Thème 5 : Les systèmes vivants existent à grande échelle : écosystème et biosphère

Chapitre 4 : Les org. viv. sont utilisés par l’Homme comme agents de dépollution et de production Activité Élève

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Chapitre 4 : Les organismes vivants sont utilisés par l’Homme comme agents

de dépollution et de production

Les microorganismes et leurs voies métaboliques variées permettent de « faire tourner » les cycles de la matière. La nature assure ainsi un important phénomène de recyclage de l’élément carbone et de l’élément azote. L’Homme a appris à exploiter les capacités de ces microorganismes vivants et à les adapter à ses besoins.

Activité 1 : La dépollution : épuration des eaux usées

Connaissances Capacités

L’Homme exploite les voies métaboliques particulières d’organismes vivants dans certains procédés industriels, comme par exemple : l’épuration des eaux usées

Exploiter des ressources documentaires, une activité expérimentale, une étude de terrain pour : - dans les procédés épuration des eaux usées : identifier les étapes mettant en œuvre des organismes vivants et préciser leur rôle.

Document 1 : Fonctionnement d’une station d’épuration

Les eaux usées domestiques des centres urbains sont collectées et envoyées vers des stations d’épuration où la très grande majorité de la pollution qu’elles contiennent sera éliminée par des moyens physico-chimiques mais également biologiques. Les procédés biologiques font appel à des flores microbiennes naturelles formant de vraies biocénoses, comportant des chaînes alimentaires variées. La multiplication des microorganismes entraînent un accroissement de leur biomasse et forment les boues secondaires des stations d’épuration.

Questions : 1. Indiquer la nature des polluants retrouvés dans l’eau usée.

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2. Décrire les trois opérations principales du traitement de l’eau usée et en indiquer le but.

Traitement primaire :

Traitement secondaire :

Traitement des boues :

3. Récapituler dans le document ci-dessous, les différentes étapes du traitement des eaux usées en

identifiant les étapes mettant en œuvre des organismes vivants.

Fonctionnement simplifié d’une station d’épuration

PRETRAITEMENTS

TRAITEMENTS

BIOLOGIQUES

CLARIFICATION

DIGESTEUR

Eaux

usées

Eaux

propres

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Document 2 : Devenir des molécules organiques carbonées et azotées des eaux usées

Donnée 1 : catabolisme du glucose

(thème 2 chapitre 2)

donnée 2 : cycle de l’azote

(thème 5 chapitre 3)

4. Indiquer après avoir traversé successivement les deux bassins de traitement biologique, le devenir :

- d’une molécule carbonée comme le glucose

bassin d’aération.

bassin d’anoxie.

- d’une molécule de NH3.

bassin d’aération.

bassin d’anoxie.

5. Une station d’épuration permet le transfert de la pollution depuis l’eau vers les autres réservoirs de la

planète.

Compléter le schéma ci-dessous montrant ce transfert, à l’aide des termes suivants : biomasse,

matières organiques, ammoniac, dioxyde de carbone, diazote,

Hydrosphère

Atmosphère

Biosphère

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Activité 2 : La production de biocarburant

Connaissances Capacités

L’Homme exploite les voies métaboliques particulières d’organismes vivants dans certains procédés industriels, comme par exemple : - production de carburants ou d’autres molécules de synthèse

Exploiter des ressources documentaires, une activité expérimentale, une étude de terrain pour dans la production de carburants : . identifier les procédés mettant en œuvre des organismes vivants pour élaborer différents carburants ou molécules de synthèse, . analyser les critères de choix de production de carburants ou d’autres molécules, en termes environnemental et sociétal, . appréhender les aspects éthiques soulevés par l’utilisation de la biomasse pour produire les carburants.

Les carburants utilisés régulièrement sont des carburants fossiles : gaz naturel, pétrole, charbon. Les réserves naturelles de ses carburants s’épuisent, de plus il y a de forte émission de CO2 lors de leur combustion. Pour limiter l’utilisation des ressources fossiles et réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère, l’homme produit grâce aux biotechnologies, des biocarburants : le bioéthanol et le biodiesel

Un biocarburant est un carburant issu de la biomasse (matières organiques non fossiles), c'est-à-dire obtenu à partir d'une matière première végétale, animale ou de déchets. Les biocarburants sont en général mélangés à des carburants d’origine fossile. Document 1 : production des biocarburants de première génération

Chaîne de fabrication du bioéthanol :

Chaîne de fabrication du biodiesel :

Document 2 : production de biocarburants de deuxième génération : le bioéthanol

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Document 3 : production de biocarburants de troisième génération

Document 4 :

Questions :

1. Qu’est un biocarburant ?

2. Indiquer dans le tableau ci-dessous, pour chaque génération de biocarburants, l’origine des substrats

utilisés et les procédés utilisés pour leur production. Souligner les étapes mettant en œuvre des

organismes vivants.

Biocarburant

1ère

génération 2ème

génération

3ème

génération pour le

bioéthanol

pour le

biodiesel pour le bioéthanol

Origine des

substrats

utilisés

Substrats

utilisés

Procédés mis

en œuvre

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3. Expliquer pourquoi la production de bioéthanol est devenue aujourd’hui un enjeu mondial majeur.

4. Expliquer pourquoi l'utilisation de bioéthanol peut avoir un impact environnemental positif sur le bilan

carboné de la planète.

5. Expliquer l’intérêt économique et environnemental des procédés de fabrication de deuxième génération

par rapport à ceux de première génération.

1ère génération :

Conséquences environnementales : Conséquences économiques :

2ème génération :

Intérêt environnemental :

Intérêt économique :

6. Rappeler à l’aide d’un schéma les voies métaboliques permettant la production d’éthanol à partir du

glucose.

7. Indiquer quels intérêts majeurs présentent une culture d’algues par rapport à l’entretien d’un

agrosystème destiné à la production de bioéthanol.

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BILAN : Les organismes vivants : agents de dépollution et de production

Les organismes vivants : agents de dépollution

Le traitement des eaux usées

La réglementation impose de traiter les eaux usées domestiques, les eaux de pluie et certaines eaux industrielles avant de les rendre à l’environnement. En effet, les écosystèmes aquatiques naturels des rivières présentent des capacités auto-épuratoires efficaces mais lentes et limitées. Les procédés biologiques d’épuration des eaux usées recréent un écosystème épuratoire.

Les stations d’épuration recréent des écosystèmes naturels. Les procédés biologiques utilisés permettent de les faire fonctionner beaucoup plus vite et de manière intensive. L’Homme utilise les métabolismes microbiens impliqués dans les cycles du carbone et de l’azote pour rendre une eau propre aux milieux récepteurs. Les stations d’épuration assurent le transfert de la pollution depuis l’eau vers les autres réservoirs de la planète. La pollution ne disparait pas mais elle est transférée vers d’autres réservoirs sous une forme non toxique : atmosphère, biosphère et lithosphère.

Les organismes vivants : agents de production

L’Homme utilise des êtres vivants pour produire des biocarburants.

Pour limiter l’utilisation des ressources fossiles et réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère, l’homme a développé des biotechnologies de production de carburants « propres » : - les glucides des plantes permettent de produire du bioéthanol par fermentation microbienne alcoolique ; - les cultures de végétaux ou de micro-algues riches en lipides permettent de produire du biodiesel par saponification et estérification des triglycérides.

L’utilisation des biocarburants a un impact environnemental positif...

Les biocarburants produits à partir de cultures d’organismes photosynthétiques ont un bilan carboné nul : le CO2 émis par leur combustion est compensé par le CO2 fixé lors de la croissance des cultures initiales. Les procédés de deuxième génération utilisent la cellulose permettant de valoriser des déchets végétaux comme le papier, le carton, les drèches des cultures céréalières... ... mais leur production a des effets négatifs à prendre en compte.

La production de biocarburants implique une utilisation importante de la surface arable de la planète, donc un détournement des ressources à usage alimentaire. Les conséquences immédiates sont un accroissement du prix des matières premières alimentaires, une accélération de la déforestation, une importante consommation de ressources (eau douce, carburant...) ainsi qu’une forte pollution des sols et des nappes.