Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Une histoire du vivant »
Sujet n°ENSSCI3201 , n°ENSSCI3219 et n°ENSSCI3185
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Les punaises de lit sont des insectes qui se nourrissent du sang de mammifère à sang chaud. Elles vivent au côté de l’Homme depuis des milliers d’années. Depuis les années 1990, on observe une recrudescence à l’échelle mondiale. La France n’est pas épargnée par ce fléau. La première partie concerne la résistance des punaises de lit aux insecticides tandis que la seconde partie s’intéressera à un moyen de détecter des punaises de lit à l’aide de l’intelligence artificielle.
Partie 1 – Résistance des punaises de lit aux insecticides
Document 1 – Graphique présentant la mortalité des populations, issues de deux souches de punaises de lit, soumises chacune à une quantité croissante de pesticides
La courbe en pointillé correspond à une souche de punaises de lit prélevée sur le terrain tandis que la courbe en trait plein correspond à une souche de laboratoire. La souche de laboratoire n’est pas préalablement soumise aux pesticides.
Source : https://doi.org/10.1111/eva.13550
1- Justifier que la souche de punaise de lit de terrain est plus résistante que celle de laboratoire.
Le document 1 montre que pour une même concentration de pesticide, le pourcentage de mortalité de la souche de punaises de lit prélevée sur le terrain est inferieure une souche de laboratoire.
Ainsi, la souche de punaise de lit de terrain est plus résistante que celle de laboratoire.
| Document 2 – Coupe transversale de pattes de punaise de lit récupérées en laboratoire ou sur le terrain, observées au microscope électronique à balayage | |
Punaise de lit de la souche de laboratoire | Punaise de lit de la souche de terrain |
| La cuticule (notée C sur les clichés) est une couche protectrice et imperméable limitant le passage de molécules. La double flèche ↔ représente l’épaisseur de la cuticule. Source : https://doi.org/10.1093/gbe/evae158 | |
2- À partir des photographies de coupes transversales de pattes de punaise de lit présentées dans le document 2, estimer l’épaisseur de la cuticule pour chaque souche. Le raisonnement s’appuiera sur une mesure effectuée au niveau des doubles flèches notée C.
| Schéma | Réel |
| 0,7 cm | 10 $\mu m$ |
| 0,4 cm | $C_{\text{Souche laboratoire}}$ |
$$C_{\text{Souche laboratoire}}=\frac{0,4 \times 10}{0,7}$$
$$C_{\text{Souche laboratoire}}=5,7\ \mu m$$
| Schéma | Réel |
| 0,7 cm | 10 $\mu m$ |
| 0,9 cm | $C_{\text{Souche terrain}}$ |
$$C_{\text{Souche terrain}}=\frac{0,9 \times 10}{0,7}$$
$$C_{\text{Souche terrain}}=12,9\ \mu m$$
3- Indiquer comment on peut déterminer, de manière précise et rigoureuse, l’épaisseur de la cuticule de chaque souche.
Pour déterminer, de manière précise et rigoureuse, l’épaisseur de la cuticule de chaque souche, il faut faire plusieurs mesures et faire la moyenne.
4- Déduire de ces résultats l’origine de la résistance aux pesticides des punaises de lit.
La cuticule (notée C sur les clichés) est une couche protectrice et imperméable limitant le passage de molécules.
On peut expliquer que l’origine de la résistance aux pesticides des punaises de lit est due à l’épaisseur de la cuticule. Celle-ci est plus grande pour punaises de lit prélevée sur le terrain que pour celle de laboratoire.
C’est pourquoi la souche de punaise de lit de terrain est plus résistante que celle de laboratoire.
5- Construire un raisonnement argumenté qui permet d’affirmer que la sélection naturelle est un mécanisme conduisant à la résistance des punaises de lit aux insecticides.
Au sein d’une population, il existe une variabilité génétique, notamment au niveau de l’épaisseur de la cuticule, qui est une couche protectrice limitant le passage des molécules comme les insecticides.
Lorsqu’un insecticide est utilisé, les individus les plus sensibles, possédant une cuticule fine, meurent, tandis que ceux ayant une cuticule plus épaisse survivent. Ces individus résistants peuvent alors se reproduire et transmettre leur caractère à leurs descendants. Au fil des générations, la fréquence des punaises de lit résistantes augmente dans la population. On observe ainsi que la souche prélevée sur le terrain, ayant été exposée aux insecticides, possède une cuticule plus épaisse et est plus résistante que la souche de laboratoire, qui n’a pas subi cette pression de sélection. Cela montre que la sélection naturelle est un processus à l’origine de la résistance des punaises de lit aux insecticides.
Ainsi, la sélection naturelle est un mécanisme qui permet d’expliquer l’apparition de la résistance des punaises de lit aux insecticides.
Partie 2 – L’intelligence artificielle (IA) pour détecter les punaises de lit
Document 3 – Une société innove avec l’intelligence artificielle pour aider les hôtels dans la lutte contre les punaises de lit
Un fondateur d’une entreprise de détection des punaises de lit a communiqué dans la presse que « le nombre d’infestations double en France tous les cinq ans ».
Pour faire face à ce fléau, un hôtel parisien a récemment utilisé un appareil dernier cri pour détecter la présence de punaises de lit dans l’établissement.
Un boîtier, posé à proximité du lit d’une chambre, diffuse des phéromones pour attirer les punaises. Lorsque l’une d’entre elles pénètre la boîte, une photo est prise par une caméra embarquée couplée à une intelligence artificielle (IA). Si l’insecte s’avère être une punaise de lit, une alerte est envoyée par mail à l’hôtelier.
Source : d’après un article de BFM TV
| Document 4 – Courbe de modèles | |
| Modèle 1 | Modèle 2 |
 |  |
6- Parmi les deux modèles du document 4 qui représentent l’évolution du nombre d’infestations en France durant les dernières années, indiquer en justifiant celui qui traduit le mieux les propos du fondateur de l’entreprise de détection de punaises de lit présentés dans le document 3.
Propos du fondateur de l’entreprise : « le nombre d’infestations double en France tous les cinq ans »
Sur le modèle 1 on démarre sur 100 000 personnes victimes de punaises de lit.
Calculons le nombre de personnes victimes de punaises de lit tous les 5 ans.
| Années | Calcul du nombre de personnes victimes de punaises de lit basé sur les propos du fondateur de l’entreprise | Valeurs données par le modèle 1 |
| 0 | 100000 | 100000 |
| 5 | 200000 | 200000 |
| 10 | 400000 | 300000 |
| 15 | 800000 | 400000 |
| 20 | 1600000 | 500000 |
Les valeurs données par le modèle 1 ne correspond pas aux valeurs calculées sur la base des propos du fondateur de l’entreprise.
Sur le modèle 2 on démarre sur 50 000 personnes victimes de punaises de lit.
Calculons le nombre de personnes victimes de punaises de lit tous les 5 ans.
| Années | Calcul du nombre de personnes victimes de punaises de lit basé sur les propos du fondateur de l’entreprise | Valeurs données par le modèle 2 |
| 0 | 50000 | 50000 |
| 5 | 100000 | 100000 |
| 10 | 200000 | 200000 |
| 15 | 400000 | 400000 |
| 20 | 800000 | 800000 |
Les valeurs données par le modèle 2 correspond aux valeurs calculées sur la base des propos du fondateur de l’entreprise.
Ainsi, parmi les deux modèles du document 4 qui représentent l’évolution du nombre d’infestations en France durant les dernières années celui qui traduit le mieux les propos du fondateur de l’entreprise de détection de punaises de lit présentés dans le document 3 est le modèle 2.
7- Parmi les trois propositions ci-dessous, indiquer l’extension qui pourrait correspondre au type de fichier généré par la camera et traité par l’intelligence artificielle parmi les 3 suivantes : .exe,.jpg,.txt.
.exe : Pour une application
.jpg : Pour une image
.txt : pour un document texte
D’après le document 3 une photo est prise par une caméra embarquée.
Ainsi, l’extension qui pourrait correspondre au type de fichier généré par la caméra et traité par l’intelligence artificielle parmi les 3 est .jpg .
8- Sachant qu’une photo prise par la caméra comporte 8 millions de pixels et que chaque pixel est codé sur 3 octets, calculer le nombre maximal de photos prises par la caméra que peut contenir un espace de stockage de 32 Go.
Donnée : 1 Go = 109 octets
Calculons le nombre d’octets dans une photo :
| 1 pixel | 3 octets |
| 8 millions de pixels = | Taille d’une photo |
Taille d’une photo = $$\frac{8 \times 10^6 \times 3}{1}$$
Taille d’une photo = $2,4 \times 10^7$ octets
Calculons le nombre maximal de photos :
| 1 photo | $2,4 \times 10^7$ octets |
| Nombre maximal de photos | $32\ Go = 32 \times 10^9$ octets |
Nombre maximal de photos = $$\frac{32 \times 10^9 \times 1}{2,4 \times 10^7}$$
Nombre maximal de photos = 1333
La caméra peut contenir un espace de stockage de 32 Go au maximum 1333 photos.
9- En utilisant vos connaissances, expliquer pourquoi ce système basé sur l’intelligence artificielle devient de plus en plus performant.
L’intelligence artificielle apprend à reconnaître les punaises de lit en analysant de nombreuses images. Plus elle traite de données, plus elle améliore sa capacité à les identifier rapidement et avec précision. L’IA s’adapte aux variations d’apparence des punaises et réduit les erreurs de détection, rendant le dispositif fiable pour les hôteliers.
C’est pourquoi ce système basé sur l’intelligence artificielle devient de plus en plus performant.