Sujet du brevet 2023 de sciences — Polynésie française (Série générale) — Sciences de la vie et de la Terre, Technologie

Question 1. D'après le document 1, la spiruline est une cyanobactérie aquatique intéressante pour l'alimentation humaine pour trois raisons :

• elle « ne possède pas de paroi cellulosique rigide », ce qui lui confère « une très bonne assimilation par l'organisme humain » : elle est facilement digérée et ses nutriments passent bien dans l'organisme ;
• elle est « très riche en protéines » ;
• elle est riche « en vitamines ».

Question 2. Dans la classification en groupes emboîtés du document 2, la spiruline appartient au groupe des cyanobactéries, défini par la « Présence de Chlorophylle ». Les angiospermes sont dans ce même grand groupe, mais aussi dans les groupes emboîtés « Lignée verte » (cellules avec noyau), « Spermatophytes » (graines) et « Angiospermes » (fleurs), auxquels la spiruline n'appartient pas. Le seul caractère commun entre les angiospermes et la spiruline est donc la présence de chlorophylle.

Question 3. Sur le graphique du document 3 :

• les paramètres qui varient sont l'éclairement (de 0 à 40 kilolux, en abscisse) et la température de l'eau (trois courbes : 20 °C, 25 °C et 30 °C) ;
• les paramètres qui ne varient pas sont indiqués dans l'encadré « Conditions de culture » : le pH (égal à 10,4) et la salinité (égale à 16 g/L).

La production de matière organique (en g/m²) est le résultat mesuré.

Question 4.

• A. Faux. Pour 10 kilolux, la courbe à 20 °C est la plus basse (environ 4 à 5 g/m²), alors que la courbe à 25 °C donne environ 7 g/m². La production est donc plus importante à 25 °C qu'à 20 °C.
• B. Vrai. Sur la courbe à 25 °C, pour 20 kilolux, on lit une production d'environ 9,5 g/m², donc comprise entre 9 et 10 g/m².
• C. Vrai. À partir de 30 kilolux, les trois courbes deviennent horizontales (paliers à environ 7 g/m² à 20 °C, 10,5 g/m² à 25 °C et 14 g/m² à 30 °C) : la production n'augmente plus, quelle que soit la température.

Question 5. Je vois que, pour un même éclairement, la courbe à 30 °C est toujours au-dessus des deux autres, et que la production augmente avec l'éclairement jusqu'à 30 kilolux, puis reste constante. La production maximale, environ 14 g/m², est atteinte à 30 °C pour un éclairement de 30 kilolux ou plus. J'en conclus que les meilleures conditions de culture testées sont : une température de 30 °C, un éclairement d'au moins 30 kilolux, avec un pH de 10,4 et une salinité de 16 g/L. Inutile d'éclairer au-delà de 30 kilolux, puisque la production n'augmente plus.

Remarque : le sujet passe du document 3 au document 5 et de la question 5 à la question 7 ; il n'y a ni document 4 ni question 6 à traiter.

Question 7. La spiruline pourrait être une culture intéressante pour nourrir la population, sur les plans nutritionnel et écologique.

Sur le plan nutritionnel, le document 5b montre que la spiruline contient environ 55 % de protéines par rapport à sa masse totale, contre environ 39 % pour le soja et 20 % pour le bœuf. Elle est donc presque trois fois plus riche en protéines que le bœuf ($55÷20\approx 2,8$). Or l'agence nationale de sécurité sanitaire de l'alimentation recommande que les protéines représentent entre 10 et 27 % de l'apport énergétique quotidien d'un adulte de moins de 60 ans : une petite quantité de spiruline aide à couvrir ce besoin. De plus, elle est riche en vitamines et bien assimilée par l'organisme (document 1). Elle peut donc compléter une alimentation équilibrée.

Sur le plan écologique, le document 5a montre que la disponibilité en eau en Europe diminue : elle passe de 5,9 milliers de m³ par habitant et par an en 1950 à 4,1 milliers en 2000, soit une baisse d'environ 30 % ($\frac{5,9-4,1}{5,9}\approx 0,31$). L'eau devient une ressource à économiser. Or, d'après le document 5c, produire 1 kg de protéines demande environ 500 litres d'eau avec la spiruline, environ 900 litres avec le soja et environ 110 000 litres avec le bœuf. La spiruline consomme donc environ 220 fois moins d'eau que le bœuf ($110000÷500=220$) et près de deux fois moins que le soja.

J'en conclus que la spiruline fournit beaucoup de protéines de bonne qualité nutritionnelle tout en consommant très peu d'eau : remplacer une partie des protéines animales par de la spiruline permettrait de nourrir la population en limitant l'impact écologique de l'alimentation.

Question 1. D'après le texte de présentation :

• avantage 1 : la trottinette est peu encombrante ;
• avantage 2 : elle est légère ;
• avantage 3 : elle est peu polluante (on peut aussi citer : « pratique pour se déplacer au cœur des villes ») ;
• inconvénient : son usage en milieu urbain est « source de nombreux accidents ».

Question 2 et question 3. Tableau complété à l'aide du document 2 (solutions techniques) et du document 1 (colonne « Règlement ») :

Les solutions en gras sont celles à écrire sur les pointillés. Pour « Avancer », on suit la chaîne : l'utilisateur appuie sur la gâchette d'accélération (commande), la batterie fournit l'énergie électrique, le moteur intégré à la roue la convertit en mouvement. Pour « Éclairer », le bouton commande l'éclairage, les LED avant et arrière produisent la lumière, la batterie alimente le tout.

Quatre fonctions reçoivent une croix dans la colonne « Règlement » : freiner, avertir, éclairer et respecter la limitation de vitesse. La fonction « Avancer » ne correspond à aucune exigence du document 1.

Question 4. Algorigramme complété :

• test « Freinage demandé ? » → branche Non : premier rectangle = Autoriser l'accélération ;
• puis le losange = Éclairage demandé ? ;
• sortie vers le bas (« … ») = OUI, qui mène à « Allumer éclairage LED arrière » ;
• sortie vers la droite (« …… ») = NON, qui mène à « Éteindre éclairage LED arrière » ;
• branche Oui du freinage, après « Ne pas autoriser l'accélération » : premier rectangle = Allumer éclairage LED arrière 0,2 secondes, second rectangle = Éteindre éclairage LED arrière 0,2 secondes.

Ainsi, tant que l'on freine, l'accélération est interdite et le feu arrière clignote (0,2 s allumé, 0,2 s éteint) ; dès que le freinage cesse, l'accélération est de nouveau autorisée et le feu arrière reprend l'état demandé par le bouton d'éclairage (allumé ou éteint).

Question 5. Emplacement des blocs dans le programme :

Lecture bloc par bloc : « si Gâchette de freinage = 1 alors » (A : le freinage est demandé) → « Ne pas autoriser l'accélération » (B) → allumer la LED arrière, attendre 0,2 seconde, l'éteindre, attendre 0,2 seconde (clignotement). « sinon » → « Autoriser l'accélération » (C) → « si bouton d'éclairage = 1 alors » (D) allumer la LED arrière, sinon l'éteindre. Le programme reproduit exactement l'algorigramme de la question 4.