Micro-organismes : distinguer contamination et infection, barrières et multiplication

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Micro-organismes, contamination et infection

Les micro-organismes sont des êtres vivants ou des entités biologiques invisibles à l'œil nu : bactéries, champignons microscopiques, protozoaires et virus. Ils sont présents partout : air, eau, sol, peau, tube digestif. L'immense majorité est inoffensive, et certains sont utiles. Le microbiote de l'intestin ou de la peau, par exemple, occupe de la place et limite l'installation d'autres micro-organismes. Seule une minorité est pathogène, c'est-à-dire capable de provoquer une maladie.

Deux notions à ne pas confondre

La contamination désigne la présence de micro-organismes sur un objet, un aliment ou une partie du corps, ou leur entrée dans l'organisme. Elle ne suppose ni multiplication importante, ni dommage. La contamination est fréquente et souvent sans conséquence.

L'infection correspond à l'installation d'un micro-organisme pathogène dans l'organisme, où il se multiplie et perturbe le fonctionnement de tissus ou d'organes. Une maladie infectieuse est l'ensemble des troubles (symptômes) qui en résultent. Une infection peut aussi rester discrète, voire sans symptôme visible.

Les barrières de l'organisme

L'organisme oppose aux micro-organismes plusieurs barrières naturelles :

• la peau intacte, couche continue et peu perméable ;
• les muqueuses (nez, bouche, voies respiratoires, tube digestif), protégées par du mucus qui piège les particules ;
• les sécrétions : larmes et salive contiennent des substances qui détruisent certaines bactéries, et l'acidité de l'estomac en élimine un grand nombre ;
• le microbiote, qui occupe l'espace et les ressources.

Un micro-organisme peut franchir ces barrières par une porte d'entrée : plaie de la peau, voies respiratoires, voies digestives, muqueuses des yeux ou des organes génitaux. Une peau lésée est donc une porte d'entrée ouverte.

La multiplication, condition de l'infection

Une bactérie se multiplie en se divisant en deux. Le temps nécessaire pour doubler la population s'appelle le temps de génération. Si une population de départ N₀ subit n générations, elle atteint N = N₀ × 2ⁿ. La croissance est donc rapide : 10 générations multiplient la population par 1 024. Cette multiplication dépend de la température, de l'humidité et des nutriments disponibles. Les virus, eux, ne se multiplient qu'à l'intérieur de cellules vivantes qu'ils parasitent.

Les gestes d'hygiène agissent à différents niveaux : se laver les mains ou nettoyer une plaie réduit le nombre de micro-organismes présents, donc la probabilité qu'une contamination devienne une infection. Le froid d'un réfrigérateur ralentit la multiplication sans éliminer les bactéries.

Exemple analysé

Un enfant s'écorche le genou sur un chemin. La terre dépose des bactéries dans la plaie : il y a contamination. Si la plaie est nettoyée rapidement, la plupart sont retirées et la peau se referme. Si de nombreuses bactéries pathogènes restent, trouvent chaleur et nutriments, et se multiplient, la peau devient rouge, chaude et gonflée, et du pus peut apparaître : il y a infection. Le passage de l'une à l'autre dépend de la barrière franchie, du nombre et du type de micro-organismes, et des conditions de multiplication.

Un piège à éviter

Dire « il est contaminé, donc il est malade » est faux. Être contaminé signifie seulement être au contact de micro-organismes ; il faut en plus qu'ils soient pathogènes, qu'ils franchissent les barrières et qu'ils se multiplient pour parler d'infection. À l'inverse, un aliment au froid n'est pas stérile : les bactéries y sont toujours présentes, simplement ralenties.

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Situation-problème

Lors d'un camp, Inès et Malo tombent au même endroit sur un chemin de terre et s'écorchent le genou. Inès nettoie aussitôt sa plaie à l'eau et au savon. Malo ne s'en occupe que le lendemain. Deux jours plus tard, les animateurs constatent des évolutions très différentes. Pour comprendre, on dispose d'un compte rendu d'observation et de mesures de multiplication bactérienne réalisées sur un autre milieu. Vous devez déterminer pourquoi une même contamination initiale n'a pas conduit au même résultat, et quelles conditions favorisent la multiplication.

Document 1 : multiplication de bactéries dans du lait selon la température

Données pédagogiques simplifiées. Un même lait contient au départ 1 000 bactéries par mL. Le nombre de bactéries par mL est relevé toutes les 2 heures, à trois températures constantes. À 20 °C, la population double toutes les 2 heures. À 30 °C, elle double toutes les heures. À 4 °C, la division est très lente.

Document 2 : compte rendu d'observation des deux plaies

Données pédagogiques simplifiées. À 0 h, les deux plaies mesurent environ 3 cm et contiennent de la terre visible. Inès retire la terre en rinçant et en lavant la plaie. Malo laisse la terre en place. À 24 h, la plaie d'Inès présente une croûte fine, sans rougeur ni gonflement, et la peau autour est à température normale. Celle de Malo est rouge sur 1 cm autour de la plaie, légèrement chaude et gonflée. À 48 h, la plaie d'Inès cicatrise, sans douleur. Chez Malo, la rougeur s'étend sur 3 cm, la zone est douloureuse au toucher, un liquide jaunâtre (pus) s'écoule et sa température corporelle atteint 37,8 °C. L'observation au microscope d'une goutte de ce liquide montre de nombreuses bactéries et de nombreuses cellules de défense de l'organisme.

Exercice 1 : Observer et interpréter un compte rendu

1. Relevez, pour chaque élève, les observations faites à 24 h puis à 48 h.
2. Montrez que les deux plaies ont été contaminées dès 0 h.
3. Citez deux signes à 48 h qui permettent d'affirmer que Malo présente une infection et non une simple contamination.
4. Nommez la barrière de l'organisme franchie dans les deux cas et expliquez ce que cela représente pour les micro-organismes.

Exercice 2 : Calculer et interpréter une multiplication

1. À 20 °C, combien de générations se succèdent en 8 heures ? Calculez le facteur de multiplication de la population.
2. Faites le même calcul à 30 °C, puis comparez les deux résultats.
3. À 30 °C, à partir de quelle heure entière la population dépasse-t-elle 100 000 bactéries par mL ? Justifiez par un calcul.
4. À 4 °C, la population varie très peu. Peut-on en conclure que les bactéries ont disparu ? Argumentez à l'aide du tableau.

Exercice 3 : Confronter les documents et argumenter

1. Appliquez les définitions de contamination et d'infection aux situations d'Inès et de Malo.
2. La température du corps humain est voisine de 37 °C, donc plus chaude que 30 °C. Formulez une hypothèse prudente sur la multiplication de bactéries dans la plaie de Malo, en vous appuyant sur le Document 1.
3. Ces deux cas suffisent-ils à prouver que nettoyer immédiatement empêche toujours l'infection ? Donnez deux autres facteurs qui pourraient expliquer une différence entre deux personnes.
4. Rédigez un paragraphe argumenté de cinq lignes environ qui explique pourquoi les contaminations sont fréquentes alors que les infections sont plus rares.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Inès à 24 h : croûte fine, pas de rougeur, pas de gonflement, température normale. À 48 h : cicatrisation, pas de douleur. Malo à 24 h : rougeur sur 1 cm, chaleur légère, gonflement. À 48 h : rougeur sur 3 cm, douleur, pus, température de 37,8 °C.
2. Les deux plaies contiennent de la terre à 0 h, et la terre contient des micro-organismes. Il y a donc eu un contact et une entrée de micro-organismes dans les deux cas : c'est une contamination. Cette réponse s'appuie sur un raisonnement, car les données ne comptent pas les bactéries à 0 h.
3. Deux signes parmi : extension de la rougeur à 3 cm, douleur, pus avec nombreuses bactéries et cellules de défense, élévation de la température corporelle. Ils montrent que les bactéries se sont multipliées et que l'organisme réagit.
4. La peau, barrière continue, a été rompue par l'écorchure : la plaie est une porte d'entrée. Les micro-organismes de la terre accèdent aux tissus profonds, riches en nutriments et chauds.

Critères de réussite : chaque observation est rattachée à la bonne personne et au bon moment ; la distinction repose sur la multiplication et ses effets, pas seulement sur la présence de bactéries.

Exercice 2 : correction

1. À 20 °C, un doublement toutes les 2 h donne 8 ÷ 2 = 4 générations. Facteur : 2⁴ = 16. Vérification : 1 000 × 16 = 16 000 bactéries par mL, ce qui correspond au tableau.
2. À 30 °C, un doublement toutes les heures donne 8 générations. Facteur : 2⁸ = 256, soit 1 000 × 256 = 256 000 bactéries par mL. La multiplication est 16 fois plus forte qu'à 20 °C (256 ÷ 16 = 16) sur la même durée.
3. À 6 h, la population est de 64 000, donc inférieure à 100 000. À 7 h, il y a 7 générations : 1 000 × 2⁷ = 128 000, supérieur à 100 000. La réponse est 7 heures.
4. Non. À 4 °C, la population passe de 1 000 à 1 200 par mL : elle n'a pas diminué, elle augmente très lentement. Le froid ralentit la multiplication sans éliminer les bactéries. Ce constat vaut pour ces données simplifiées et ne se généralise pas à toutes les espèces.

Critères de réussite : utilisation de la formule N = N₀ × 2ⁿ, unités indiquées (bactéries par mL, heures), conclusion nuancée pour 4 °C.

Exercice 3 : correction

1. Inès : contamination, car des bactéries sont entrées dans la plaie, mais sans multiplication marquée ni trouble durable, probablement parce qu'elles ont été retirées en grande partie. Malo : infection, car des bactéries se sont multipliées et ont provoqué des signes locaux et généraux.
2. Hypothèse : à environ 37 °C, avec des nutriments disponibles, la multiplication pourrait être au moins aussi rapide qu'à 30 °C, donc la population pourrait augmenter de manière importante en quelques heures. Il s'agit d'une hypothèse, car le Document 1 ne contient aucune mesure à 37 °C ni dans une plaie, et la vitesse optimale dépend de l'espèce.
3. Non. Deux cas ne prouvent pas une règle générale, et les deux élèves peuvent différer par d'autres facteurs. Exemples : la quantité et le type de bactéries déposées, la profondeur de la plaie, l'état de santé de la personne, la présence de saletés restantes. On ne peut pas non plus affirmer que le nettoyage est la seule cause, même s'il est un facteur plausible.
4. Paragraphe attendu : les micro-organismes sont partout, donc les contacts avec eux sont constants. Mais la peau, les muqueuses et leurs sécrétions bloquent la plupart d'entre eux. Pour qu'il y ait infection, il faut qu'un micro-organisme pathogène franchisse une barrière, en nombre suffisant, et trouve des conditions favorables pour se multiplier, comme la chaleur et les nutriments. Ces conditions sont rarement réunies, ce qui explique que contamination soit fréquente et infection plus rare.

Critères de réussite : hypothèse formulée avec prudence, limites des données reconnues, argumentation qui relie barrières, porte d'entrée, nombre et multiplication.