PARTIE 1 (8 points) -  Nourrir l'humanité

Une famille, en vacances dans un village, visite une exploitation laitière de 90 hectares (*). Pour la production de lait, l'agriculteur explique à ses visiteurs qu'il nourrit ses 50 vaches essentiellement avec du maïs fourrage dont la culture nécessite un apport d'engrais.

On s'intéresse à la surface agricole consacrée à cette culture et à l'utilisation des engrais en lien avec la qualité de l'eau du réseau communal.

Document 1 : rendement annuel du système de production de lait
 (source des données : produits laitiers. com ; chambres agriculture.fr)

Production annuelle moyenne (en tonnes de matière sèche (**) de :
maïs-fourrage sur un hectare (*) pour nourrir une vache	lait d'une vache nourrie au maïs fourrage
10	0,9

(*) 1 hectare = 10 000 m2. Le symbole de l'hectare est : ha
(**) la matière sèche (MS) est ce qui reste lorsqu'on retire l'eau.

Document 2 : l'utilisation des engrais
Comme toutes les plantes, le maïs utilise les sels minéraux du sol. L'agriculteur reconstitue les ressources minérales par un apport d'engrais dont le principal constituant est l'azote sous forme d'ions nitrate.

Document 2a : Rendement en maïs fourrage et pertes moyennes en ions nitrate par lessivage dans le cas d'une récolte de céréales, en fonction de l'apport d'engrais.

Document 2b : nappe phréatique et culture du maïs

Document 3 : limites de qualité ses eaux destinées à la consoimmation humaine (Journal officiel, 6 février 2007)

Le réseau en eau potable du village est alimenté par une nappe phréatique. Des contrôles réguliers sont réalisés afin de vérifier le respect des limites de qualité.

Minéraux	Valeur maximale autorisée (en mg.L-1)
ions chlorure Cl-	250
ions sulfate SO42-	250
ions plomb Pb2+	0,010
ions sodium Na+	200
ions nitrate NO3-	50

COMMENTAIRE RÉDIGÉ
Expliquer pourquoi l'agriculteur consacre autant de surface agricole à la culture du maïs fourrage, et comment il peut utiliser des engrais en veillant à ne pas compromettre la qualité de l'eau distribuée sur le réseau communal.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur tous les documents et sur vos connaissances (qui intègrent entre autres les connaissances acquises dans les différents champs diciplinaires).

Éléments de correction:
La production primaire est le mécanisme par lequel les êtres vivant autotrophes utilisent l'énergie lumineuse et le gaz carbonique de l'air (en plus de l'eau et des sels minéraux de leur boisson) pour produire de la matière organique avec un rendement inégalable par des moyens artificiels. Dans les agrosystèmes, écosystèmes contrôlés, l'homme est obligé d'apporter des semences, des engrais et du travail (inrants) afin de pouvoir exporter des éléments commercialisables ou consommables (extrants). Étant donné le coût du fourrage, l'agriculteur-éleveur qui possède des terres à tout intérêt à produire lui-même son fourrage, ce qui lui permet aussi de contrôler sa qualité et voire de faire quelques bénéfices en vendant son excédant les années fastes.
L'éleveur est en effet confronté au faible rendement énergétique entre le producteur primaire : la plante, et le consommateur de premier ordre : la vache. Pour faire un kilogramme de vache (puis de lait), l'animal doit ingérer une grande quantité de fourrage. Le document 1 nous montre par exemple que les 10 tonnes de maïs fourrage-sec obtenues par an sur 1 ha ne permettent d'obtenir qu'un peu moins d'une tonne de lait (0,9). Il existe une grande perte de rendement en le produit végétal et animal.
La technique consistant à ensiler le maïs pour le conserver et produire un aliment riche disponible toute l'année repose sur la fermentation qui, contrôlée, permet d'éviter la dégradation de l'aliment.
Pour respecter les contraintes environnementales en milieu agricole et éviter le lessivage des engrais nécessaires aux cultures, il importe d'une part de limiter les apports à ce qui est nécessaire et d'utre part de bien choisir le moment (étape de la végétation) où cet apport doit être fait. Pour les nitrates (document 2a) il est inutile de dépasser les 150 kg d'azote à l'ha puisque le rendement n'augmente pas au-delà de ce seuil. On note de plus que ce seuil correspond justement à un seuil dans le lessivage : au-delà de 150 kg d'azote par ha les pertes par lessivage commencent à dépasser les 20 kg par ha.  On sait que les nitrates lessivés, non absorbés par les plantes, rejoignent rapidement les nappes phrétaiques. Dans l'exploitation prise en exemple ici, dans une commune où l'eau communale vient de la nappe phréatique, il est indispensable de limiter le lessivage.
La potabilité d'une eau est définie non seulement par des critères physiques (absences de particules et de trouble, température...), et chimiques (teneur en ions susceptibles d'être toxiques comme le plomb ou les nitrates endeça de normes précises...), mais aussi biologiques (coliformes fécaux....).