STL : biochimie, biologie et biotechnologies, septembre 2025
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Proposition de corrigé — non officielle. Baccalauréat 2025. Baccalauréat technologique - STL — Métropole — 10 septembre 2025.
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Partie I — Mettre au point un système d’aquaponie
Questions 1 à 3 — Installer le cycle de l’azote
Q1. On introduit d’abord les bactéries pour établir la transformation de NH₄⁺ en NO₂⁻ puis NO₃⁻. Les plantes peuvent ensuite utiliser les nitrates et contribuer à leur prélèvement. Les poissons arrivent après l’installation de ces fonctions : ammonium et nitrites en concentrations élevées leur sont toxiques. Les introduire immédiatement exposerait le système à une accumulation avant que les bactéries soient suffisamment nombreuses.
Q2. Au démarrage, le sulfate d’ammonium fournit une source d’ammonium aux bactéries. Une fois les poissons présents, leurs rejets alimentent le cycle ; l’ajout initial n’a plus la même nécessité. Un fonctionnement circulaire n’exclut pas le suivi des concentrations.
Q3. Les poissons fournissent des rejets azotés, les bactéries les transforment en formes utilisables par les plantes, et celles-ci contribuent à épurer l’eau qui revient vers les poissons. Le système est dit symbiotique au sens d’une association d’acteurs aux fonctions complémentaires et aux bénéfices réciproques ; il ne s’agit pas d’une seule réaction chimique.
Questions 4 et 5 — Réactions et pH
Q4. Pour la nitratation :
NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2 H⁺ + 2 e⁻
O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻ → 2 H₂O
En multipliant la première demi-équation par 2 et en simplifiant : 2 NO₂⁻ + O₂ → 2 NO₃⁻. Atomes et charges sont conservés.
Q5. La nitritation donnée produit deux H⁺ par NH₄⁺ transformé. L’augmentation de la concentration en H⁺ tend donc à faire diminuer le pH. La nitratation, dans le bilan précédent, ne produit pas de H⁺ net. Le sens global s’explique donc par la première étape, sous réserve du pouvoir tampon de l’eau.
Questions 6 à 8 — Choisir les souches
Q6. La droite horizontale à 25 % coupe la courbe des plantes vers pH 4,5 et 7,2–7,3, et celle des poissons vers 6,5 et 9,2–9,3. Pour une croissance strictement supérieure à 25 %, on retient l’intérieur de ces intervalles ; leurs limites sont des lectures approximatives du graphique.
Q7. Leur intersection donne environ 6,5 < pH < 7,3. Ce compromis maintient les deux types d’organismes au-dessus du seuil demandé ; il ne correspond pas à leur optimum individuel.
Q8. Un choix cohérent est Nitrosomonas stercoris, qui transforme NH₄⁺ en NO₂⁻, avec un optimum à pH 6,9 et 24 °C, et Nitrobacter hamburgensis, qui transforme NO₂⁻ en NO₃⁻, avec un optimum à pH 7,2 et 25 °C. Les deux fonctions se succèdent, leurs pH sont dans le compromis retenu et leurs températures proches. Une association de deux espèces réalisant seulement la première étape serait insuffisante.
Questions 9 à 12 — Optimiser la PCR
Q9. Pour l’amorce antisens A, CAATGGGAGCATAACGAG, on compte 9 A/T et 9 G/C : Tₘ = 2 × 9 + 4 × 9 = 54 °C. L’amorce B ajoute GCA, soit un A/T et deux G/C : Tₘ = 54 + 2 + 8 = 64 °C.
Q10. L’amorce sens a un Tₘ de 56 °C. L’amorce A donne un écart de 2 °C, conforme au maximum demandé ; B donne 8 °C. On retient donc A.
Q11. L’amplicon attendu mesure 297 pb, et non les 8 363 pb du gène entier. À 1 000 pb·min⁻¹, la durée théorique est 297/1 000 = 0,297 min, soit 17,8 s.
Q12. Le protocole B combine 52 °C et 30 s d’élongation. La température est inférieure aux Tₘ des deux amorces, avec des écarts de 2 et 4 °C. Les 30 s dépassent 17,8 s et économisent du temps par rapport aux 60 s du protocole A. Les protocoles à 55 °C dépassent le Tₘ de l’amorce antisens A et ne satisfont pas les conditions fixées.
Questions 13 à 15 — Comparer les détections
Q13. Le puits 1, contrôle positif issu de cyanobactéries productrices, montre la bande attendue proche de 297 pb. Le puits 2, issu de cyanobactéries non productrices, ne montre pas cette bande. Les résultats attendus des témoins valident l’interprétation de ce gel ; ils ne constituent pas à eux seuls une mesure de sensibilité sur toutes les souches possibles.
Q14. La bande de contrôle immunochromatographique est présente pour tous les prélèvements : les tests sont exploitables. La bande test reste négative avant contamination, à J+0, J+7 et J+14 ; elle devient positive à J+21. Pour la PCR, les puits 3, 4 et 5 ne montrent pas la bande attendue ; les puits 6 et 7 sont positifs, soit J+14 et J+21. Dans cette expérience, le gène est donc détecté une semaine avant la toxine au seuil du test.
Q15. La PCR fournit une alerte plus précoce sur la présence du gène associé à une production possible. L’immunochromatographie renseigne directement sur la toxine détectable. Ces approches sont complémentaires : un gène détecté ne mesure pas une concentration de toxine, et un test négatif ne démontre pas une absence absolue sous son seuil de détection.
Question 16 — Organigramme
Le circuit se résume ainsi : remplir les compartiments → apporter l’ammonium initial → installer les deux fonctions bactériennes → vérifier nitrification et pH → introduire les plantes → introduire les poissons quand le cycle est établi → suivre pH et composés azotés → surveiller le gène par PCR et la toxine par immunochromatographie. En cas de contamination, les aliments du dispositif ne sont plus consommés et des actions correctrices sont mises en œuvre, comme l’indique le contexte du sujet. La remise en fonctionnement dépend de nouveaux contrôles satisfaisants, pas d’un simple délai.
Partie II — Question 17 : biotechnologies et agriculture durable
Les biotechnologies utilisent des organismes ou des processus biologiques pour produire, transformer ou améliorer des systèmes. Le document 7 permet de discuter leurs effets selon les trois enjeux proposés : planète, population et prospérité.
Pour la planète, des variétés résistantes à certains insectes et des méthodes de lutte biologique peuvent réduire des traitements chimiques. L’exemple de BioTech associe des micro-organismes aux plantes pour améliorer l’utilisation des nutriments et préserver le sol. L’objectif de réduction des engrais jusqu’à 50 % cité est une piste de développement ; le texte ne démontre pas ce rendement pour toutes les cultures. L’introduction d’un organisme doit aussi être étudiée pour ses effets sur les autres espèces.
Pour la population, stabiliser une récolte face à la sécheresse ou enrichir sa valeur nutritive peut contribuer à la sécurité alimentaire. Ces bénéfices doivent être vérifiés sur les produits concernés. Les inquiétudes sanitaires évoquées dans le document, dont l’allergénicité, appellent une évaluation ; elles ne prouvent pas que toute plante issue du génie génétique présente le même risque.
Pour la prospérité, de meilleurs rendements et de nouvelles activités peuvent soutenir les revenus. Mais l’accès aux outils et aux semences peut accentuer les écarts entre grandes exploitations et petits producteurs. Un achat récurrent imposé peut créer une dépendance économique. Le changement de pratiques demande aussi formation et accompagnement : BioTech décrit précisément cette difficulté.
Une agriculture durable ne résulte donc pas du seul caractère innovant d’une technique. Il faut confronter gains agronomiques, risques écologiques, innocuité, coût et accès effectif. L’aquaponie illustre cette logique : la circulation de l’eau et de l’azote est prometteuse, mais le système exige suivi microbiologique et maîtrise du fonctionnement pour conserver son intérêt.