SMB - Sciences 9e - Mme Lynn Fisher

Rien ne fonctionne sans énergie. Les nutriments (protéines, glucides, lipides) sont les carburants de tous les organismes.  Il s'agit d'en consommer la valeur nécessaire à notre mode de vie.

Les nutriments organiques sont des composés chimiques constitués de molécules qui ressemblent à des longues chaînes d'atomes de carbone.  On les répartit selon 4 grandes classes : les protéines, les glucides, les lipides et les vitamines.  

Voir le nouveau guide alimentaire canadien

Les nutriments inorganiques sont des composés tels que les minéraux.

Les protéines

Les protéines sont nécessaires à notre alimentation parce qu'elles fournissent les éléments structurants de notre corps.

Sources de protéines : viandes, produits laitiers, poisson, oeufs...

Les glucides

Le terme glucides regroupe les sucres, qui peuvent être soit complexes, comme l'amidon, soit simples, comme le saccharose ou le fructose. La différence entre ces deux types de sucre s'explique par la façon dont ils sont brûlés par l'organisme.

Les sucres complexes dits "lents" demandent davantage de temps pour devenir du glucose, la forme de sucre absorbé par le corps, contrairement aux sucres simples dits "rapides".

sources de glucides simples : sucre, boissons gazeuses, friandises...

sources de glucides complexes : céréales, pommes de terre, pâtes, riz, fruits...

Les lipides

Ils représentent toutes les graisses composant un aliment.

Il faut distinguer les gras saturés (ou gras trans- ce qu'on appelle les mauvais gras).  Ils ont majoritairement de sources animales.

Les gras poly-insaturés sont dit être des "bons gras" puisqu'ils permettent de prévenir un certain de nombre de maladies cardio-vasculaires.  Ils sont majoritairement de sources végétales.

Voici des aliments riches en lipides : beurre, crème fraîche, viande rouge, fromages, huile, margarine, olives, noix, avocats, cacahuètes...

Les vitamines

Les vitamines sont des molécules organiques requises en quantités minimes.  Elles facilitent l'action des enzymes dans notre corps.

L'être humain est incapable de produire ses vitamines - c'est pourquoi il est nécessaire de manger des repas bien équilibrés afin de se procurer de tous les vitamines nécessaires pour être sain.

Les nutriments inorganiques sont les composés chimiques que la cuisson et l'air ne détruisent pas.  Comme les vitamines, les minéraux sont requises en petites quantités.  Cependant, ils sont tout aussi importants comme matériaux de construction de tous les tissus vivants.

Quotidiennement, une quantité supérieure à 100 mg de macro-éléments - le calcium, le sodium, le potassium, le magnésium, le phosphore, le chlore et le soufre - est nécessaire.

Par contre, moins de 100 mg d'oligo-éléments, chargés de stimuler l'action des vitamines, sont nécessaires par jour.

Les mêmes oligo-éléments, essentiels à la santé, peuvent se révéler toxiques s'ils sont ingérés en excès. 

Les engrais commerciaux

Les trois chiffres mentionnés sur l'emballage d'engrais sont des références utiles pour les jardiniers et les jardinières. 

Les proportions à la base des engrais aident à la croissance des différentes parties de la plante.  Les feuilles, les racines et les fleurs profitent respectivement d'une teneur élevée en azote, phosphore et potassium.  Les chiffres, toujours dans le même ordre, se rapportent au pourcentage de la masse du mélange d'engrais fournissant l'azote, le phosphore et le potassium.

Questions de révision

Corrigé

Des changements dans l'alimentation peuvent avoir de graves répercussions sur la santé générale du corps.

P.ex. Une carence en fer entraîne un état, appelé anémie ferriprive, dans lequel le corps ne produit pas assez d'hémoglobine, la protéine chargée de transporter l'oxygène.

Dans les cas les plus sévères, une telle carence peut entraîner la mort, mais on observe le plus souvent un retard de croissance et une vulnérabilité face à l'infection.

P.ex. Le calcium joue un rôle crucial dans le soutien du corps, mais la carence en calcium fait partie des élément dont souffrent les populations mondiales.

Une carence en calcium est responsable d'irritabilité, de crampes musculaires graves et d'une déficience osseuse, tout pour mettre à l'épreuve la santé et les fonctions du corps.

Selon Le Guide alimentaire canadien, une alimentation saine et équilibrée fournit tous les nutriments essentiels à une bonne croissance et à un développement équilibré. 

Les études menées confirment même la possibilité d'une réduction notable des risques de maladies cardiaques, de cancers, de pression artérielle élevée, d'ostéoporose, d'anémie, de problèmes intestinaux et de caries.

Les acides et les bases s'utilisent de plusieurs façons dans nos vies.

La signification du pH

Le "p" du pH signifie "-log".  Autrement dit, le pH est la valeur négative du logarithme de la concentration d'ions hydrogène en mol/L.

P. ex.

Si la concentration d'ion hydrogène dans une solution était de 10^-4 mol/L (ou 0,0001 mol/L), le pH serait alors de 4.

L'échelle pH

L'échelle pH varie de 0 à 14 et détermine à quel point les acides et les bases sont fortement concentrés.  En général, on manipule des substances chimiques, acides et basiques, en solutions diluées.

pH < 7 → acide

pH = 7 → neutre

pH > 7 → base

Les propriétés des acides et des bases

Propriété	Acide	Base
Goût	aigre	amer
Texture	non glissante	glissante
Réaction avec les métaux (p.ex. le magnésium)	corrosion du métal/formation de bulles de H2.	aucune réaction
Papier tournesol	rouge	bleu
conductivité	conductible	conductible
pH de la solution	<7	>7

Le diagramme suivant démontre le pH de certaines substances courantes :

Les indicateurs de pH

Les indicateurs acido-basique sont des produits chimiques qui servent à déterminer si une solution est acide ou basique.  Ils changent de couleur en fonction du pH d'une solution.

P.ex. :

Le papier tournesol est un produit chimique dérivé du lichen, un organisme semblable à une plante.  Dans une solution acide, le papier tournesol bleu vire au rouge tandis que dans une solution basique, le papier tournesol rouge vire au bleu.

Dans une solution neutre, comme de l'eau pure, il ne change pas de couleur. 

Un indicateur universel est un mélange de plusieurs indicateurs qui change de couleur à mesure que le degré d'acidité varie.

                     

Le phénolphtaléine est un autre indicateur couramment utilisé.  En présence d'un acide, il est incolore tandis qu'il prend une couleur rose vif dans un milieu basique.

La neutralisation

Lorsque les acides et les bases réagissent ensemble, leurs propriétés acides et basiques disparaissent.  Ce processus porte le nom de neutralisation.

Questions de révision

Corrigé

Dans un écosystème normal et sain, de nombreuses espèces ont accès à la même source de nourriture.  Mais les être humains ont un avantage - l'agriculture nous permet de cultiver un groupe bien précis de plantes pour notre usage.  Nous exerçons un contrôle sur les autres espèces qui peuvent rivaliser avec les plantes dont nous voulons tirer le maximum de récolte.

L'épandage de pesticides sur les cultures pour agir sur les "parasites" est devenue une pratique normalisée dans le monde entier.  Beaucoup de pesticides sont fabriqués pour n'agir que sur une espèce précise de parasites :

les herbicides : agissent sur les mauvaises herbes;

les insecticides : agissent sur les insectes;

les fongicides : agissent sur les champignons parasites.

Tant que ces produits peuvent être utiles, leurs utilisations soulèvent des problèmes auxquelles on ne prête pas toujours attention.

L'introduction d'un produit chimique quelconque dans l'environnement risque causer des effets néfastes sur tous les organismes et non seulement sur ceux ciblés.  La société s'est davantage préoccupée de la maîtrise et de l'utilisation appropriée des pesticides lorsqu'elle a pris conscience de leur potentiel à nuire aux organismes qui ne sont pas leur cible.

La recherche et le développement de nouveaux pesticides sans risques ont résulté en des produits qui se décomposent plus rapidement dans l'environnement. 

Le terme biodégradation est la capacité d'une substance de se décomposer en dioxyde de carbone et en eau par des bactéries, des champignons et d'autres organismes simples.  Le plus une substance est biodégradable, moins elle risque causer des dommages sur l'environnement.

Les sources ponctuelles et les sources diffuses de polluants

Il est facile de surveiller et de contrôler les polluants qui pénètrent dans l'environnement en des endroits bien définis, qui constituent des sources ponctuelles, comme les conduites d'évacuation et les chenimées d'usines.

Mais qu'en est-il des polluants qui s'intègrent dans le milieu avant qu'on ait eu la chance de les déceler ?  Les polluants provenant de sources diffuses - comme les parcs d'engraissement, les terrains de golf, les chantiers de construction et les champs de cultures - pénètrent souvent dans l'environnement loin de la source, et un certain temps après avoir été déversés étant donné que les polluants se dispersent alors qu'ils se déplacent.  Il est donc beaucoup plus difficile de les contrôler, car ils ne sont pas déversés dans le milieu de façon régulière.  Les pluies acides constituent aussi un bon exemple de source diffuse de polluants.

Comment beaucoup devient beaucoup trop

À quel niveau la concentration d'un polluant devient-elle problématique ?

Pour la plupart des produits que tu utilises ou achètes, la norme indiquant combien de fois une substance est présente dans une autre est une indication en pourcentage (%) du poids ou du volume qu'elle représente.

P.ex.  Le yogourt.  Si l'étiquette indique qu'il y a 1 % de matières grasses du lait, cela veut dire que pour 100 g de yogourt, ce dernier contiendra 1 g de matières grasses du lait.

En fait, le terme "pour cent" signifie réellement "partie par centaine".  Dans d'autres études, tu as déjà vu l'unité parties par million (ppm) et même des unités de parties par milliard (ppb).

P.ex.  Si tu ajoutais 76 g de NaCl dans 1 000 000 g d'eau, ça donnerait une solution avec une concentration de 76 ppm.

Il est difficile d'imaginer que de si petites quantités d'une substance soient détectables, voire nuisibles, mais en fait tu apprendras que des quantités encore plus petites peuvent être prises en considération.

P.ex. L'élément cadmium est considéré comme toxique lorsqu'il atteint des concentrations de 17 parties par trillion (ppt)!

Exemple

Si l'information nutritionnelle étiquetée sur un pot de yogourt spécifie que chaque portion de 125 g servie contient 7 mg de cholestérol, quelle est la concentration de cholestérol dans une portion de yogourt en parties par million (ppm)?

Solution...

Premièrement, convertis les mg en g :

7 mg = 0,007 g

Dernièrement, exprime cette information en fraction pour effectuer une multiplication croisée :

0,007 g   =      ____?_____

 125 g              1 000 000 g

Donc 0,007 g x 1 000 000 g ÷ 125 g = 56 g

C'est comme dire 56 g de cholestérol pour chaque 1 000 000 g de yogourt OU 56 ppm!

 

N.B.  1 ppm = 1mg/L

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Les indicateurs biologiques de la qualité de l'eau

La plupart des formes de pollution réduisent la capacité du milieu à subvenir aux besoins des êtres vivants.  Dans le cas des systèmes aquatiques, la pollution, ainsi qu'un augmentation dans la température, entraîne une diminution de la quantité d'oxygène dissous dans l'eau.  En effet, les polluants provoquent une réduction du nombre et de la diversité des organismes présents dans la zone affectée.  Cette décroissance de la biodiversité, observée depuis longtemps pour les systèmes aquatiques, constitue un indicateur utile de la qualité de n'importe quelle masse d'eau.

Même s'il n'existe pas de normes bien définies de la diversité, quelques organismes sont clairement associés à l'eau "propre", et d'autres, à l'eau "polluée".  On appelle généralement ces organismes des indicateurs biologiques.

P.ex. Des espèces de poissons, comme la truite et la perche, vivent uniquement dans les eaux propres, bien oxygénées.  Par contre, la carpe et le poisson-chat sont deux espèces de poissons qui supportent bien des niveaux de pollution plus élevés.

Truite                         Perchaude                 Carpe                         Poisson-chat

               

Les indicateurs biologiques de la qualité de l'eau les plus utiles sont les macro-invertébrés : des organismes visibles à l'oeil nu, mais dépourvus de colonne vertébrale. 

Un recensement du nombre et du type de macro-invertébrés présents dans une masse d'eau fournit habituellement une indication générale de la présence ou de l'absence de polluants.

*Il ne faut cependant pas oublier qu'on rencontre dans n'importe quel type de masse d'eau les organismes caractéristiques des eaux de mauvaise qualité, tandis que les organismes caratéristiques des eaux de bonne qualité ne se trouvent que dans les eaux de bonne qualité!

Des indicateurs de la qualité de l'eau :

Bonne qualité (8-10 ppm d'oxygène)	Qualité moyenne (4-8 ppm d'oxygène)	Qualité médiocre (0-4 ppm d'oxygène)
nymphe de perle	nymphe de libellule	larves de moucheron
nymphe d'éphémère commune	nymphe de demoiselle	larves de mouche noire
larve de phrygane	larves de tipule	physe
pséphénide	myes et moules	sangsue
elmis	cloporte commun	tubicole
escargot à ailettes	écrevisse	escargot planorbe

Questions de révision

Corrigé

Les minéraux présents dans nos aliments entrent dans la chaîne alimentaire grâce aux plantes qui les absorbent.  Le plus souvent, les minéraux dissous dans l'eau pénètrent la plante par osmose, mais ses racines absorberont de préférence les ions dissous par transport actif.  Une fois dans la plante, les minéraux et les ions dissous sont acheminés dans toutes les parties de la plante.

Osmose :  Diffusion de l'eau au travers d'une membrane, l'eau circulant d'un endroit où sa concentration est forte à un endroit où sa concentration est faible.  En présence de solutés, l'eau se déplacera toujours du côté où la concentration des solutés est plus élevée jusqu'à ce que un côté soit aussi dilué que l'autre.

Transport actif :  Déplacement d'une substance d'un milieu de concentration faible à un milieu de concentration plus élevée.  Ce processus exige de l'énergie sous forme d'ATP.  (C'est l'inverse de la diffusion, où le déplacement des particules se fait vers le côté moins concentré).

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Le terme bioaccumulation décrit l'accumulation d'une substance chimique lorsque la vitesse d'absorption des substances chimiques dépasse leur décomposition et leur évacuation.

P.ex. La bioaccumulation du mercure

Des concentrations élevées de mercure dans l'organisme peuvent entraîner certains problèmes de santé. On estime qu'il peut endommager le cerveau et les reins et nuire au développement du foetus. Comme le mercure peut se loger dans le cerveau, qui est encore en développement chez le foetus et les enfants de moins de cinq ans, on pense que ces derniers sont particulièrement vulnérables.

Les concentrations de mercure dans les poissons varient en fonction du lac où ils sont pêchés, de l'espèce, et de l'âge ou de la taille. Généralement, plus les poissons sont petits, moins ils contiennent de mercure, et ceux qui se nourrissent principalement d'insectes renferment moins de mercure que ceux qui se nourrissent surtout de poissons.

Il y a aussi la bioamplification, qui est le processus par lequel la concentration des substances chimiques dans les organismes devient plus forte à des niveaux élevés de la chaîne alimentaire.

Voir l'activité : Le DDT dans la chaîne alimentaire.

Toxique ou poison ?

Les poisons sont des substances qui provoquent des blessures, des maladies ou la mort d'organismes par une réaction chimique à l'échelle moléculaire.

Les substances toxiques sont des substances dangereuses pour la santé de l'organisme vivant et pour son environnement. Les substances toxiques peuvent entraîner des maladies chez l'homme et peuvent même conduire à la mort.

toxicité aiguë : Propriété que possède une substance chimique de causer des dommages à un organismes après une seule exposition.

toxicité chronique : Capacité d'une substance à nuire à un organisme uniquement après s'y être accumulée au-delà d'un certain niveau, à la suite de plusieurs expositions réparties sur une période de temps.

Chaque substance chimique a le potentiel d'être nuisible, en fonction de sa dose, de notre tolérance et de la façon qu'elle réagit avec d'autres substances chimiques.  Nous devons décider si son utilisation est plus bénéfique que nuisible.

Informations sur le DDT

Lien entre alzheimer et DDT

DL 50

La toxicité des substances chimiques est établie selon la valeur de leur DL50.

DL 50 : Une dose provoquant 50% de mortalité dans un délai de 14 jours, dans une population d'organismes qui a ingéré une substance chimique en particulier.  Elle s'exprime en mg de substance par kg de l'animal.

P.ex.   Expérience : recherche pour déterminer la DL50 d'un insecticide (lindane) réalisée sur le rat.

Voici les résultats :

	6 lots au moins de 10 individus (jeunes individus en excellente santé recevant une nourriture équilibrée)
Nombre de rats O = rat vivant X = rat mort	O  O  O O  O  O O  O  O      O	O  O  O O  O  O O  O  X      O	X  X  O X  O  X O  O  X      O	O  X  X O  X  X X  X  O      X	X  O  X X  X  O X  X  X      X	X  X   X X  X  X X  X  X      X
Dose en une fois	Lot témoin 0 mg	15 mg	18 mg	20 mg	23 mg	26 mg

Quelle dose a tué au bout de 14 jours la moitié des rats ?

18 mg

La DL50 est exprimé par "kg d'animal".  Un rat pèse environ 200g.  Calcule la DL50.

L'expérience a exigé 18 mg de Lindane pour tuer 200 g de rat.

Pour 1 kg de rat (5 x 200 g), ça prendrait donc 90 mg (5 x 18 mg) de Lindane.

Questions de révision

Corrigé

Autrefois, la pollution était essentiellement un problème local.  L'industrialisation, l'invention des véhicules motorisés et l'explosion démographique ont entraîné un accroissement énorme de la production de biens et de services, et cet accroissement a provoqué une augmentation considérable de la quantité de sous-produits.

Des polluants pénètrent dans l'atmosphère, où ils parcourent de grandes distances, puis qu'ils retombent sur la terre sous forme de précipitations acides, créant des problèmes environnementaux.  

La suie résultant de l'utilisation de combustibles fossiles et les poussières soulevées par l'érosion éolienne, accrue par l'agriculture, sont les particules polluantes les plus courantes.  En raison de la configuration des vents dans l'hémisphère Nord, les particules en suspension dans l'air et les polluants gazeux ont tendance à se concentrer à des latitudes élevées, et ils sont par la suite entraînés de l'atmosphère vers la terre par la pluie ou la neige.

Le contrôle de la pollution des eaux de surface

Tu sais que les polluants qui pénètrent dans le milieu sont, à la longue, éliminés de l'atmosphère et des sols par les précipitations, et qu'ils se retrouvent dans les lacs, les rivières et les fleuves.  La plupart des pays du globe ont adopté une législation régissant le déversement de déchets dans les eaux de surface.

Le contrôle de la pollution des eaux souterraines

Environ 26% de la population canadienne tire de l'eau de nappes souterraines pour subvenir à ses approvisionnements quotidiens en eau.  On appelle eau souterraine l'eau qui est filtrée à travers le sol et remplit les espaces compris entre les particules de roche ou de sol, de même que les fissures et fractures de la roche sous-jacente.

Comme n'importe quelle eau, l'eau souterraine a tendance à s'écouler vers les rivières, les fleuves, les lacs et les océans, mais la vitesse à laquelle elle se déplace dépend de la perméabilité des formations rocheuses et des sols.  En général, l'eau souterraine parcourt en moyenne 15 m par année, mais en certains endroits le taux d'écoulement normal est de seulement quelques centimètres par siècle.  

Si on creuse un puits dans quelques-unes de ces zones perméables, on peut obtenir des quantités importantes d'eau.  Ces zones sont dites aquifères.  Une caractéristique des aquifères, c'est que l'eau est filtrée naturellement lors de l'écoulement, et elle n'est généralement pas contaminée par des bactéries.  

Malheureusement, d'autres types de polluants se dissolvent dans l'eau et se concentrent dans les aquifères.  Les problèmes de contamination croissent avec l'utilisation grandissante d'herbicides, de pesticides et de solvants toxiques dans les industries et en agriculture.  Il est très difficile, sinon impossible, de sorte qu'il vaut beaucoup mieux ne pas produire de tels polluants.

La biodégradabilité et l'environnement

Une substance biodégradable est un composé organique (naturel ou synthétique) que les bactéries, les champignons et d'autres organismes simples peuvent transformer en dioxyde de carbone et en eau.

Des spécialistes de l'anthropologie culturelle qui ont examiné d'anciens terrains de décharges publiques ont trouvé des journaux datant de plus de 20 ans qui étaient encore souvent le processus de dégradation, parce que le public perçoit la production de gaz résultant de la décomposition comme un danger potentiel.  On s'assure parfois que le site d'enfouissement reste sec pour éviter l'émanation de mauvaises odeurs.  Mais l'absence d'une combinaison appropriée d'eau, d'oxygène et de microbes dans le sol, empêche la décomposition.

Tableau : La vitesse de décomposition biologique d'ordures ménagères.

Le matériau	La durée de la décomposition biologique
Du tissu de coton	1 à 5 mois
Du papier	2 à 5 mois
De la pelure d’orange	6 mois
Du tissu de laine	1 à 5 ans
Un mégot de cigarette	1 à 12 ans
Une boîte de lait	5 ans
Un sac d’épiceries en plastique	10 à 20 ans
Du cuir	25 à 40 ans
Du tissu de nylon	30 à 40 ans
Une boîte de fer blanc	50 à 100 ans
Une boîte en aluminium	80 à 100 ans
Un porte-canette en plastique	450 ans ou plus

Le mouvement écologiste repose sur quatre principes, appelés les quatre R : réduire, réutiliser, recycler et récupérer.  

La réduction est la solution privilégiée, car c'est elle qui permet le plus de changer les choses.  Si on évite au départ de fabriquer des produits, non seulement on n'aura pas à les éliminer, mais on aura économisé la matière première et l'énergie requise pour les manufacturer.

La réutilisation et le recyclage sont considérés comme la deuxième meilleure solution.  Ce qui est un rebut pour certains peut être, du point de vue de quelqu'un d'autre, une ressource non exploitée.

La construction et la conception d'un site d'enfouissement

Malgré tous les efforts déployés pour encourager le recyclage, il faut encore décharger une quantité considérable de matière dans des sites d'enfouissement.   

Un site d'enfouissement sanitaire constitue une solution provisoire.  Une grande partie des déchets d'un site d'enfouissement sanitaire doit être recouverte chaque jour pour éviter qu'ils ne soient emportés par le vent ou qu'ils n'attirent des charognards.

La majorité des sites d'enfouissement sanitaires modernes comportent une sous-couche d'argile (doublée souvent d'un film plastique), qui empêche les fluides de descendre, par filtration, jusqu'aux nappes d'eau souterraines.  Le lixiviat, le liquide produit par la décomposition des déchets et les eaux de pluie filtrées par le sol, est recueilli et acheminé vers une station de traitement de l'eau usée.

Un site d'enfouissement sécuritaire

Les déchets dangereux ou toxiques présentent des défis différents.  Dans ce cas, il faut appliquer des méthodes d'élimination particulières.  Un site d'enfouissement sécuritaire comporte, comme les autres sites d'enfouissement, une sous-couche d'argile.  Celle-ci recouverte d'une couche de gravier, d'un réseau maillé de conduits d'évacuation perforés servant à recueillir toute infiltration et, enfin, d'une épaisse pellicule en plastique, doublée d'une matelassure souple.