La répartition des êtres vivants dans un milieu

CHAPITRE
2
La répartition des êtres vivants
dans un milieu
Ces deux photos peuvent
être utilisées pour
permettre aux élèves
de découvrir la répartition
différente de deux poissons.
L’évocation d’une
explication possible de cette
répartition s’appuie, dans
un premier temps, sur les
connaissances établies
à l’école primaire, en 6e
et au cours du chapitre
précédent :
– chaque être vivant trouve
dans son environnement
les conditions nécessaires
à sa vie ;
– les êtres vivants ne sont
pas répartis au hasard,
leur répartition dépend
des caractéristiques de
l’environnement ;
– la respiration se manifeste
par un échange de gaz entre
un être vivant et son milieu.
La plupart des êtres vivants
absorbent le dioxygène
contenu dans l’air ou
dissous dans l’eau : leurs
organes en ont besoin.
Les informations prélevées
dans les deux photos
conduisent à formuler
le problème : « Quels
facteurs du milieu
influencent la répartition
des êtres vivants ? »
16
CHAPITRE 2
Programmes officiels
Classe de cinquième
Notions-Contenus
Compétences
Les caractéristiques du milieu
déterminent les conditions
de la respiration et influent
ainsi sur la répartition des êtres
vivants.
[Thèmes : Statistiques,
Environnement]
[Maths : moyenne des relevés,
tableaux, graphiques]
[Physique-Chimie : dioxygène
dissous et température
de l’eau]
[Français : compte-rendu écrit,
oral]
Expliquer la modification
de l’occupation d’un milieu
par la variation d’un facteur
(température, pollution,
agitation, peuplement végétal)
influant sur la respiration.
Relier la répartition des êtres
vivants à une teneur
en dioxygène.
Mettre en évidence le rejet
de dioxygène par les végétaux
chlorophylliens à la lumière.
Relier l’oxygénation d’un milieu
et la présence de végétaux
chlorophylliens.
Relier action de l’Homme sur
l’environnement et
effet sur la répartition des êtres
vivants.
Présenter par écrit et/ou
oralement les résultats d’une
recherche.
Les caractéristiques physiques
d’un milieu
(température, agitation)
conditionnent sa teneur en
dioxygène et influent ainsi sur
la répartition des êtres vivants.
À la lumière, les végétaux
chlorophylliens
contribuent à oxygéner le
milieu.
En modifiant les conditions de
respiration dans les milieux,
l’Homme influe sur leur qualité
et leur équilibre.
Exemples d’activités
I/Ra – recherche d’une explication
à la répartition d’animaux vivant
dans un cours d’eau.
Re – mise en évidence par ExAO
du rejet de dioxygène par
les végétaux chlorophylliens durant
24 heures.
Re/Ra – mise en évidence et
comparaison du rejet de dioxygène
par les végétaux chlorophylliens
à la lumière et à l’obscurité.
I – recherche documentaire
sur la responsabilité de l’Homme
dans la modification des conditions
de la respiration. [B2i]
C – présentation écrite et/ou orale,
assistée ou non par ordinateur,
de résultats de travaux de groupes.
[B2i]
I/Ra – exploitation de données
sur la répartition d’êtres vivants
d’un même milieu, à deux endroits
ou moments différents en liaison
avec une action de l’Homme.
Les acquis de l’école primaire • Programme officiel
paru au B.O. hors série n° 1 du 14 février 2002 consultable sur le site du B.O. :
http://www.education.gouv.fr/bo/2002/hs1
Au cycle 2
Diversité du vivant et diversité des milieux
Sensibilisation aux problèmes de l’environnement, prise de conscience de la fragilité des équilibres observés
dans les milieux de vie.
Au cycle 3
Éducation à l’environnement
Approche écologique à partir de l’environnement proche. Rôle et place des êtres vivants, notions de chaînes et
de réseaux alimentaires.
Documents d’accompagnement
fiche 10, cycles 2 et 3 consultable sur le site du CNDP : http://www.cndp.fr/ à la rubrique « Enseigner
primaire secondaire »
CHAPITRE 2
17
ACTIVITÉ 1
Répartition des animaux
le long d’un cours d’eau
Les objectifs visés
➤ Cette activité a pour but de montrer que, pour les poissons :
– les caractéristiques de leur milieu de vie sont modifiées au long du cours d’une rivière ;
– leur répartition, dans une rivière, varie suivant les caractéristiques du cours d’eau ;
– cette répartition est spécialement à mettre en relation avec la teneur en dioxygène de l’eau.
Connaissances construites
➤ Les êtres vivants se répartissent dans les milieux en fonction de la teneur en dioxygène.
➤ La répartition des êtres vivants dans les milieux est à mettre en relation avec les conditions
de la respiration.
18
CHAPITRE 2
Capacités et compétences développées
Relier la répartition des êtres vivants à une teneur en dioxygène
(documents a à h). (I/Ra)
●
Réponses aux questions posées
1 Les caractéristiques qui changent entre l’amont et l’aval de la rivière sont :
– l’agitation de l’eau (importante en amont et faible en aval) ;
– la température (qui augmente de l’amont vers l’aval) ;
– la teneur en dioxygène (qui diminue de l’amont vers l’aval).
2 Le vairon, la truite des rivières et le goujon ne survivent qui si la teneur de l’eau
en dioxygène est élevée (supérieure à 5 à 7 mL/L d’eau).
L’amont de la rivière présente une forte teneur en dioxygène (8 à 10 mL par litre
d’eau) : les animaux peuvent donc y vivre.
L’aval de la rivière présente une teneur en dioxygène faible (5 à 6 mL/L d’eau) :
ces animaux ne peuvent y survivre.
3 La carpe, le gardon et la tanche sont capables de supporter des teneurs
en dioxygène dans l’eau faibles à très faibles (4 à 0,5 mL/L d’eau).
Matériel et mise en œuvre
La mise en œuvre de cette activité peut être facilitée par :
● Le recueil de données concernant le milieu aquatique. Le programme invite à
étudier ce milieu. En effet, seul ce milieu présente des variations sensibles de la
teneur en dioxygène.
● Le recueil de fiches sur différents poissons présentant les lieux où on les trouve
dans une rivière, leur préférendum, dont celui concernant la teneur en dioxygène.
● Le recueil de données concernant la qualité des eaux. On peut imaginer faire les
mesures de la teneur en dioxygène des eaux lors d’une sortie avec un oxymètre
portatif. En revanche, il faut abandonner l’idée de pouvoir faire des mesures sur de
l’eau prélevée quelques temps plus tôt et stockée dans des bocaux. Même si ceuxci sont étanches, ils contiennent de l’eau non stérile donc contenant différents
micro-organismes consommateurs de dioxygène. Les mesures envisagées sont
donc faussées.
● Les données supplémentaires concernant d’autres poissons peuvent être
trouvées sur le net. Un site wallon paraît particulièrement riche :
http://mrw.wallonie.be/dgrne/sibw/especes/ecologie/poissons/home.html
L e s d o c u m e n t s d u m a n u e l s o n t à p r o j e t e r à p a r t i r d u C D - Ro m .
CHAPITRE 2
19
ACTIVITÉ 2
Des conditions
de la respiration variées
Les objectifs visés
➤ Cette activité a pour but de montrer que différents facteurs influent sur la teneur en
dioxygène du milieu.
➤ Des mesures réalisées grâce à l’utilisation de matériel ExAO permettent de déterminer
l’influence :
– de la température de l’eau ;
– de l’agitation de l’eau ;
– de la présence des végétaux.
Connaissances construites
➤ Les caractéristiques physiques du milieu déterminent sa teneur en dioxygène :
– une eau chaude présente une teneur en dioxygène plus faible qu’une eau froide ;
– une eau agitée présente une teneur en dioxygène plus importante qu’une eau calme.
➤ Les végétaux chlorophylliens, à la lumière, rejettent du dioxygène dans le milieu :
ils contribuent donc à oxygéner le milieu.
➤ Les variations de la température et de l’agitation influencent les conditions de la respiration
dans l’eau. [B2i]
20
CHAPITRE 2
Capacités et compétences développées
Relier l’oxygénation d’un milieu et la présence de végétaux chlorophylliens
(document c). (I/Ra)
● Mettre en évidence le rejet de dioxygène par les végétaux chlorophylliens
à la lumière (document d). (Re/Ra)
●
Réponses aux questions posées
1 On constate que, lorsque la température de l’eau augmente, la teneur en
dioxygène de l’eau diminue.
2 On constate que, lorsque l’eau n’est pas agitée, la teneur en dioxygène reste
constante à 4,6 mg/L. Lorsque que l’eau est agitée, la teneur en dioxygène
augmente (4,5 à 9,0 mg/L) pendant la durée de l’agitation. L’agitation contribue
à oxygéner l’eau.
3 Le premier chapitre a permis de mettre en évidence que, au cours de la respiration,
les animaux comme les végétaux absorbaient du dioxygène et rejetaient
du dioxyde de carbone. En toute logique, dans ces bulles de gaz, on devrait trouver
du dioxyde de carbone. Ce qui n’est pas cohérent avec les besoins des insectes.
Donc ces bulles contiennent du dioxygène que les insectes viennent prélever.
4 Pendant une période de lumière, la teneur en dioxygène de l’eau augmente.
Pendant une période d’obscurité, la teneur en dioxygène diminue.
5 Pendant la période de lumière, l’augmentation de la teneur en dioxygène de l’eau
est due aux végétaux chlorophylliens qui, à la lumière, rejettent du dioxygène.
Matériel et mise en œuvre
Les mesures de la teneur
en dioxygène de l’eau en fonction
de la température réalisées dans
le cours de physique-chimie.
● Un agitateur magnétique,
un cristallisoir, un oxymètre relié
à un dispositif ExAO (Jeulin,
Micrelec, Pierron).
● De l’élodée, du cabumba,
une solution de bicarbonate,
un dispositif ExAO avec sonde
oxymétrique et sonde lumineuse.
●
Astuces
• Il est possible d’obtenir une eau pauvre
en dioxygène en la portant à ébullition.
Un refroidissement rapide est alors nécessaire
pour pouvoir réaliser la mesure de l’influence
de l’agitation. Effectuer la mesure sans agitation
puis la mesure lors de l’agitation.
• La mesure de la teneur en dioxygène du milieu
peut-être réalisée sans matériel ExAO mais avec
un oxymètre. Un relevé de la teneur en
dioxygène est réalisé toutes les 20 secondes.
En utilisant un outil tableur d’une suite
(OpenOffice ou bien Microsoft), il est possible
de tracer les courbes correspondantes. [B2i]
• Pour la mesure avec le matériel végétal,
il suffit de couper les feuilles en 2 ou 3.
Placer le matériel végétal dans l’enceinte
et placer de l’eau tiède autour de l’enceinte.
Les végétaux sont beaucoup plus réactifs
dans cette situation. Ne pas oublier d’ajouter
une source de dioxyde de carbone
avec la solution de bicarbonate de potassium.
Il est possible d’amener les élèves à rechercher
la signification de la diminution de la teneur
en dioxygène de l’eau lors des périodes
d’obscurité, en présence de végétaux.
L e s d o c u m e n t s d u m a n u e l s o n t à p r o j e t e r à p a r t i r d u C D - Ro m .
CHAPITRE 2
21
ACTIVITÉ 3
L’influence de l’Homme
sur les conditions de la respiration
Les objectifs visés
➤ Cette activité a pour but de montrer que :
– l’Homme influe sur la répartition des êtres vivants en modifiant les caractéristiques et les
qualités du milieu de vie ;
– l’action de l’Homme par des pollutions ou par des actions d’épuration d’un milieu conditionne
la teneur en dioxygène de celui-ci. Il influe ainsi sur les conditions de la respiration des êtres
vivants.
Connaissances construites
➤ En modifiant les conditions de respiration dans les milieux, l’Homme influe sur leur qualité
et leur équilibre.
22
CHAPITRE 2
Capacités et compétences développées
Relier action de l’Homme sur l’environnement et effet sur la répartition des êtres
vivants (document a à d). (I/Ra)
●
Réponses aux questions posées
1 On constate que la teneur en substances polluantes dans la rivière
est plus importante après la ville. On peut donc proposer comme explication
à l’augmentation de cette teneur, les rejets de matières polluantes de la ville
dans la rivière.
2 On constate que les êtres vivants trouvés dans la rivière avant la ville ne sont plus
du tout présents après la ville. Lors de son passage dans la ville, l’eau de la rivière
reçoit des rejets polluants. Des bactéries vont dégrader ces matières polluantes
en consommant du dioxygène. L’eau de la rivière est appauvrie en dioxygène.
Les êtres vivants trouvés dans la rivière avant la ville ne peuvent plus survivre.
D’autres êtres vivants s’installent. Ils sont capables de supporter la faible teneur
en dioxygène de l’eau.
3 Entre 1870 et 1970, la teneur en dioxygène de la Seine diminue à 100 km en aval
de Paris (de 6 à 1,8 mg/L). Puis de 1970 à 2003, elle augmente (1,8 à 4,8 mg/L).
4 La diminution a deux origines : les rejets des eaux usées directement dans le
fleuve et l’augmentation de la population dans la région parisienne.
Les eaux étaient alors de plus en plus riches en substances polluantes qui étaient
dégradées par des bactéries. Cette dégradation est consommatrice de dioxygène.
L’augmentation est due au fait que les eaux sont traitées et épurées dans des
stations d’épuration avant d’être rejetées dans la Seine.
5 La raréfaction des poissons dans la Seine entre 1870 et 1970 est due
à l’appauvrissement de la teneur en dioxygène de l’eau de la Seine.
6 Depuis 1970, l’Homme traite ses eaux avant de les rejeter dans la Seine. Cela
a permis une augmentation de la teneur en dioxygène dans l’eau de la Seine.
Les conditions de la respiration sont meilleures. À nouveau, des espèces
de poissons se sont installées dans la rivière.
Matériel et mise en œuvre
● Cette activité vise à montrer l’action de l’Homme sur la teneur en dioxygène et
en conséquence sur le peuplement du milieu. Tout comme pour la première
activité, des mesures peuvent être réalisées sur la teneur de l’eau en dioxygène
lors d’une sortie.
● Il faut être attentif à montrer des actions bénéfiques de l’Homme sur ce milieu.
Une sortie dans une station d’épuration permet de montrer une des actions
bénéfiques.
● Le site SIAAP : http://www.siaap.fr/ donne des données concrètes et pédagogiques
sur le traitement de la qualité de l’eau de la Seine.
L e s d o c u m e n t s d u m a n u e l s o n t à p r o j e t e r à p a r t i r d u C D - Ro m .
CHAPITRE 2
23
Appliquer ses connaissances
EXERCICES
2 Les végétaux chlorophylliens et la lumière
1. De 0 à 1 minute, la teneur en dioxygène de l’eau diminue de 5,2 à 4,8 mg/L.
De 1 à 5 minutes, la teneur augmente de 4,8 à 6,0 mg/L.
De 5 à 6 minutes, la teneur diminue de 6 à 5,6 mg/L.
2. On constate que de 1 à 5 minutes, lorsque la teneur en dioxygène augmente, les végétaux
sont éclairés. De plus on constate que, lors des deux premières minutes d’éclairement, l’intensité lumineuse étant plus importante (1 000 W/m2), le dégagement total de dioxygène est
de 5,6 – 4,8 = 0,8 mg/L. Lors des deux dernières minutes d’éclairement, l’intensité lumineuse étant plus faible (500 W/m2), le dégagement total de dioxygène est de 6,0 – 5,6
= 0,4 mg/L. Donc l’intensité de l’éclairement influence la production de dioxygène par les
végétaux.
3 Mettre en évidence le dégagement de dioxygène
1. Deux manipulations sont réalisées, l’une à la lumière, l’autre à l’obscurité. Dans les deux
cas, des végétaux sont placés dans un cristallisoir rempli d’eau. On place au-dessus de ces
végétaux un entonnoir renversé. Sur l’entonnoir, on place un tube à essai rempli d’eau.
2. Il n’y a aucun changement dans la manipulation à l’obscurité. Dans la manipulation placée
à la lumière, on constate que du gaz s’est accumulé au sommet du tube à essai.
3. À la lumière, les végétaux ont dégagé du dioxygène qui s’est accumulé au sommet du tube
à essai.
4 L’altitude et le dioxygène de l’air
1. Le texte fournit l’explication : l’oxygène (dioxygène) se fait rare en altitude.
2. Les lamas de l’Altiplano peuvent survivre à la raréfaction du dioxygène car ils peuvent
prélever de façon plus efficace le dioxygène de l’air.
5 Teneur en dioxygène et diversité des êtres vivants
1. On constate sur le premier graphique que :
– de 1870 à 1970, la teneur en dioxygène de l’air diminue de 10 à 2 mg/L ;
– de 1970 à 2000, la teneur augmente de 2 à 8 mg/L.
2. On constate sur le deuxième graphique que :
– de 1870 à 1970, le nombre d’espèces de poissons diminue de 120 à moins de 5 ;
– de 1970 à 2000, le nombre d’espèces augmente de 5 à 40.
3. On constate que, lorsque la teneur en dioxygène diminue dans la rivière, le nombre d’espèces de poissons fait de même. Lorsque cette teneur augmente, le nombre d’espèces de poissons augmente aussi.
24
CHAPITRE 2
6 Des îlots de survie pour la Seine
1. Les bactéries prolifèrent lors d’une pollution.
2. Lors d’une crue, il y a pollution de la Seine, la teneur en dioxygène de l’eau diminue alors :
les bactéries qui dégradent les substances polluantes utilisent du dioxygène.
3. Les îlots de survie permettent d’injecter du dioxygène dans la Seine lors de crue.
Cela permet aux êtres vivants qui peuvent souffrir de la diminution de la teneur
en dioxygène de survivre.
7 L’Isère et sa pollution
1. On constate qu’avant la zone de pollution, en amont de Grenoble, le nombre d’espèces
d’animaux est supérieur à 22. Puis, dans la zone de pollution, en aval de Grenoble, le nombre d’espèces est inférieur à 5 (l’échelle est la même).
Donc la pollution fait diminuer le nombre d’espèces d’animaux.
2. La pollution de l’Isère est due à l’arrivée des eaux polluées du Drac dans l’Isère.
3. On constate qu’à partir de la station 4, le nombre d’espèces d’animaux augmente à nouveau.
La rivière est certainement moins polluée. (L’activité 3 permet de dire que des bactéries ont
dégradé les substances polluantes.)
8 Des animaux à classer
1.
Animal
Carpe
Lombric
Lama
Demoiselle
Poule d’eau
Critère
Squelette
interne
x
x
Squelette
externe
Grenouille
verte
Argyronète
x
x
Corps
mou
x
x
Nageoires
x
Pattes
x
Poils
x
x
Plumes
x
x
x
x
2.
Animal
Carpe
Lombric
Lama
Demoiselle
Poule
d’eau
Grenouille
verte
Argyronète
Groupe
vertébrés
poissons
annélides
vertébrés
mammifères
arthropodes
insectes
vertébrés
oiseaux
vertébrés
amphibiens
arthropodes
arachnides
CHAPITRE 2
25