Voici une proposition de corrigé.
Exercice 1 :
Face aux perturbations de son environnement, l’être humain dispose de réponses adaptatives impliquant le système nerveux et lui permettant de produire des comportements appropriés. Le stress aigu désigne ces réponses face aux agents stresseurs. A partir d’une sensation de départ (stimulus) captée par un récepteur sensoriel, un message nerveux codé en potentiels d’action est élaboré.
Cela implique une réponse en deux temps impliquant tout l’organisme.
I. La réponse au stress aigu :
Expérience :
Imagerie médicale de l’activité du système nerveux central suite à un stimulus stressant :
Enregistrement du taux sanguin de deux hormones liées au stress (adrénaline et cortisol dans le temps à partir d’un stimulus stressant (doc1)
1) Une réponse rapide (phase d’alerte)
La réponse de l’organisme est d’abord très rapide : le système limbique est stimulé, en particulier les zones impliquées dans les émotions telles que l’amygdale. Cela a pour conséquence la libération d’adrénaline par la glande médullo-surrénale. L’adrénaline provoque une augmentation du rythme cardiaque, de la fréquence respiratoire et la libération de glucose dans le sang.
2) Une réponse plus lente mais inscrite dans la durée ( phase de résistance)
Une autre conséquence des agents stresseurs au niveau cérébral est la sécrétion de $\rm{CRH}$ par l’hypothalamus : le $\rm{CRH}$ met à contribution l’axe hypothalamo-hypophyso-corticosurrénalien, entrainant dans un second temps la libération du cortisol. Le cortisol favorise la mobilisation du glucose et inhibe certaines fonctions (dont le système immunitaire). Le cortisol exerce en retour un rétrocontrôle négatif sur la libération de $\rm{CRH}$ par l’hypothalamus et favorise le rétablissement de conditions de fonctionnement durable.
Remarque: Il existe un rétrocontrôle négatif du cortisol sur l’hypothalamus mais il n’est pas mis ici car il ne répond pas au sujet.
II. La réponse musculaire et sa commande volontaire
1) Fonctionnement de la contraction musculaire
Le muscle strié est un ensemble de cellules musculaires dites striées, organisées en faisceaux musculaires. Le raccourcissement et l’épaississement des muscles lors de la contraction musculaire permettent le mouvement relatif des deux os auxquels ils sont reliés par des tendons.
La cellule musculaire, cellule spécialisée, est caractérisée par un cytosquelette particulier (actine et myosine) permettant le raccourcissement de la cellule.
La contraction musculaire nécessite des ions calcium et l’utilisation d’$\rm{ATP}$ comme source d’énergie.
2) Apport accru de dioxygène et de glucose
Document montrant l’augmentation de la fréquence respiratoire et de la fréquence cardiaque suite à un stress aigu et l’évolution du taux de dioxygène sanguin
Les cellules musculaires ont besoin de nutriments, principalement de glucose et de dioxygène, puisés dans le sang.
Les réserves de glucose se trouvent sous forme de glycogène dans les cellules musculaires et dans les cellules hépatiques. Elles servent à entretenir des flux de glucose, variables selon l’activité, entre les organes sources (intestin et foie) et les organes consommateurs (dont les muscles).
3) La production d’énergie permettant la contraction musculaire
L’énergie est apportée sous forme de molécules d’$\rm{ATP}$ à toutes les cellules. Il n’y a pas de stockage de l’$\rm{ATP}$, cette molécule est produite par les cellules à partir de matière organique, notamment le glucose.
L’oxydation du glucose comprend la glycolyse puis le cycle de Krebs (dans la mitochondrie). La chaîne respiratoire mitochondriale permet la réoxydation des composés réduits, par la réduction de dioxygène en eau. Ces réactions conduisent à la production d’$\rm{ATP}$ qui permet les activités cellulaires.
Il existe une autre voie métabolique dans les cellules musculaires, qui ne nécessite pas d’oxygène et produit beaucoup moins d’$\rm{ATP}$.
Document montrant l’augmentation de la fréquence respiratoire et de la fréquence cardiaque suite à un stress aigu et l’évolution du taux de dioxygène sanguin
Ici c’est un métabolisme aérobie.
Conclusion
L’organisme est capable de s’adapter à son environnement et à répondre à un stimulus stressant. Un ensemble de réponses coordonnées par le système nerveux permettent cette adaptation. Suite à un stress qui durerait un rétrocontrôle négatif se mettrait en place de la part du cortisol sur le système nerveux central. Il pourrait alors y avoir un effet chronique du stress à l’origine de maladie (le cortisol est un inhibiteur du système immunitaire).
Exercice 2 : Mettre en évidence les effets d’une éruption volcanique majeure sur la température atmosphérique de la Terre.
L’exercice 2 nous demande de mettre en évidence les effets d’une éruption volcanique majeure sur la température atmosphérique de la Terre.
Le document 1
Il montre que, sur les 252 derniers millions d’années qu’a connus la Terre, trois grandes provinces magmatiques géantes se sont formées : les trapps de Sibérie, il y a environ 250 millions d’années, qui ont produit environ 4 millions de km³de roches magmatiques ; les trapps du CAMP, il y a environ 200 millions d’années ; et les trapps du Deccan, il y a environ 65 millions d’années, qui ont produit environ 2 millions de km³ de roches magmatiques. Ces événements correspondent donc à des épisodes volcaniques majeurs, avec des volumes très importants de magma émis.
Le document 2 présente les produits émis lors des éruptions volcaniques.
Document 2A montre que les roches formées lors de ces éruptions sont dues à un épandage de magma qui, en refroidissant, donne naissance à du basalte, une roche magmatique silicatée.
Document 2B Les éruptions volcaniques émettent également des gaz dans l’atmosphère, notamment du dioxyde de carbone (CO₂) (49%), du dioxyde de soufre (SO₂) (12%) et de la vapeur d’eau (37%)
Le document 3 : l'étude de l’éruption du Pinatubo
Document 3A : L’augmentation de la concentration optique de l’atmosphère due à la teneur de celle-ci en composés soufrés produit une diminution de la température de 0.6 à 0.8° : La aérosols soufrés présent dans l’atmosphères ont la capacité de faire baisser la température terrestre.
Document 3B : L’éruption du Pinatubo à provoqué une diminution atteignant 10% du rayonnement solaire au niveau du sol au bout d’un an. Le retour à un rayonnement avant éruption a été retrouvé 3 ans plus tard.
Le document 4 : Devenir des roches silicatées
L’augmentation du taux de CO2 atmosphérique augmente l’altération de l’anorthite (minéral silicaté présent dans le basalte. Formant HCO3- et un nouveau minéral métamorphique : la Kaolinite.
HCO3- arrivant dans les océan provoque la précipitation de carbonates comme la calcite et du CO2 dissous.
Le document 5 : les effets d’une éruption volcanique ne sont pas les même dans le temps. On distingue 3 phases :
- de 0.1 à 10 ans : une augmentation des composé soufrés de l’atmosphère
- de 10 à 10 000 ans Une augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique
- de 10 000 ans à 10 millions d’années Une augmentation de l’altération des silicates.
Synthèse :
Une éruption volcanique produit, outre le magma, différents gaz qui peuvent être rejetés dans l'atmosphère : le dioxyde de soufre, le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. ( H2O vapeur et CO2 sont des gaz à effet de serre).
Le dioxyde de soufre, lui, présent dans l'atmosphère, peut se combiner et former des aérosols qui peuvent rester un certain temps dans l'atmosphère et augmenter par conséquent l'albédo, c'est-à-dire la capacité de l'atmosphère à refléter le rayonnement solaire.
Si l'on étudie une éruption volcanique, le Pinatubo (document 3), on constate que l'augmentation des aérosols présents dans l'atmosphère, dus aux composés soufrés, a pour effet une diminution de la température moyenne terrestre de 0,5 à 0,8 degré.
Par ailleurs, suite à l'éruption du Pinatubo, nous avons constaté une diminution du rayonnement solaire reçu par le sol d'environ 10 %, pour une période d'environ trois ans.
L'augmentation du CO₂ dans l'atmosphère a une conséquence sur les roches silicatées puisqu'elle va avoir pour conséquence d'augmenter l'altération d'un minéral silicaté présent dans le basalte, la norite, qui va être métamorphisée en kaolinite. Ceci aura pour effet la production d'ions HCO₃⁻ qui vont se retrouver dans les océans et provoquer la précipitation de calcite, qui est un carbonate, ainsi que l'augmentation du taux de CO₂ des océans.
Au cours des 252 derniers millions d'années, la Terre a connu trois grands épisodes d'éruptions volcaniques produisant entre 2 et 4 millions de kilomètres cubes de basalte.
Ces éruptions volcaniques, on l'a démontré, ont un effet sur la température de la Terre, en appliquant le principe d'actualisme, en observant des éruptions volcaniques actuelles.
Le document 5 montre qu'une éruption volcanique peut avoir des effets chronologiques différents.
D'abord, une augmentation des aérosols soufrés sur les dix premières années, qui provoquera une diminution du rayonnement solaire reçu par le sol, et donc une diminution de la température.
Entre 10 et 10 000 ans, on va avoir une augmentation importante du taux de CO₂ dans l'atmosphère, qui va permettre une augmentation de la température globale puisque le CO₂ est un gaz à effet de serre.
Enfin, entre 10 000 et 10 millions d'années, nous avons une altération des silicates importante, donc une augmentation de l'érosion, une formation de kaolinite par exemple, et en même temps une augmentation dans les océans du taux de CO₂, qui pourra lui aussi avoir un effet puisqu'il pourra se lier ensuite dans l'atmosphère et avoir un nouvel impact sur la température.
Donc les éruptions volcaniques modifient la température à l'échelle des temps géologiques, provoquant alternativement un refroidissement puis un réchauffement climatique.
