Question transversaleMathsSVTPopulations et écosystèmes

Pourquoi les grands prédateurs sont-ils les plus contaminés par certains polluants ?

Un polluant persistant, non éliminé, se concentre à chaque niveau trophique ; avec un facteur 10 par niveau, une concentration de 0,000 05 ppm dans l'eau devient 0,5 ppm au 4ᵉ niveau : une suite géométrique croissante, image inverse de la pyramide énergétique.

Grand oral session 2027 : exposé de 10 minutes debout, puis 10 minutes d'échange, sans calculatrice. Plan prévu pour 9,5 min.

Pourquoi cette question : un modèle d'introduction

Le jury attend que vous expliquiez pourquoi vous avez choisi la question. Inspirez-vous de ce modèle, mais racontez votre propre parcours.

En SVT, j'ai lu l'histoire du DDT, un insecticide qui a fait chuter les populations de rapaces dans les années 1960 en fragilisant la coquille de leurs œufs, alors que les concentrations dans l'environnement étaient très faibles. Je ne comprenais pas comment des doses minuscules pouvaient devenir dangereuses. La réponse est une concentration qui se multiplie à chaque maillon de la chaîne alimentaire.

L'enjeu et les notions du programme

Modéliser une concentration croissante le long d'une chaîne alimentaire par une suite géométrique, et relier ce phénomène aux pertes d'énergie.

Mathématiques

Suites géométriques de raison supérieure à 1 (première)
Puissances de 10, ordres de grandeur (seconde)
Logarithme pour un nombre de niveaux (terminale)

Sciences de la vie et de la Terre

Réseaux trophiques, flux de matière (seconde, première)
Impacts des activités humaines sur les écosystèmes (première, terminale)

Le plan de l'exposé en 9,5 min

1. Introduction
1 min
Certains polluants (DDT, mercure, PCB) sont persistants et solubles dans les graisses : les organismes les stockent sans les éliminer. Problématique : comment leur concentration évolue-t-elle le long d'une chaîne alimentaire ?
2. SVT : pourquoi la concentration augmente
3 min
Un prédateur mange au cours de sa vie une grande quantité de proies : il en retient les polluants stockés, mais il « brûle » la plus grande partie de leur matière (respiration). La quantité de polluant reste, la biomasse diminue : la concentration augmente. C'est le lien avec la pyramide énergétique : seulement 10 % de la biomasse passe au niveau suivant, mais l'essentiel du polluant persistant y passe.
3. Mathématiques : une suite géométrique croissante
4 min
Si la concentration est multipliée par un facteur $k$ k à chaque niveau, elle vaut $C_{n} = C_{0} \times k^{n}$ Cₙ=C₀× kⁿ. Exemple simplifié : DDT dans l'eau à $5 \times 1 0^{- 5}$ 5×10⁻⁵ ppm, facteur $k = 10$ k=10 : plancton $5 \times 1 0^{- 4}$ 5×10⁻⁴, petits poissons $5 \times 1 0^{- 3}$ 5×10⁻³, grands poissons $0, 05$ 0,05, oiseaux piscivores $0, 5$ 0,5 ppm. La concentration a été multipliée par $1 0^{4}$ 10⁴.
Les études historiques ont mesuré des facteurs globaux de l'ordre de plusieurs millions entre l'eau et les rapaces. Pour connaître le nombre de niveaux nécessaires pour atteindre un seuil toxique $S$ S : $C_{0} k^{n} \geq S ⟺ n \geq \frac{l n ( S / C _{0} )}{l n k}$ C₀kⁿ≥ S⇔ n≥(ln(S/C₀))/(ln k).
Le modèle simplifie (le facteur varie selon les espèces et les polluants), mais explique pourquoi des concentrations environnementales minuscules deviennent dangereuses au sommet des chaînes, y compris pour les humains qui consomment de grands poissons (mercure du thon et de l'espadon).
4. Conclusion
1,5 min
Les grands prédateurs sont les plus contaminés parce que les polluants persistants se concentrent à chaque maillon de la chaîne alimentaire : la concentration suit une suite géométrique croissante, image inverse de la pyramide énergétique. J'ouvre sur l'interdiction du DDT et le retour des rapaces qui a suivi.

Ce que j'écris au tableau

Pas de calculatrice ni de support numérique : un calcul clé écrit au tableau rend l'exposé concret et montre la solidité des connaissances.

C_{n} = C_{0} \times k^{n} : 5 \times 1 0^{- 5} \to 5 \times 1 0^{- 4} \to 5 \times 1 0^{- 3} \to 0, 05 \to 0, 5 ppm Cₙ=C₀\times kⁿ: 5\times10⁻⁵\to5\times10⁻⁴\to5\times10⁻³\to0,05\to0,5 ppm C_{0} k^{n} \geq S ⟺ n \geq \frac{ln ( S / C _{0} )}{ln k} C₀kⁿ\geq S\Leftrightarrow n\geq(ln(S/C₀))/(ln k)

Conclusion : la réponse à la question

La bioaccumulation est une suite géométrique croissante : à chaque niveau trophique, la biomasse diminue mais le polluant persistant reste, et sa concentration est multipliée. Les sommets des chaînes alimentaires concentrent ainsi des polluants présents en traces dans l'environnement.

Les questions probables du jury

Pendant les 10 minutesd'échange, le jury vous fait préciser et approfondir, sur tout le programme de vos spécialités en lien avec la question.

Pourquoi les polluants solubles dans les graisses s'accumulent-ils ?

Ils sont stockés dans les tissus graisseux et difficilement éliminés par les reins, contrairement aux substances solubles dans l'eau.

Combien de niveaux avec k = 10 pour multiplier la concentration par un million ?

$1 0^{n} = 1 0^{6} ⟺ n = 6$ 10ⁿ=10⁶⇔ n=6.

Pourquoi conseille-t-on de limiter la consommation de grands poissons ?

Ils sont au sommet des chaînes marines et concentrent le mercure.

Quel lien avec la pyramide énergétique ?

Seule une petite fraction de la biomasse passe d'un niveau à l'autre, alors que le polluant persistant est conservé : sa concentration augmente.

Qu'a permis l'interdiction du DDT ?

Le retour progressif de populations de rapaces, comme le pygargue à tête blanche ou le faucon pèlerin.

Les pièges qui coûtent des points

Confondre quantité et concentration de polluant.
Croire que la concentration augmente de façon linéaire.
Généraliser le facteur 10 à tous les polluants.

Revoir les notions

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