Des pommes de terre sur Mars

Exercice type sujet de bac

Dans le film Seul sur Mars, l'astronaute Mark Watney est laissé pour mort par ses coéquipiers, une tempête les ayant obligés à décoller de la planète Mars en urgence. Le lendemain, Mark Watney, qui n'est que blessé, se réveille.

Pour survivre, il décide de cultiver des pommes de terre sous le dôme de la base, qui permet de recréer l'atmosphère terrestre. Grâce à un ingénieux système permettant de fournir l'eau nécessaire aux végétaux et à un éclairage adapté alimenté en électricité par des panneaux solaires, Mark Watney, botaniste de formation,  plante un « champ de pommes de terre » qui lui fournira de la nourriture nécessaire à sa survie.

Partie 1. La photosynthèse sur Mars

1. À partir de vos connaissances, définir en quelques lignes la photosynthèse.

Document 1. Mise en évidence de la production de matière organique par les feuilles

Un cache noir a été placé sur des feuilles de coléus (végétal à feuilles panachées, c'est-à-dire des feuilles qui possèdent des zones dépourvues de chlorophylle) qui ont ensuite été exposées à la lumière pendant 72 heures.

Après 72 heures, on a prélevé une feuille qu'on a décolorée dans de l'éthanol bouillant, sous hotte et avec un dispositif réfrigérant, puis on a ajouté de l'eau iodée. Le résultat a été photographié ci-dessous.

Chez les végétaux, la matière organique produite lors de la photosynthèse peut être stockée sous forme d'amidon, un glucide complexe. Pour mettre en évidence la présence d'amidon, on utilise de l'eau iodée qui devient bleu-noir en présence d'amidon. Elle reste jaune-orangé en absence d'amidon.

2. Exploiter les résultats expérimentaux du document 1 pour identifier certaines conditions indispensables à la réalisation de la photosynthèse.

Document 2. Spectre d'absorption des pigments chlorophylliens et spectre d'action de la photosynthèse3. Mark Watney utilise des éclairages LED bleu et rouge. À partir de l'exploitation du document 2, justifier l'utilisation d'un tel éclairage.

Partie 2. Pommes de terre et alimentation de Mark Watney

Après 79 jours martiens, Mark Watney récolte les tubercules de pomme de terre, qui ont stocké de l'énergie chimique sous forme d'amidon.

4. Calculer le nombre de jours d'autonomie dont dispose Mark Watney avant qu'une nouvelle mission ne vienne le récupérer sur Mars. Expliciter le raisonnement.

Données : 

• surface du champ de pommes de terre S = 126 m² ;
  
• rendement* de la pomme de terre r = 3 kg·m^–2 ;
  
• apport énergétique de la pomme de terre A = 3 400 kJ·kg^-1 ;
  
• dépense énergétique moyenne par jour martien de Mark Watney D = 11 000 kJ.
  

* En agriculture, on appelle rendement la quantité de produit récoltée sur une surface cultivée donnée

5. Proposer au moins une solution qui permette à Mark Watney d'augmenter son autonomie.