Sujet de métropole, juin 2022

Énoncé

Situés dans la zone intertropicale dans des eaux peu profondes et chaudes, les récifs coralliens couvrent moins de 0,2 % de la surface des océans, mais offrent un potentiel économique et une source de nourriture à plus de 500 millions de personnes, soit 8 % de la population mondiale.
On constate actuellement que l'augmentation de la température des eaux de surface des océans due au réchauffement climatique provoque le blanchissement des coraux.


Photographies de coraux sains, en cours de blanchissement et complètement blancs. (Marinesavers, 2016)

Document 1

Le corail, une association symbiotique entre des animaux et des algues

Les récifs coralliens sont construits par des animaux qui fabriquent un squelette calcaire. Ces animaux marins, appelés polypes, hébergent à l'intérieur de leurs cellules des algues microscopiques : les zooxanthelles responsables en partie de leur couleur.


Schéma d'une coupe longitudinale d'un polype. (NOAA, s.d)

Grâce à la photosynthèse, les zooxanthelles apportent des molécules riches en carbone et du dioxygène aux polypes. Les zooxanthelles bénéficient d'un environnement protégé du broutage par les prédateurs et des conditions stables pour leur multiplication. Elles utilisent les déchets azotés et phosphatés du polype comme source d'éléments minéraux.

1. Sachant qu'une symbiose est une association à bénéfices réciproques, justifier que le corail est une association symbiotique. (4 points)

On cherche à démontrer le bénéfice réciproque de chacun des êtres vivants qui constituent l'association bénéfique.

La température est un paramètre environnemental primordial, car elle agit sur la photosynthèse, la respiration et la croissance des coraux.

Document 2

Nombre de zooxanthelles dans les polypes en fonction de la température de l'eau


(Hoegh-Guldberg & Smith, 1989)

2. En vous aidant du graphique du document 2, établir le lien entre la quantité de zooxanthelles et la température de l'eau de mer. Votre réponse sera justifiée par des valeurs. (6 points)

Il est très important de donner des unités pour chaque valeur indiquée. On les retrouve sur le graphique pour chaque axe.

Les zooxanthelles sensibles à l'élévation de température meurent, ce qui entraîne la mort des polypes et le blanchissement des coraux.
On cherche à sélectionner des coraux résistant à une température de 32 °C afin de les multiplier et de les réintroduire dans l'environnement.

Document 3

Matériel disponible pour réaliser les expériences :

• coraux hébergeant des zooxanthelles d'espèce A ;

• coraux hébergeant des zooxanthelles d'espèce B ;

• coraux hébergeant des zooxanthelles d'espèce C ;

• aquariums ;

• eau de mer ;

• bains thermostatés (conservant une température constante) ;

• thermomètres.

Durée des expériences : Les résultats des expériences ne seront visibles qu'au bout de quelques semaines, car le blanchissement des coraux n'est pas immédiat.

3. En vous aidant du document 3, proposer un protocole expérimental pour sélectionner des coraux résistant à une température des eaux de surface de 32 °C. Votre réponse sera présentée sous forme d'un texte ou/et d'un schéma légendé. (6 points)

On attend ici que le mode de sélection des coraux soit expliqué.
Le témoin avec une autre température plus basse est ici inutile puisqu'on cherche à réaliser « une sélection des coraux résistants à 32 °C » et non pas à savoir « si la température de 32 °C agit sur coraux ». Dans cette dernière nuance, le témoin à une température plus basse est indispensable puisqu'il permet de comparer la résistance des coraux entre deux températures.

On s'intéresse aux services rendus par les récifs coralliens pour les 8 millions d'humains vivant à leur proximité.

Document 4

Les récifs coralliens de l'île de la Réunion, des écosystèmes marins d'une grande valeur

Aspects socio-économiques	Aspects environnementaux
Les ressources marines sont limitées, les récifs constituent des zones de pêche privilégiées. La pêche est la ressource principale des familles les plus démunies. Environ un demi-million de touristes visitent l'île chaque année en moyenne. Plus de 80 % des touristes passent au moins une journée ou plus à la plage pendant leur séjour. L'ensemble des touristes dépense en moyenne 350 millions d'euros chaque année sur l'île. Les activités récréatives de sports côtiers (voile, plongée, surf, kayak) représentent plus de 80 000 pratiquants par an. Des dizaines de clubs de plongées vivent directement des activités en lien avec les récifs. L'utilisation pharmacologique potentielle des différentes espèces marines constitue un réservoir naturel susceptible de constituer les médicaments de demain.	Les récifs coralliens protègent les côtes de la houle et évitent la dégradation des habitats du littoral. L'érosion des plages est ralentie par la barrière de corail qui diminue l'énergie de la houle. 1/3 des espèces marines connues vivent dans les récifs : les récifs sont un réservoir de biodiversité. Les récifs constituent une zone de frayère et de nurserie pour de très nombreuses espèces de poissons notamment des poissons pêchés. Des espèces rares et menacées vivent de manière protégée dans les récifs. Le carbone est séquestré dans le squelette calcaire des coraux.

Aspects socio-économiques

Aspects environnementaux

Les ressources marines sont limitées, les récifs constituent des zones de pêche privilégiées.
La pêche est la ressource principale des familles les plus démunies.
Environ un demi-million de touristes visitent l'île chaque année en moyenne.
Plus de 80 % des touristes passent au moins une journée ou plus à la plage pendant leur séjour.
L'ensemble des touristes dépense en moyenne 350 millions d'euros chaque année sur l'île.
Les activités récréatives de sports côtiers (voile, plongée, surf, kayak) représentent plus de 80 000 pratiquants par an.
Des dizaines de clubs de plongées vivent directement des activités en lien avec les récifs.
L'utilisation pharmacologique potentielle des différentes espèces marines constitue un réservoir naturel susceptible de constituer les médicaments de demain.

Les récifs coralliens protègent les côtes de la houle et évitent la dégradation des habitats du littoral.
L'érosion des plages est ralentie par la barrière de corail qui diminue l'énergie de la houle.
1/3 des espèces marines connues vivent dans les récifs : les récifs sont un réservoir de biodiversité.
Les récifs constituent une zone de frayère et de nurserie pour de très nombreuses espèces de poissons notamment des poissons pêchés.
Des espèces rares et menacées vivent de manière protégée dans les récifs.
Le carbone est séquestré dans le squelette calcaire des coraux.

4. À partir de l'ensemble des documents, montrer comment un changement à l'échelle de la planète peut influencer la biodiversité locale et les activités humaines sur l'île de la Réunion.
On attend au moins deux exemples qui associent obligatoirement ces trois éléments : activités humaines, biodiversité et climat. (9 points)

La question doit bien être comprise. Il ne s'agit pas ici de parler des conséquences des activités humaines sur l'environnement ou le réchauffement climatique, mais bien de l'influence du changement climatique sur la biodiversité et les activités humaines à l'île de la Réunion.

Corrigé

1. Les zooxanthelles sont des algues microscopiques situées dans les cellules des polypes (animaux marins).
Elles fabriquent grâce à la photosynthèse du dioxygène et des molécules riches en carbone qu'elles fournissent en partie aux polypes.
Les polypes, quant à eux, protègent les zooxanthelles du broutage des prédateurs et leurs apportent un environnement stable pour leur multiplication ainsi qu'une source d'éléments minéraux (déchets azotés et phosphatés).
Comme chaque être vivant apporte un bénéfice à l'autre, on peut parler d'association symbiotique chez le corail constitué des polypes et des zooxanthelles.

2. On observe sur le graphique du document 2 que plus la température de l'eau de mer augmente, plus le nombre de zooxanthelles présentent dans cette eau diminuent.
En effet, pour une température de 27 °C (degrés Celsius), il y a 0,5 million de zooxanthelles par centimètre carré et seulement 0,2 million de zooxanthelles par centimètre carré lorsque la température est à 32 °C (soit 0,3 million de zooxanthelles par centimètre carré de moins lorsque la température de l'eau de mer augmente de 5 °C).

3. On cherche à sélectionner des espèces de coraux résistantes à une température des eaux de surface de 32 °C.

• Prendre 3 bains thermostatés réglés sur 32 °C.

• Remplir d'un même volume d'eau les 3 cuves (ou aquarium) des bains thermostatés.

• Accrocher un thermomètre dans chaque cuve afin qu'il soit totalement immergé.

• Placer le même poids de coraux hébergeant des zooxanthelles dans chaque cuve de façon qu'ils soient totalement recouverts d'eau. On différenciera une cuve par espèce de zooxanthelles (cuve 1 avec l'espèce A, cuve 2 avec l'espèce B et cuve 3 avec l'espèce C).

• Attendre quelques semaines.

• Observer les coraux. Si les coraux ont blanchi, cela signifie que les zooxanthelles et les coraux meurent. On sélectionnera donc les coraux non blanchis qui ont résisté à une température de 32 °C.

4. Le document 2 indique que plus la température de l'eau de mer augmente, plus le nombre de zooxanthelles diminue. Or les zooxanthelles s'associent aux polypes pour survivre (document 1) et forment les récifs coralliens. Une augmentation de la température des eaux de mer à l'échelle de la planète détruit les récifs coralliens par la mort des coraux (blanchissement) puisque les zooxanthelles ont du mal à survivre en haute température (32 °C).

La mort des coraux agit sur la biodiversité marine locale (document 4).

• Les espèces marines ainsi que les espaces rares et menacées vivant dans les récifs ne sont plus protégées. On peut donc supposer que leur nombre va diminuer.

• Les espèces (et notamment les espèces de poissons pêchés) se servant des récifs coralliens comme frayères et nurseries se reproduiront moins ou auront moins de descendants qui arriveront à maturité puisqu'ils ne seront plus protégés.

La baisse de la biodiversité locale aura alors des conséquences sur les activités humaines.

• La pêche, qui est la ressource principale des familles les plus démunies, sera moins fructueuse puisque moins de reproduction des poissons protégés par les récifs.

• L'utilisation pharmacologique des différentes espèces vivant dans les coraux sera alors limitée.

• En plus de diminuer le nombre d'espèces rares et menacées vivant dans les récifs, les plages s'érodent et le littoral n'est plus protégé de la houle ce qui réduit les zones de pêche et diminue les activités touristiques (les activités récréatives de sports côtiers, l'accès aux plages, etc.) et donc est néfaste pour l'économie locale.