Énoncé
Le sujet (d'après bac S, 2016, Métropole)
Dans son ouvrage, L'Éloge de la plante (2004), le botaniste Francis Hallé discute des surfaces d'échanges chez les végétaux et animaux.« Mesurer la surface d'un végétal n'est pas chose facile […]. Quelle peut être la surface aérienne d'un arbre de 40 m de haut ? Une estimation de 10 000 m2 (1 ha) n'est certainement pas exagérée ; la surface « interne » permettant les échanges gazeux serait 30 fois supérieure […]. En ce qui concerne les surfaces racinaires, les investigations sont encore plus difficiles et les données encore plus rares : la surface souterraine d'un plant de seigle serait 130 fois plus grande que la surface aérienne. »
Exposez en quoi les structures des organes impliqués dans les échanges nutritifs externes et internes d'une plante sont adaptées à son mode de vie fixé.
Vous rédigerez un texte argumenté. On attend que l'exposé soit étayé par des expériences, des observations, des exemples, etc.
La bonne méthode
Construire et rédiger une introduction
Les réponses aux exercices 1 et 2 doivent généralement contenir une introduction. L'introduction est la première partie de la réponse lue par l'évaluateur : il est donc important qu'elle soit réussie. L'objectif de l'introduction est de présenter précisément le problème scientifique et d'annoncer la structure de la réponse apportée. Ainsi, l'introduction se décompose en 3 parties. La première partie est la présentation du sujet, en partant généralement d'un thème un peu plus large dans lequel s'inscrit le sujet étudié, ou en proposant une accroche, c'est-à-dire une entrée en matière intéressante. Il peut être judicieux de définir certains termes du sujet, et il est fortement déconseillé de recopier le début de l'énoncé. Cette première partie conduit de manière logique à la deuxième, qui est la présentation du problème scientifique à traiter. Il est possible de reprendre à l'identique le problème posé dans l'énoncé, en le formulant à l'aide d'une question directe ou indirecte. Enfin, la troisième partie annonce le plan de la réponse, c'est-à-dire les grandes étapes qui seront abordées pour répondre au problème. En aucun cas, l'introduction ne doit répondre au problème posé puisque son objectif est de susciter l'intérêt de l'évaluateur et de lui permettre de vérifier que le problème posé est compris et bien délimité. Dans l'exercice 2, l'annonce du plan doit insister sur la démarche choisie pour résoudre le problème scientifique.Utiliser d'autres formes de communication que le texte
Dans les réponses aux exercices 1 et 2, il est possible d'intégrer, soit parce que l'énoncé l'exige, soit au libre choix du candidat, des schémas, des tableaux, des graphiques, etc., c'est-à-dire toute forme de communication jugée nécessaire. L'essentiel est que les règles de communication spécifiques de chaque forme soient respectées (titre, légende, tracé des tableaux, etc.). Ces figures doivent être grandes, bien organisées et facilement lisibles. Elles doivent apporter un plus dans la compréhension du sujet par rapport à un texte seul. Ces figures sont à intégrer dans le développement et un schéma-bilan peut être placé à la fin du développement avant la conclusion.Faire un schéma fonctionnel
Un schéma fonctionnel vise à représenter de manière schématique les relations entre différents éléments pour expliquer le fonctionnement d'un système ou les différentes étapes de l'évolution d'un système au cours du temps. Après avoir identifié les différents éléments, il faut représenter par des flèches les relations entre ces éléments, si besoin en précisant la nature de ces relations (activation, inhibition, relation temporelle, etc.). La réalisation d'un schéma fonctionnel nécessite de faire des choix sur les éléments et les relations que l'on désire représenter. Ce schéma offre une vision synthétique et rigoureuse du sujet étudié : il doit être clair et facilement lisible par l'évaluateur.Ce qu'il ne faut pas faire
Oublier d'intégrer une observation ou une expérience.Corrigé
Le corrigé
La majorité des animaux sont capables de se déplacer dans leur milieu pour rechercher leur nourriture, échapper à leurs prédateurs et se reproduire. À l'inverse, les plantes se caractérisent par un mode de vie fixé à l'interface sol/atmosphère, rendant impossible tout déplacement. Les feuilles des plantes sont responsables des échanges avec l'atmosphère, tandis que les racines participent aux échanges avec le sol. Comment les structures des organes impliqués dans les échanges nutritifs externes et internes de la plante sont-elles adaptées à son mode de vie fixé ? Nous présenterons d'abord comment les racines assurent les échanges nutritifs externes avec le sol, puis comment les feuilles réalisent les échanges nutritifs externes avec l'atmosphère, et enfin nous étudierons comment les vaisseaux conducteurs assurent les échanges nutritifs internes de la plante.
I. Les racines assurent les échanges nutritifs externes avec le sol
La plante immobile n'est pas capable de se déplacer pour chercher ses éléments nutritifs (eau, CO2, ions minéraux) présents dans le milieu extérieur. Or, la plante a besoin de ces molécules pour réaliser la photosynthèse qui permet, en présence de lumière, la production des molécules organiques nécessaires à la vie de la plante. La plante développe donc de vastes surfaces d'échanges au niveau d'organes souterrains, les racines, afin d'absorber l'eau et les ions minéraux contenus dans le sol. La zone d'absorption de l'eau au niveau des racines peut être mise en évidence par des expériences présentées dans le schéma suivant.
 Mise en évidence de la zone d'absorption de l'eau au niveau des racines. |
Trois plants similaires sont placés dans différentes conditions de culture. La racine entière du premier plant, y compris la zone pilifère avec les poils absorbants, est placée dans l'eau. Pour le second plant, la partie inférieure de la racine avec la zone pilifère est immergée dans l'eau tandis que la partie supérieure est placée dans l'huile. Pour le troisième plant, l'extrémité de la racine dépourvue de poils baigne dans l'eau, alors que la zone pilifère est dans l'huile. Seuls les premier et second plants se développent. Le contact de la zone pilifère avec l'eau est donc indispensable à la vie de la plante. Les poils absorbants sont en effet le lieu de l'absorption racinaire de l'eau mais aussi des sels minéraux du sol. Ainsi, les racines assurent l'ancrage de la plante dans le sol et absorbent l'eau et les ions minéraux qui y sont présents. Or, la photosynthèse, qui a lieu dans les feuilles chlorophylliennes, nécessite également du CO2 atmosphérique. Comment s'effectuent les échanges gazeux de la plante avec l'atmosphère ?
II. Les feuilles assurent les échanges nutritifs externes avec l'atmosphère
Les feuilles aériennes sont le lieu des échanges gazeux avec l'atmosphère. Les feuilles sont recouvertes d'une cuticule, imperméable sauf au niveau des stomates, structures situées sur la face inférieure de la feuille et spécialisées dans les échanges gazeux entre la plante et l'atmosphère. La journée, au niveau des stomates, le CO2 atmosphérique pénètre dans la feuille et est utilisé lors la photosynthèse dans les cellules photosynthétiques foliaires. L'O2 produit lors de la photosynthèse et l'eau présente au niveau des feuilles sortent par les stomates dans l'atmosphère. L'orifice des stomates, appelé ostiole, peut être ouvert ou fermé selon les conditions du milieu, évitant ainsi une perte d'eau en cas de fort ensoleillement. Les feuilles développent donc de vastes surfaces, d'échanges avec l'atmosphère ou de captage de l'énergie lumineuse. Ainsi, les racines souterraines permettent l'absorption des ions minéraux et de l'eau du sol, qui doivent être transférés aux feuilles aériennes photosynthétiques. Cette photosynthèse produit des molécules organiques distribuées dans l'ensemble de la plante. Comment s'effectuent les transferts nutritifs à l'intérieur de la plante ?III. Les vaisseaux conducteurs assurent les échanges nutritifs internes
Les transferts nutritifs de la plante s'effectuent par deux réseaux distincts de vaisseaux conducteurs : le xylème et le phloème. Le xylème transporte la sève brute composée d'eau et d'ions minéraux, des racines vers le reste de la plante, notamment vers les feuilles réalisant la photosynthèse. Le phloème transporte la sève élaborée riche en glucides synthétisés dans les feuilles lors de la photosynthèse vers les autres organes consommateurs de la plante.
 Schéma-bilan : Les échanges nutritifs externes et internes de la plante. |
Ainsi, le mode de vie fixé des plantes à l'interface sol/atmosphère entraîne des contraintes concernant leur organisation fonctionnelle pour la réalisation de leur nutrition. Les plantes présentent de vastes surfaces d'échanges avec le sol au niveau des racines souterraines pourvues de poils absorbants, et avec l'atmosphère au niveau des stomates des feuilles aériennes. La vie fixée des plantes exerce des contraintes sur d'autres domaines de la vie de la plante. En effet, comment les plantes assurent-elles leur reproduction sexuée, en particulier la rencontre des gamètes, alors qu'elles sont fixées ?
