respiration cellulaire.

1. Gain de masse de l’agneau : kg.
43 − 17 = 26 kg.
2. Rendement écologique (efficacité de conversion) : % (au dixième).
26 ÷ 221 × 100 ≈ 11,8 %.
3. Part de la masse d’aliments qui ne se retrouve pas dans l’agneau : %.
100 − 11,8 = 88,2 % : excréments, urine, méthane, respiration.
4. Masse d’aliments pour produire 1 kg d’agneau : kg.
221 ÷ 26 = 8,5 kg : 8,5 kg de végétaux et la surface qui les a produits.
5. L’énergie fournie par la respiration (température, mouvements, organes) est finalement dissipée en .
En chaleur : elle ne sert pas à la croissance.
6. Ce calcul compare des masses fraîches ; une comparaison plus rigoureuse utiliserait la matière .
La matière sèche (ou l’énergie contenue), car le foin et la viande n’ont pas la même teneur en eau.

Problème 4 · Protéines végétales ou animales : quelle surface ?★★★Moyen

Document 1 — Un hectare de blé. Dans une même région, un hectare de blé produit 7,6 t de grains contenant 11 % de protéines.

Document 2 — Un hectare pour la viande. Un hectare de surfaces fourragères (prairie et maïs fourrager) permet de produire 290 kg de viande bovine contenant 20 % de protéines.

Document 3 — Les prairies. Beaucoup de prairies occupent des pentes, des montagnes ou des zones humides où l’on ne peut pas labourer. L’herbe, riche en cellulose, n’est pas digérée par l’humain, mais elle l’est par les ruminants.

1. Protéines produites par un hectare de blé : kg.
7 600 × 11 ÷ 100 = 836 kg.
2. Protéines produites par un hectare consacré à la viande : kg.
290 × 20 ÷ 100 = 58 kg.
3. Le blé fournit fois plus de protéines par hectare (au dixième).
836 ÷ 58 ≈ 14,4.
4. Le blé, dont l’humain mange directement les grains, est un producteur .
Un producteur primaire : il fabrique sa matière par photosynthèse.
5. La viande ajoute un à la chaîne alimentaire, où se perd une grande part de la matière.
Un maillon : le bovin rejette ou respire la plus grande partie de ce qu’il mange.
6. D’après le document 3, sur ces prairies, on ne pourrait pas cultiver de blé, car on ne peut pas les .
Les labourer : les ruminants y transforment en aliments une herbe que l’humain ne digère pas. C’est la nuance à apporter au calcul.

Problème 5 · Le bilan d’azote d’une parcelle de blé★★★Difficile

Document 1 — Les apports. Une parcelle de blé bretonne reçoit au cours de la campagne 125 kg d’azote par hectare (kg N/ha) sous forme d’engrais minéral et 42 kg N/ha sous forme de lisier de porc.

Document 2 — La récolte. La récolte fournit 7,1 t de grains par hectare ; les grains contiennent 1,9 % d’azote (en masse).

Document 3 — Les pailles. Les pailles sont broyées et laissées sur la parcelle, où les êtres vivants du sol les décomposent.

1. Azote exporté par les grains : kg N/ha.
7 100 × 1,9 ÷ 100 = 134,9 kg N/ha.
2. Azote total apporté : kg N/ha.
125 + 42 = 167 kg N/ha.
3. Bilan d’azote de la parcelle : kg N/ha.
167 − 134,9 = +32,1 kg N/ha.
4. Ce bilan est un , exposé au lessivage pendant l’automne et l’hiver.
Un excédent : sous forme de nitrates très solubles, cet azote risque de gagner la nappe et les rivières.
5. Sans le lisier, le bilan vaudrait kg N/ha.
125 − 134,9 = −9,9 kg N/ha : le sol s’appauvrirait légèrement.
6. Les pailles ne sont pas une sortie du bilan, car elles sont sur place.
Elles sont recyclées sur place : leur azote retourne au sol après minéralisation. Ce bilan simplifié ignore aussi l’azote déjà présent dans le sol et les pertes gazeuses.

Problème 6 · Nourrir le monde depuis 1961 : rendements et engrais★★★Difficile

Document 1 — Trois séries mondiales (FAO et ONU, via Our World in Data).

	1961	2023
population mondiale (milliards)	3,06	8,09
rendement moyen des céréales (t/ha)	1,35	4,23
azote des engrais (kg par hectare cultivé)	7,6	67,7

Document 2 — D’autres facteurs. Pendant la même période, les agriculteurs ont aussi adopté des variétés sélectionnées, étendu l’irrigation et utilisé des pesticides.

1. La population a été multipliée par (au centième).
8,09 ÷ 3,06 ≈ 2,64.
2. Le rendement des céréales a été multiplié par (au centième).
4,23 ÷ 1,35 ≈ 3,13 : plus vite que la population.
3. L’azote apporté par hectare a été multiplié par (au dixième).
67,7 ÷ 7,6 ≈ 8,9.
4. Céréales récoltées par kilogramme d’azote en 1961, à l’unité : kg.
1,35 t = 1 350 kg ; 1 350 ÷ 7,6 ≈ 178 kg.
5. Céréales récoltées par kilogramme d’azote en 2023, à l’unité : kg.
4 230 ÷ 67,7 ≈ 62 kg.
6. Chaque kilogramme d’azote rapporte moins qu’en 1961 : une part croissante de l’azote n’est pas par les cultures et se retrouve dans l’eau ou l’air.
Elle n’est pas absorbée, ce qui explique en partie la pollution par les nitrates. Le document 2 rappelle que la hausse des rendements n’est pas due au seul azote : on ne peut pas tout lui attribuer.

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