NOURRIR L’HUMANITE X. Petit Lycée C. Claudel Troyes 1ère ES / L sciences 2011/2012 partie SVT

BO (le minimum que vous devez connaitre , et comprendre…) pour la partie qui va suivre : Pratiques alimentaires collectives et perspectives globales L’agriculture repose sur la création et la gestion d’agrosystèmes dans le but de fournir des produits (dont les aliments) nécessaires à l’humanité. Dans un agrosystème, le rendement global de la production par rapport aux consommations de matière et d’énergie conditionne le choix d’une alimentation d’origine animale ou végétale, dans une perspective de développement durable. Une agriculture pour nourrir les Hommes L’exportation de biomasse, la fertilité des sols, la recherche de rendements et l’amélioration qualitative des productions posent le problème : - des apports dans les cultures (engrais, produits phytosanitaires, etc.) ; - des ressources en eau ; de l’amélioration des races animales et des variétés végétales par la sélection génétique, les manipulations génétiques, le bouturage ou le clonage ; du coût énergétique et des atteintes portées à l’environnement. Le choix des techniques culturales doit concilier la production, la gestion durable de l’environnement et la santé.

Comment nourrir 9 milliards d’individus en 2050, tout en préservant l’environnement ? A - Vers une agriculture durable au niveau de la planète 1-L’agrosystème, un écosystème modifié Rappels de collège et de seconde :Un écosystème naturel est un ensemble d'êtres vivants qui interagissent entre eux par des relations de support et de nutrition. Ils échangent de l'énergie et de la matière. L'énergie d'un écosystème provient du soleil qui permet la création de matière organique (MO) par les végétaux chlorophylliens (producteurs primaires) à partir de matière minérale (H2O, CO2, sels minéraux) : c'est la photosynthèse. Cette MO est ensuite utilisée par des producteurs secondaires avant d'être reminéralisée par les décomposeurs du sol ( voir les chaines alimentaires). La quantité de matières vivants produite par l'écosystème est appelée la biomasse (= animaux, végétaux, bactéries,...).

Un agrosystème est un écosystème artificiel dont le but est de produire de la matière végétale (agriculture) ou animale (élevage) destinée à l'alimentation humaine, l'industrie ou la production d'agrocarburants. Donc l’homme détourne l’écosystème et rompt son équilibre n exportant cette MO qu’il exploite.

En exportant l'essentiel de la MO produite par l'agrosystème, l'homme a rompu le recyclage naturel de celle-ci sous forme de matière minérale. Les sols des agrosystèmes s’épuisent à cause de ce déséquilibre dans le cycle. Il doit donc artificiellement augmenter l'apport de matière minérale sous forme d'engrais chimiques ou organiques et par l'irrigation (H2O). Ces pratiques augmentent le coût énergétique de production (fabrication, transport,...)

Dans un agrosystème l'exportation de la récolte constitue un flux sortant de matière (MO) d'autant plus important que la productivité primaire est importante. Il doit être compensé par un flux entrant d'eau et d'ions minéraux (la matière n'est pas recyclée). Ce flux de matière vient s'ajouter au flux d'énergie qui est lui même augmenté par l'activité agricole (carburants et coût énergétique des intrants).

On appelle intrants agricoles les produits apportés aux cultures On appelle intrants agricoles les produits apportés aux cultures. Ce sont notamment les semences, les engrais, qui compensent les pertes d'ions minéraux du sol, et les produits phytosanitaires (ou pesticides), qui protègent les plantes. Par extension on peut y rajouter tout ce que l'agriculteur doit se procurer comme le carburant, l'eau d'irrigation, le matériel agricole, les compléments nutritifs des animaux d'élevage, etc.

2- Pratiques alimentaires et développement durable La production animale a une rentabilité énergétique réduite L'élevage consomme plus d'énergie en produisant de la viande que l'agriculture en produisant des fruits, légumes ou céréales : - consommation importante d'eau (élevage et abattage), consommation d'énergie pour le transport et la conservation, donc une libération de plus de CO2 dans l'atmosphère (Gaz à effet de serre = GES). La consommation de viande animale a un bilan énergétique plus faible pour l'homme que les céréales. La production agricole animale réclame 10 fois plus d’intrants énergétiques et de matières pour une même quantité de matière ou d’énergie produite dans un système produisant des végétaux. Une alimentation à base de végétaux est donc plus en accord, avec un développement durable de l’agriculture et le respect de l’environnement.

Dans un agrosystème, le rendement global de la production comparé aux consommations de matière et d’énergie conditionne le choix d’une alimentation d’origine animale ou végétale, et cela dans une perspective de développement durable

3- Les améliorations de la qualité et la quantité des productions agricoles. a- les apports qui améliorent la quantité. L'irrigation raisonnée en fonction des conditions climatiques , de la nature des sols et le stade de développement des cultures augmentent le rendement. L'agriculture est le plus grand consommateur d'eau douce au monde. L'apport d'engrais (N, K, P) fertilisent les sols appauvris par la l'exportation des récoltes précédentes. Les traitements phytosanitaires (pesticides, fongicides, ...) limitent la destructions des récoltes par les parasites et ravageurs.

b- les biotechnologies qui améliorent les variétés agricoles. Les agronomes cherchent toujours à obtenir des populations d’individus les plus productifs, résistants et présentant les meilleures caractéristiques (gustatives, nutritionnelles, etc.) en vue de les proposer aux consommateurs, cela grâce à différentes techniques: -La sélection génétique a débuté avec les débuts de l'agriculture, il y a environ 10 000 ans, et se poursuit aujourd'hui. Des espèces sauvages ont été choisies par les premiers agriculteurs parmi celles qui correspondaient le mieux à leurs besoins (valeur alimentaire, facilité de culture ou d'élevage...). En croisant entre eux les individus les plus performants pour les critères recherchés ils ont obtenu les variétés (plantes) et les races (animaux) domestiques que nous connaissons aujourd'hui et qui sont différentes de leurs ancêtres sauvages

-À partir du milieu du XIXe siècle les découvertes de la biologie ont permis de mieux orienter les croisements avec l'hybridation. Celle-ci consiste à croiser entre elles deux lignées pures différentes pour les caractères recherchés. On obtient des hybrides de première génération, dits F1, qui présentent des caractéristiques homogènes (tous identiques). Non seulement ils peuvent cumuler les caractères recherchés des deux parents mais ils présentent parfois des qualités supplémentaires, on parle alors de vigueur hybride (ou hétérosis). Exemple: Expliquons cet exemple…

Donc, dans cet exemple, on observe des poules qui pondent des œufs de grande taille, mais avec des coquilles fines et d’autres des œufs de petite taille avec des coquilles épaisses. On souhaite obtenir des poules qui pondent des œufs de grande taille avec des coquilles épaisses (on parle ici de gènes d’intérêts, ces 2 caractères sont dépendant d’allèles spécifiques appelés allèles d’intérêts). On sélectionne alors pour ces caractères un coq et une poule qui présentent chacun un de ces gènes d’intérêts et qui sont homozygote pour ces allèles ( donc possèdent fois les mêmes= lignée pure pour cet allèle) et on les fait se reproduire. Les descendant de la première génération (F1) sont hybrides pour ces gènes ( allèles différents pour 1chacun des gènes) et expriment tous les mêmes caractères les poules F1 pondent toutes de gros œuf avec coquille épaisse (ils expriment les caractères qui nous intéressent et en F1). C’est une lignée stable. Ici dans certains cas on peut avoir un autre caractère lié qui nous intéresse ( Nombreux œufs pondus) qui est récessif mais qu’on s’arrange à avoir pur ; on parle alors de’’vigueur hybride’’.

-Depuis la fin du XXe siècle on est aussi capable d'isoler des gènes d'intérêt et de les transférer d'un organisme à un autre de manière à obtenir un organisme génétiquement modifié (OGM). Cette transgénèse peut s'effectuer entre individus de la même espèce, mais aussi entre espèces différentes voire entre règnes différents. -Et enfin les techniques permettant d'obtenir un ou plusieurs descendants génétiquement identiques à un parent , le clonage (par la culture in vitro) ou le bouturage chez les végétaux.. Toutes ces techniques (vues sur cette diapositive et sur les 2 précédentes) permettent de satisfaire au mieux la clientèle, mais ne sont pas sans conséquence sur l’environnement (biodiversité, etc.).

4- impact sur la santé et risques sur la santé de certaines pratiques agricoles a- Les risques sanitaires encore mal évalués L'apport excessif ou mal contrôlé des engrais ou des produits phytosanitaires dans les sols provoque une pollution des nappes aquifères lors du lessivage des sols par les pluies. Ces pollutions sont à l'origine de la détérioration de la qualité des eaux du robinet, et du développement d'algues vertes envahissantes dans les rivières et les eaux côtières (rappel ex des marées vertes). L'exposition quotidienne aux polluants par l'alimentation, ainsi que leurs effets combinés sont actuellement mal évalués et probablement sous-estimés.

b- Un coût énergétique et environnemental élevé. La multiplication des techniques de production augmentent la consommation énergétique et la libération des GES impliqués dans le réchauffement climatique (L'effet de serre). Les pollutions (pesticides) et l'occupation intensive et monospécifiques des sols induisent une réduction de la biodiversité. Solution possible: l'agriculture biologique (réduction des traitements phytosanitaires,...) et l'enherbement périphériques des champs qui améliorent la diversité spécifique naturelle et la qualité des eaux souterraines. 5 – BILAN Le choix des pratiques culturales doit permettre de concilier la nécessaire production agricole, la gestion durable de l’environnement et la santé des consommateurs. Cela passe par une gestion raisonnée des surfaces agricoles, de l'eau et des intrants.

Pour cette partie qui vient d’être traitée BO compétences exigibles (ce que vous devez savoir faire- ce que l’on va vous demander de suivre comme démarche): Comparer la part d'intervention de l'Homme dans le fonctionnement d'un écosystème et d'un agrosystème. Montrer que consommer de la viande ou un produit végétal n’a pas le même impact écologique. Comparer les bilans d’énergie et de matière (dont l’eau) d’un écosystème et de différents agrosystèmes (cultures, élevages), à partir de données prélevées sur le terrain ou dans des bases de données et traitées par des logiciels de calculs ou de simulation. Expliquer, à partir de résultats simples de croisements, le principe de la sélection génétique (« vigueur hybride » et « homogénéité de la F1 »). Relier les progrès de la science et des techniques à leur impact sur l'environnement au cours du temps. Étudier l’impact sur la santé ou l’environnement de certaines pratiques agricoles (conduite d’un élevage ou d’une culture).

BO (le minimum que vous devez connaitre , et comprendre…) pour la partie qui va suivre : Biologie des microorganismes et conservation des aliments Certaines techniques de conservation se fondent sur la connaissance de la biologie des microorganismes, dont certains sont pathogènes, et visent à empêcher leur développement. Conservation des aliments, santé et appétence alimentaire La conservation des aliments permet de reculer la date de péremption tout en préservant leur comestibilité et leurs qualités nutritives et gustatives. Les techniques de conservation peuvent modifier les qualités gustatives et nutritionnelles des aliments et provoquer parfois des troubles physiologiques chez le consommateur.

B- Conservation et consommation des aliments I/ La dégradation naturelle des aliments. a- Les microorganismes. Les aliments sont des supports et des sources de nutriments pour les microorganismes qui peuvent alors s'y développer. Les microorganismes principaux sont : - les champignons (organismes uni- ou pluricellulaires eucaryotes) qui provoquent les moisissures , les bactéries (organismes unicellulaires procaryotes) . Ces microorganismes sont parfois pathogènes ce qui implique des conséquences sur la conservation et la consommation des aliments.

b- les conditions physico-chimiques de prolifération des microorganismes. Les microorganismes prolifèrent sous certaines conditions chimiques et physiques : - la présence de substances nutritives (nutriments) dans les aliments (glucides, protéines), - la disponibilité en eau de l'aliment ou l'humidité de l'air, - la composition de l'atmosphère (O2), - la température ambiante, - le pH (acidité).   La connaissance des conditions de prolifération des microorganismes permet d'envisager des techniques de conservation des aliments. (c’est comme cela que vous devez raisonner , exemple : puisque l’O2 permet le développement de certains microorganismes, supprimons l’O2 ( sous-vide) et ces microorganismes ne se developperons pas…. Tenir le même raisonnement pour les autres conditions…)

II/ La conservation des aliments a- Les techniques de conservation. Les techniques de conservation des aliments visent à empêcher les microorganismes de se multiplier de manière à préserver la comestibilité et les propriétés gustatives ou nutritives des aliments. La plupart des méthodes de conservation des aliments sont anciennes et ont été établies grâce à une démarche empirique. Aujourd'hui, la biologie permet de comprendre les fondements de ces méthodes. On peut : inhiber le développement des microorganismes par le froid (réfrigération ou congélation) ; tuer les microorganismes par la chaleur (appertisation, pasteurisation...) ou avec un antiseptique (fermentation...) ; - supprimer l'eau disponible (déshydratation, salage, sucrage ...) ; - diminuer le pH (la fermentation) - suppression de l'O2, ajout de CO2 (la mise sous-vide ou sous atmosphère conservatrice ).

La DLC est la date limite de consommation (produit frais). La combinaison de plusieurs techniques de conservation peut également être envisagée. b- La DLC et la DLUO. Une fois traités, les aliments sont emballés dans un emballage hermétique pour une conservation de longue durée. Ils ont toutes une date limite de consommation indiquée sur l'emballage. Une fois ouvert, la conservation de l'aliments devient limitée à cause des conditions physico-chimiques plus favorables aux microorganismes ou des contaminations (quelques heures à l'air ambiant, quelques jours au réfrigérateur). La DLC est la date limite de consommation (produit frais). La DLUO est la date limite d'utilisation optimale (conserves); après cette date, l'aliment n'est pas nocif mais les qualités gustative et texturales ne sont plus garanties.   Les techniques de conservation alimentaire tentent de conserver au maximum les qualités gustatives et nutritives des aliments mais peuvent aussi les modifier.

III/ Les conséquences sur la santé et l'appétence a- La qualité des aliments Les techniques de conservation des aliments peuvent modifier les propriétés organoleptiques et nutritionnelles des aliments. Si c'est parfois recherché (confitures, choucroute, yaourt, confits...), c'est souvent une altération de l'aliment (perte de vitamines, altération du goût ...) : - la stérilisation (12°C) sur plusieurs minutes détruits les vitamines, contrairement à la technique UHT (150°C pendant 5 sec) - la congélation, la lyophilisation et la stérilisation modifie les textures des aliments contrairement à la pasteurisation qui permet de conserver la mention "frais" pour l'aliments.)

b- Les risques sanitaires   Les additifs alimentaires sont des substances chimiques(colorants, édulcorants, conservateurs, antioxydants, épaississant, émulsifiants) ajoutés aux aliments, ils sont notés par la lettre "E". La loi fixe un dose journalière admissible (DJA) correspondant le plus souvent à 1/100è de la dose maximale sans effet toxique démontrable (DSE). Cependant, les effets d'addition, d'interaction ou de concentration biologique de ces substances sont mal évalués. Les risques allergiques, voire plus graves (cancers), ne sont pas négligeables.

III - Savoir lire les étiquettes Les conseils de conservation permettent de préserver les propriétés nutritionnelles d'un aliment. Le respect de la chaîne du froid est indispensable pour les aliments réfrigérés ou surgelés mais aussi pour les viandes, les plats cuisinés etc. La date de péremption de l'aliment est soit indicative (DLUO : "À consommer de préférence avant..."), pour les denrées non périssables, soit impérative (DLC : "À consommer avant...") pour les produits réfrigérés par exemple.

IV - Les allégations nutritionnelles On appelle allégation nutritionnelle, une mention inscrite sur l'emballage d'un produit, qui affirme ou suggère qu'un aliment possède des caractéristiques particulières liées à sa composition ou à ses propriétés nutritionnelles. Ces allégations sont soumises à une stricte réglementation : impossible d'affirmer une allégation si l'on ne respecte pas les valeurs et les règles établies. Les allégations nutritionnelles indiquent l'apport en énergie et en nutriments de l'aliment. Elles insistent parfois sur un aspect particulier : "riche en calcium", "pauvre en sodium", "riche en oméga 3" etc. D'autre part, certains aliments ont fait l'objet d'un enrichissement soit en vitamines (B et D surtout) soit en sels minéraux (calcium, fer, magnésium, phosphore), en acides gras ou en acides aminés. Or, une alimentation variée et équilibrée suffit à apporter ces substances en quantité suffisante. L'enrichissement alimentaire obéit davantage à une logique commerciale de l'industrie qu'à un réel souci d'équilibre. Les allégations de santé doivent être considérées avec prudence. Depuis 2010 l'Union européenne vérifie les allégations de santé des produits alimentaires sur des bases scientifiques.

Pour cette partie qui vient d’être traitée BO compétences exigibles (ce que vous devez savoir faire- ce que l’on va vous demander de suivre comme démarche): Expliquer à partir de données expérimentales ou documentaires le rôle des conditions physicochimiques sur le développement de microorganismes. Expliquer les conseils de conservation donnés aux consommateurs. Identifier les avantages et les inconvénients pour le consommateur de certains traitements appliqués dans le cadre de la conservation des aliments. Utiliser des arguments scientifiques pour confirmer ou infirmer certaines affirmations véhiculées dans les médias ou dans les publicités concernant l’action de certains produits alimentaires sur la santé.