L1S1 SVTE - Introduction à la Biologie

Organisation du Cours et Modalités d'Évaluation

  • Codes d'inscription pour l'année universitaire 2026-2027 :
    • Groupe Section 1 : bqpmix
    • Groupe Section 2 : e7ewtr
    • Groupe Section 3 : py7mkj
    • Groupe Section 4 : dq4396
    • Groupe Lic Aménagée : 6qjwqu
  • Objectifs pédagogiques de l'Élément Constitutif (EC) :
    • Construire un cadre théorique global et rigoureux en biologie.
    • Développer une vision intégrative des processus du vivant à toutes les échelles.
    • Ouvrir des pistes de réflexion approfondies pour les enseignements futurs du parcours universitaire.
  • Modalités d'évaluation :
    • Contrôle Continu intermédiaire (CC-i) : Épreuve sous forme de QCM Moodle sur table d'une durée de 45 min45\,m\text{in}, organisée pendant la période des devoirs surveillés (DS). En cas d'absence justifiée (ABJ), la note est neutralisée.
    • Contrôle Continu final (CC-f) : Épreuve sous forme de QCM Moodle sur table d'une durée de 45 min45\,m\text{in}, organisée pendant la période des contrôles terminaux. En cas d'absence justifiée (ABJ), une épreuve de substitution sous la même forme est proposée.
  • Calcul des coefficients et régimes de notation :
    • Formule Note 1 : Note 1=50%×CC-i+50%×CC-f\text{Note 1} = 50\% \times \text{CC-i} + 50\% \times \text{CC-f}
    • Formule Note 2 : Note 2=40%×CC-i+60%×CC-f\text{Note 2} = 40\% \times \text{CC-i} + 60\% \times \text{CC-f} (note plafonnée à 10/2010/20)

Programme Général du Semestre

  • Syllabus synthétique du cours L1S1 SVTE (Septembre 2026) :
    • 1. La science du vivant (2 h2\,\text{h})
    • 2.1. Énergie du vivant (1,5 h1{,}5\,\text{h})
    • 2.2. L'eau dans le vivant (1,5 h1{,}5\,\text{h})
    • 2.3. Bases moléculaires du vivant (1,5 h1{,}5\,\text{h})
    • 3.1. De la cellule à l'organisme (2 h2\,\text{h})
    • 3.2. Communication dans l'organisme (1,5 h1{,}5\,\text{h})
    • 3.3. La nutrition (1,5 h1{,}5\,\text{h})
    • 3.4. Les réseaux dans l'écosystème (1,5 h1{,}5\,\text{h})
    • 4.1. L'hérédité (2 h2\,\text{h})
    • 4.2. La reproduction (1,5 h1{,}5\,\text{h})
    • 4.3. Diversification du vivant (1,5 h1{,}5\,\text{h})

Introduction à la Biologie Intégrative et ses Subdivisions

  • Définition et étymologie :
    • La biologie est la science fondamentale qui cherche à comprendre le fonctionnement du vivant, depuis les échelles moléculaires microscopiques jusqu'à la dynamique globale des écosystèmes.
    • Étymologie grecque : association de bios (Vie) et de logos (λoˊγos\lambda\text{ó}\gamma\text{os}, signifiant parole, discours, raison, relation).
    • La biologie impose une approche intégrative : aucun niveau d'organisation ne peut être appréhendé de manière isolée.
  • Subdivisions disciplinaires et leurs objets d'étude :
    • Biochimie : analyse des constituants chimiques de base et de leurs réactions.
    • Biologie cellulaire : étude de la structure, de la physiologie et des organites de la cellule.
    • Biologie végétale et biologie animale : étude de la morphologie et des structures spécifiques des organismes.
    • Physiologie : étude des fonctions et des mécanismes de fonctionnement des organes et des systèmes.
    • Écologie : étude des interactions entre les organismes vivants et avec leur milieu de vie.
    • Microbiologie : étude scientifique des microorganismes (bactéries, archées, microalgues, champignons unicellulaires et virus).
    • Génétique : étude de la transmission de l'hérédité et des mécanismes de l'évolution des génomes.
    • Absence de cloisonnement : ces sous-disciplines forment un réseau interconnecté sans barrières rigides.

Des effets à plusieurs niveaux : de la cellule à l'écosystème

  • Étude de cas multi-échelle : L'impact des insecticides néonicotinoïdes
    • 1. Échelle moléculaire : Application foliaire d'un insecticide systémique (ex. imidaclopride, thiaméthoxame). La molécule pénètre activement dans la plante et circule dans l'ensemble du réseau de sève.
    • 2. Échelle cellulaire : Les néonicotinoïdes se lient de façon anormale aux récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine. Chez l'insecte, cela bloque la transmission nerveuse. Chez la plante, la molécule induit un stress cellulaire et des perturbations physiologiques (altération de la photosynthèse, du métabolisme et de l'expression génique).
    • 3. Échelle de l'organe (la fleur) : Altération florale marquée par la réduction des sécrétions de nectar et de pollen, accompagnée d'une baisse de viabilité et d'attractivité du pollen, affectant directement la fécondation.
    • 4. Échelle de l'organisme (la plante entière) : Diminution de la vigueur générale, chute du rendement, baisse de la production de fleurs, de fruits et de graines.
    • 5. Échelle de l'écosystème : Effets toxiques sévères sur les pollinisateurs comme les abeilles (désorientation, baisse des défenses immunitaires, mortalité accrue). Il en résulte un effondrement des visites de fleurs, un déclin général de la biodiversité et une perturbation durable de la reproduction des plantes à fleurs. La toxicité s'exerce même à très faible dose.

Applications Contemporaines de la Biologie

  • Champs d'application majeurs : Santé humaine et animale, agriculture et alimentation, protection de l'environnement, biotechnologies, recherche fondamentale, énergies et ressources renouvelables, sciences judiciaires et expertise scientifique.
  • Exemple 1 – Enjeux de santé publique (Cas Hantavirus) :
    • Mise en situation : Contamination d'une série de croisiéristes à bord du navire MV Hondius (mai 2026).
    • Interventions biologiques nécessaires : Diagnostic rapide par détection des traces virales dans les organismes (tests PCR), identification des variants par séquençage génomique haut débit, prise en charge des symptômes, recherche du réservoir et de l'origine du virus, puis élaboration de traitements ciblés et de stratégies de prévention à long terme.
  • Exemple 2 – Énergie et ressources renouvelables :
    • Production de biogaz via la décomposition anaérobie de la matière organique.
    • Production de bioéthanol par la fermentation alcoolique des sucres à l'aide de levures.
    • Production de biodiesel à partir de la transformation d'huiles végétales ou de l'extraction de lipides de microalgues.
    • Exploitation directe de la photosynthèse pour la production d'énergie biosourcée.
    • Développement de matériaux écoresponsables et biosourcés, tels que les matériaux composites renforcés par des fibres naturelles.

Caractéristiques Fondamentales du Vivant

  • Les sept piliers définissant un être vivant :
    • Posséder une organisation cellulaire (être constitué d'au moins une cellule, ≥1\ge 1).
    • Utiliser de l'énergie et être capable d'en produire.
    • Échanger en permanence de la matière, de l'énergie et des informations avec l'environnement.
    • Avoir la capacité de croître et de se développer.
    • Avoir la capacité de se reproduire.
    • Posséder une information génétique codée.
    • Capacité d'évoluer au cours du temps sous la pression du milieu.
  • L'organisation cellulaire et le débat sur le vivant :
    • Organismes unicellulaires : individus constitués d'une cellule unique (bactéries, levures, microalgues).
    • Organismes pluricellulaires : structures complexes composées de plusieurs milliards de cellules coordonnées (animaux, plantes).
    • La cellule constitue l'unité fondamentale, structurale et fonctionnelle de tout organisme vivant.
    • Le cas des virus : les virus font l'objet de débats quant à leur statut d'êtres vivants en raison de leur absence de métabolisme propre et de leur dépendance stricte envers une cellule hôte pour se répliquer.
  • Le métabolisme cellulaire :
    • Ensemble des réactions chimiques permettant la production d'énergie, la synthèse des molécules biologiques carbonées et l'élimination des déchets métaboliques.
    • Respiration cellulaire :C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+ATP\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + \text{ATP}
    • Photosynthèse :6CO2+6H2O→6O2+C6H12O6+ATP+NADPH6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 6\text{O}_2 + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + \text{ATP} + \text{NADPH}
    • Fermentation : Voie métabolique permettant la génération d'énergie en l'absence de dioxygène.
  • Interactions, croissance, reproduction et évolution :
    • Échanges avec l'environnement : absorption de nutriments minéraux/organiques, échanges gazeux respiratoires et photosynthétiques, perception des stimuli lumineux et physiques.
    • Croissance et développement : implique chez les espèces complexes des processus successifs de division cellulaire, de différenciation cellulaire et d'organogenèse.
    • Reproduction : modes sexué ou asexué garantissant la pérennité et la continuité des espèces.
    • Capacité d'évolution : les populations modifient leurs caractéristiques génétiques sous l'action combinée des mutations, de la sélection naturelle et des contraintes du milieu.

La Cellule : Unité Fondamentale du Vivant

Caractéristiques des cellules animales et végétales

  • Structures communes aux cellules eucaryotes (animales et végétales) :
    • Membrane plasmique : double couche sélective assurant la protection, l'isolation et la régulation des échanges avec l'extérieur.
    • Cytoplasme : phase fluide (cytosol) hébergeant les organites et le réseau de réactions métaboliques.
    • Noyau : enclos dans une enveloppe nucléaire, il contient l'ADN (support de l'information génétique) et régit les activités de la cellule. Il abrite le nucléole, site de synthèse des ARN ribosomiques (ARNr) et d'assemblage des ribosomes.
    • Ribosomes : complexes ribonucléoprotéiques chargés de la traduction et de la synthèse des protéines.
    • Mitochondries : organites à double membrane, sièges de la respiration cellulaire pour la production d'énergie sous forme d'ATP\text{ATP}.
    • Réticulum endoplasmique (RE) : réseau de membranes comprenant le RE rugueux (RER, associé aux ribosomes pour la synthèse protéique) et le RE lisse (REL, impliqué dans la synthèse des lipides).
    • Appareil de Golgi : structure sacculaire assurant la maturation, le tri et l'emballage des protéines et lipides destinés à être transportés à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule.
    • Cytosquelette : charpente protéique interne maintenant la forme cellulaire et guidant le transport intracellulaire.
  • Caractéristiques spécifiques de la cellule animale :
    • Absence de paroi cellulaire rigide et absence de chloroplastes.
    • Vacuoles très petites ou complètement absentes.
    • Présence d'un centrosome muni de centrioles, indispensable à l'organisation du fuseau mitotique lors de la division cellulaire.
    • Forme générale souple, irrégulière et flexible.
  • Caractéristiques spécifiques de la cellule végétale :
    • Paroi cellulaire externe : enveloppe pecto-cellulosique rigide assurant la forme, le soutien mécanique et la protection contre le choc osmotique.
    • Grande vacuole centrale : vaste poche contenant le suc cellulaire, stockant l'eau, les ions, pigments et déchets, et responsable du maintien de la pression de turgescence.
    • Chloroplastes : organites à chlorophylle réalisant la photosynthèse en convertissant l'énergie lumineuse en énergie chimique.
    • Plasmodesmes : canaux cytologique traversant la paroi pour relier directement les cytoplasmes de cellules végétales adjacentes.
    • Forme géométrique régulière et anguleuse.

Comparaison de la structure de la paroi bactérienne Gram+ et Gram-

  • Organisation de la paroi chez les procaryotes (Bactéries) :
    • Bactéries Gram + : Paroi caractérisée par une couche très épaisse de peptidoglycane externe, ancrée par des acides téichoïques et lipotéichoïques, surplombant un espace périplasmique étroit et la membrane plasmique interne.
    • Bactéries Gram - : Structure complexe composée d'une membrane externe riche en lipopolysaccharides (LPS munis de chaînes latérales spécifiques O) et en porines, liée par les lipoprotéines de Broun à une couche fine de peptidoglycane située au sein d'un large espace périplasmique, au-dessus de la membrane plasmique interne.

Structure d'un virus enveloppé à ARN

  • Architecture virale :
    • Entités acellulaires constituées d'un génome nucléique (ex. ARN), protégé par une capside protéique formée par l'assemblage de capsomères.
    • Certains virus possèdent une enveloppe lipidique externe hérissée de spicules de glycoprotéines (ex. glycoprotéines E1 et E2) nécessaires à la fixation sur la cellule hôte.

Schéma anatomique de l'algue unicellulaire Chlamydomonas

  • Organisation d'une microalgue unicellulaire (Chlamydomonas) :
    • Eucaryote unicellulaire photosynthétique possédant deux flagelles pour la mobilité aquatique, une vacuole contractile, une mitochondrie, un imposant chloroplaste unique en forme de coupe abritant un pyrénoïde (centre de fixation du carbone), un stigmate (tache oculaire photoréceptrice) et un noyau central.

Diversité du Vivant, Écologie et Interactions

  • Notion de biodiversité et mécanismes d'évolution :
    • La biodiversité englobe la diversité biologique à tous ses niveaux : écosystèmes, populations, espèces, individus, ainsi que le réseau complet de leurs interactions (chaînes alimentaires, compétition).
    • Facteurs régulateurs de la biodiversité : sélection naturelle (pression de prédation, facteurs climatiques et environnementaux), événements aléatoires (hasard), mutations génétiques et flux migratoires.
    • L'évolution représente la résultante à long terme de l'action de ces mécanismes sur les espèces.

Arbre phylogénétique du vivant montrant les trois domaines

  • Classification phylogénétique du vivant (Les trois domaines) :
    • Archaea : Organismes procaryotes comprenant notamment les Crenarchaeota et Euarchaeota.
    • Bacteria : Procaryotes comprenant divers groupes tels que Thermus / Deinococcus, Cyanobacteria, Aquificaceae, Thermotogales, Proteobacteria, Chlamydiales, CFB / green sulfur bacteria, Spirochaetes, Actinobacteria et Firmicutes.
    • Eukaryotes : Organismes cellulaires compartimentés comprenant des protistes (Giardia, parasite du paludisme Plasmodium), des algues rouges, des plantes (Monocotylédones, Dicotylédones), des myxomycètes (slime molds), des champignons/levures (Bakers yeast, Fission yeast) et des animaux (nématodes, insectes, poissons, mammifères, oiseaux/reptiles).
    • Ouvrage de référence : Charles Darwin et sa publication majeure L'Origine des Espèces.
  • Niveaux d'interactions trophiques et interspécifiques :
    • Réseaux trophiques : Organisation des écosystèmes en producteurs primaires (plantes autotrophes), consommateurs secondaires/tertiaires (herbivores, carnivores) et décomposeurs organiques.
    • Mutualisme : Interaction biologique entre espèces distinctes apportant des bénéfices réciproques aux deux partenaires (ex. relation entre plantes à fleurs et insectes pollinisateurs).

Schéma d'une symbiose mycorhizienne

*   **Symbiose :** Association intime, durable et obligatoire à bénéfices mutuels. Exemple des mycorhizes entre champignons et racines d'arbres : l'arbre cède au champignon des glucides issus de la photosynthèse, tandis que le réseau mycélien fournit à la plante un apport accru en eau et en ions minéraux.

Parasitisme par larves de guêpes

*   **Parasitisme :** Relation dissymétrique dans laquelle un organisme (le parasite) vit au détriment direct d'un autre (l'hôte). Exemple : larves de guêpes parasitoïdes se développant aux dépens d'une chenille avant d'émerger pour tisser leurs cocons sur son tégument.

Marée verte causée par les nitrates

*   **Impact des activités humaines :** Perturbation des interactions naturelles par pollution, destruction des habitats et introduction d'espèces invasives. Exemple : l'apport excessif de nitrates d'origine agricole entraîne un phénomène d'eutrophisation conduisant aux marées vertes d'algues ulves sur les côtes.

La Démarche Scientifique et la Rigueur Expérimentale

  • Étapes de la méthode scientifique :
    • La démarche scientifique est essentielle pour tester la validité d'affirmations empiriques (ex. "Parler aux plantes favorise leur croissance", "Les antibiotiques soignent la grippe", "Les vaccins causent l'autisme").
    • Enchaînement rigoureux : Observation →\rightarrow Questionment $ ightarrow$ Émission d'une Hypothèse $ ightarrow$ Expérimentation $ ightarrow$ Analyse des résultats $ ightarrow$ Conclusion $ ightarrow$ Émergence d'une nouvelle question.
    • Distinction cruciale :
      • Observation (constat factuel pur) : "Cette plante est flétrie."
      • Interprétation (déduction causale soumise à vérification) : "Cette plante manque d'eau."
  • Caractéristiques fondamentales d'une hypothèse scientifique :
    • Une hypothèse doit obligatoirement pouvoir être testée expérimentalement.
    • Elle doit obligatoirement être réfutable (falsifiable).
    • Hypothèse valide : "Les cellules se divisent sous l'action de facteurs de croissance."
    • Hypothèse non scientifique : "Les cellules se divisent grâce à une force invisible."
  • Obligation des témoins expérimentaux :
    • Témoin négatif : condition expérimentale assurant l'absence de réaction ou d'effet attendu.
    • Témoin positif : condition expérimentale validant la sensibilité du test en produisant un effet connu à l'avance.
  • Principe de reproductibilité et analyses statistiques :
    • Un résultat expérimental n'a de valeur que s'il peut être reproduit de manière identique sur des échantillons indépendants.
    • Distinction entre reproductions techniques (répétitions de la mesure sur un même échantillon) et reproductions biologiques (répétitions sur des individus biologiques distincts). En pratique, les études combinent les deux types ($R_1$ à $R_9$).
    • Les résultats bruts font l'objet d'un traitement statistique (calcul de la moyenne, de l'écart-type et application de tests de comparaison de moyennes).
    • Exemple de données brutes d'un effet biologique : 5,0;4,5;5,2;4,2;4,3;4,0;5,0;4,7;4,6⇒Moyenne R=4,615{,}0 ; 4{,}5 ; 5{,}2 ; 4{,}2 ; 4{,}3 ; 4{,}0 ; 5{,}0 ; 4{,}7 ; 4{,}6 \Rightarrow \text{Moyenne } R = 4{,}61
    • Comparaison statistique entre traitements par doses croissantes :
      • RA(0,5 μg/mL)=4,61R_A (0{,}5\,\mu\text{g/mL}) = 4{,}61 (groupe statistique $a$)
      • RB(1 μg/mL)=4,68R_B (1\,\mu\text{g/mL}) = 4{,}68 (groupe statistique $a$, pas de différence significative avec $R_A$)
      • RC(1,5 μg/mL)=4,94R_C (1{,}5\,\mu\text{g/mL}) = 4{,}94 (groupe statistique $b$, significativement supérieur à $R_A$)
      • RD(2 μg/mL)=4,72R_D (2\,\mu\text{g/mL}) = 4{,}72 (groupe statistique $c$, significativement différent de $R_A$ et $R_C$)
  • Causalité vs Corrélation :
    • Deux variables évoluant de manière synchrone sont corrélées, mais cela ne prouve en aucun cas qu'une variable cause l'autre (ex. corrélation caniculaire entre augmentation des ventes de glaces et augmentation des noyades).
    • Cas d'étude aquatique : la prolifération simultanée d'algues et de poissons dans un lac enrichi en engrais azotés résulte d'une cascade causale indirecte (l'engrais azoté stimule la biomasse algale, ce qui augmente la ressource pour la population piscicole) et non d'une relation directe réciproque.
  • Circuit de publication de la recherche :
    • 1. Réalisation de l'étude expérimentale →\rightarrow 2. Rédaction du manuscrit scientifique →\rightarrow 3. Soumission de l'article $ ightarrow$ 4. Expertise rigoureuse par les pairs (Peer review) $ ightarrow$ 5. Publication dans un journal scientifique.
  • Mise en pratique : Étude de cas sur l'efficacité d'un nouvel engrais à tomates (+50%) :
    • Hypothèse : L'application du nouvel engrais augmente significativement la masse végétale produite.
    • Variables : Quantification du dosage de l'engrais appliqué.
    • Témoins : Parcelles parallèles cultivées dans des conditions identiques sans apport d'engrais.
    • Répétitions et randomisation : Choix aléatoire de zones d'échantillonnage (zones 1 à 6) sur des parcelles homogènes pour écarter les biais du sol.
    • Mesures quantitatives : Hauteur des tiges, biomasse totale, nombre de fruits récoltés et résistance aux pathologies.

Biologie, Éthique et Société

  • Interactions bidirectionnelles entre Biologie et Société :
    • La biologie modifie la société : développement des thérapies médicales, manipulation génétique, procréation médicalement assistée, production de vaccins.
    • La société oriente la recherche biologique : décision des priorités scientifiques et attribution des financements par les États, les universités, les industries privées, les associations de patients et les citoyens.
  • Problématique des limites de la technoscience :
    • Les découvertes scientifiques et la faisabilité technique soulevant de profondes questions éthiques.
    • Séparation nette entre ce que la science peut réaliser techniquement et ce que la société doit autoriser d'un point de vue éthique et moral.
  • Le piège du déterminisme biologique :
    • Équation fondamentale du phénotype :         Pheˊnotype=Geˋnes×Environnement×Deˊveloppement\text{Phénotype} = \text{Gènes} \times \text{Environnement} \times \text{Développement}
    • Mise en garde contre le réductionnisme génétique : les traits complexes (comportements, taille, sensibilité aux maladies, facultés cognitives) ne dépendent jamais d'un unique gène.
    • L'existence d'une composante génétique pour un caractère ne signifie pas qu'il soit immuable ni entièrement prédéterminé.

Affiche historique de la Eugenics Society

  • Instrumentalisations idéologiques et politiques de la biologie :
    • Risque de dérivation idéologique lorsque des données scientifiques sont décontextualisées pour justifier des choix politiques ou sociaux.
    • Exemple historique : les dérives eugénistes soutenues dans les années 1930 par des institutions telles que la Eugenics Society of London (Galton Institute), prônant la sélection artificielle humaine ("Only healthy seed must be sown! Check the seeds of hereditary disease and unfitness by eugenics").
  • Synthèse globale des relations sciences-société :
    • 1. La biologie élargit constamment le champ des possibles techniques.
    • 2. Ce qui est techniquement possible n'est pas nécessairement souhaitable.
    • 3. La science et la société évoluent au travers d'une influence mutuelle continue.