Livre du professeur SVT 5e : partie 1

Transcription

Partie Respiration
1 et occupation des
milieux de vie
Y Cette partie doit permettre à l’élève de rendre compte objectivement de faits d’observation
et ne doit pas faire l’objet de recherche d’explications complexes, notamment sur les modalités
de la fonction respiratoire chez les animaux. Il s’agit principalement :
- d’identifier les principales caractéristiques du fait respiratoire (double échange entre l’organisme et son milieu de vie)
- de préciser l’organisation des principaux types d’échangeurs respiratoires rencontrés chez les
animaux
- d’établir les relations existant entre la respiration et l’occupation des milieux de vie
- de montrer que les conditions de respiration, et donc la répartition dans les milieux de vie, peut
dépendre de l’influence des activités humaines
Dans un cadre éducatif, il convient de préparer les élèves à adopter une attitude raisonnée et
responsable vis-à-vis des composantes de leur cadre de vie, en cohérence avec le projet d’éducation à l’environnement vers le développement durable. Par exemple, les prélèvements effectués dans le milieu de vie doivent permettre de préserver la biodiversité du milieu.
Y Trois chapitres sont donc proposés dans ce cadre :
• le premier conduit à préciser ce qui permet d’identifier la respiration d’un être vivant dans
son milieu de vie
CHAPITRE
1 : Respirer : des échanges avec le milieu de vie
• le deuxième cherche à établir les modalités de la respiration de quelques animaux, en
précisant l’organisation et la localisation de leur échangeur respiratoire
CHAPITRE
2 : Respirer dans différents milieux de vie
• le troisième établit la relation existant entre les conditions de respiration et l’occupation
des milieux de vie par les êtres vivants
3 : Conditions de respirations
et occupation des milieux de vie
CHAPITRE
Y Cette partie de programme peut être abordée en début, ou encore en fin d’année, lorsque les
conditions climatiques sont compatibles avec des observations dans les milieux de vie, si l’enseignant souhaite accompagner son enseignement d’un travail sur le terrain. Abordée dès le
début d’année, cette partie pourra apparaître comme une transition aisée avec le programme de
6e orientée vers l’étude de l’environnement proche
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Ressources pour le professeur et pour la classe
Ouvrages généraux
• Physiologie animale, Physiologie des animaux…
Si besoin est, l’enseignant trouvera plusieurs ouvrages de référence sur la fonction respiratoire des animaux en relation avec leur milieu de vie. Ces ouvrages sont présents
chez différents éditeurs scientifiques (publications universitaires) : De Boeck, Dunod,
Nathan Université…
• Manuel pratique d’Ecologie, 1984, W. Matthey & coll., Ed. Payot, Lausanne
Toujours disponible en bibliothèque, cet ouvrage reste une référence en matière
d’étude de milieu avec notamment des clés de détermination extrêmement précises
et faciles à simplifier, si nécessaire.
Publications pédagogiques
• Guide pratique classe de 5e, CRDP de Lorraine
Même si cet ouvrage a été écrit dans le cadre de la mise en œuvre du programme de
1997, de nombreuses suggestions pédagogiques restent d’actualité.
Liens avec le CM2
• Sciences, cycle 3, D. Pommier et G. Simonin, Magnard 2002
18
1
Respirer : des échanges
avec le milieu de vie
Manuel élève : p. 11 à 24
■
Programme officiel (application rentrée 2006)
Durée conseillée : 3 heures, soit environ 2 semaines. Ce chapitre prend sa place dans la partie
« Respiration et occupation des milieux de vie », à laquelle 8 semaines peuvent être consacrées.
Notions - contenus
Compétences
Exemples d’activités
Chez les végétaux comme chez les
animaux, la respiration consiste à
absorber du dioxygène et à rejeter du
dioxyde de carbone.
Reconnaître qu’un être vivant respire par
l’existence de l’absorption de dioxygène
et le rejet de dioxyde de carbone dans le
milieu.
[École primaire : fiche 13, cycle 2 et 3]
Mettre en évidence l’absorption de
dioxygène et le rejet de dioxyde de
carbone par un être vivant.
[Physique-Chimie : air, 4e]
■
Ra/Re – conception et réalisation d’expérimentation assistée
par ordinateur (ExAO) pour mettre en évidence la
consommation de dioxygène par un être vivant.
Ra/Re – mise en évidence à l’aide du test de l’eau de chaux
du rejet de dioxyde de carbone pour un être vivant.
Thème général
Ce chapitre (voir la progression proposée pour cette partie dans les pages précédentes) correspond au
premier item du programme :
Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste à absorber du dioxygène et à
rejeter du dioxyde de carbone.
• Objectifs de connaissances
Intentions générales
À l’échelle d’un organisme, la respiration se traduit par un échange de dioxygène et de dioxyde de carbone avec le milieu de vie. Ce double échange, réalisé en permanence, peut être observé, mesuré. Une
telle manifestation de la respiration peut être établie pour la plupart des êtres vivants (« tous » au
niveau de la classe de 5e…), quel que soit leur milieu de vie, aérien ou aquatique.
Cohérence verticale
Les instructions soulignent notamment qu’il « s’agit d’établir l’unité de la respiration » (réaliser un
double échange d’O2 et de CO2 avec son milieu environnant).
On notera, dans le cadre de la cohérence verticale, deux remarques vers l’École élémentaire (fiche 13
des cycles 2 et 3) et vers la Physique-Chimie, classe de 4e (air).
La fiche 13 citée appartient aux Documents d’application de programmes, fiches de connaissances
cycles 2 et 3 de l’enseignement primaire, produits par la Desco et diffusé par le CNDP (octobre 2002).
Cette fiche est relative à la nutrition animale et humaine, respiration et circulation. On notera à ce propos que la plupart des connaissances exigibles au niveau de ces classes sont reprises pour la 5e ! La respiration y apparaît également comme une manifestation de la vie. On comprendra donc que la nouveauté est, en classe de 5e, essentiellement d’ordre méthodologique : l’élève pourra, au travers d’observations et d’expériences simples, mieux appréhender le double échange de gaz entre l’animal – ou
le végétal – et son milieu de vie.
C h a p i t r e 1 • Respi r er : des é cha nges avec le m i l ieu de v ie
19
Remarque : La référence à l’enseignement de l’air (composition atmosphérique) en classe de 4e en
Physique-Chimie n’est pas un réel problème puisqu’il ne s’agit là que d’un approfondissement, ces
données étant abordées, succinctement, au Primaire : « l’air est composé principalement de diazote
(4/5) et de dioxygène (1/5) auxquels on doit ajouter quelques autres gaz en très faible quantité ». Les
notions de solution, de mélange eau/gaz, de dissolution peuvent avoir été appréhendées… et sont au
programme de Physique-Chimie, en classe de 5e.
C’est dans ce cadre qu’un rappel concernant la composition de l’air, indispensable à la réalisation de
cet item, a été proposé dans la page « Pour prendre un bon départ », placée dans le manuel de l’élève en tout début de partie (p. 10).
• Objectifs méthodologiques
Ce chapitre se prête facilement à la mise en place des étapes de la démarche expérimentale :
– établissement d’une hypothèse à partir de données simples (constats…) ;
– recherche d’une validation ou d’une infirmation de l’hypothèse par la mise en œuvre d’une expérience ;
– compréhension d’un dispositif expérimental ;
– mise en œuvre, voire conception d’un protocole ;
– saisie de résultats et exploitation critique (mise en relation avec les hypothèses initiales…).
Cette première approche sera confortée dans les chapitres suivants (chapitres 2 et 3) et progressivement réinvestie et validée dans les autres parties du programme. À ce stade, il s’agit plutôt d’insister,
auprès des élèves, sur les étapes de cette démarche qu’ils devront récupérer et en comprendre l’intérêt. On vérifiera donc qu’au terme de ce chapitre, les termes associés à cette démarche (hypothèse, …)
sont compris.
S’informer
Réaliser
Communiquer
Raisonner
– saisir des informations
à partir de résultats
expérimentaux (photographies, tableaux)
– mettre en œuvre un
protocole expérimental
– rédiger une conclusion
– mettre en relation des
données
– exploiter des résultats
expérimentaux
– critiquer des résultats
expérimentaux
■
Découpage du chapitre : progression et programmation horaire
Les objectifs du chapitre étant de mettre en évidence des échanges de dioxygène et de dioxyde de carbone avec le milieu extérieur à l’organisme, deux activités ont été retenues :
– la première (Exploitation de documents) est organisée sur une démonstration expérimentale, non
réalisée par les élèves ni devant les élèves, des signes permettant de conclure à la respiration d’un
organisme donné, ici un être vivant respirant dans l’air ;
– la seconde (Réalisation pratique) précise comment on peut mettre en évidence, en classe, qu’un
organisme respire dans l’eau.
Ces compétences peuvent être acquises à partir de certaines approches expérimentales mobilisant
l’ExAO pour le dioxygène et des tests chimiques simples (eau de chaux, rouge de crésol…) pour le
dioxyde de carbone.
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Respi r er : des é cha nges avec le m i l ieu de v ie • C h a p i t r e 1
Séquences
Compétences
mises en œuvre
Mise en route • Repérer de possibles lieux – saisir des informations
d’échanges entre un orga(0h15)
nisme et son milieu de vie
• Initier l’élève aux étapes – saisir et mettre en relaActivité 1
de la démarche expérition des informations avec
(1h15)
mentale
un problème scientifique
Activité 2
(1h15)
+ Bilan
(0h15)
■
Objectifs
• Appliquer à un exemple
simple les notions
acquises sur la démarche
expérimentale
Supports proposés
Notions construites
– photographies (et croquis d’aide à la
lecture)
– la respiration peut être identifiée
– guide d’étude expérimentale
comme un double échange de
– schéma de matériel utilisé
– photographies et tableau de résultats dioxygène (prélèvement) et de
dioxyde de carbone (rejet) avec le
milieu de vie
– voir activité 1 (notion appliquée à
– comprendre et mettre en – guide d’étude expérimentale
un milieu de vie aquatique)
œuvre un protocole expéri- – schémas de matériel utilisé
mental
– photographies et tableaux de résul– mettre en relation un
tats
résultat avec une hypothèse
Supports pédagogiques utiles
Multimédia
Cassettes VHS ou DVD : - Respiration et occupation des milieux (VHS ou DVD, Jeulin) ;
- Milieu de vie et répartition des êtres vivants (VHS, Pierron) ;
- La respiration du criquet (VHS, Pierron) ;
- La respiration de la grenouille (VHS, Pierron) ;
- Découvre la vie (approche par milieu, CD-Rom, PIerron).
Transparents Magnard, classe de 5e (2006)
Informatique
Tous les constructeurs et/ou distributeurs (Jeulin, Pierron, Sordalab…) proposent du matériel d’ExAO
fixe ou portable adapté à l’enseignement en Collège. Ce matériel permet une lecture directe des
mesures (affichage digital) ou leur enregistrement en fonction du temps (lecture graphique).
Matériel scientifique
Petit bocal avec couvercle pour mise en place d’un oxymètre ou d’une sonde à dioxygène, oxymètre
ou sonde à dioxygène reliée à un système ExAO, solution de rouge crésol ou tout autre indicateur
coloré sensible aux réactions d’oxydo-réduction, seringue.
Sont disponibles sur le marché des sondes simples à utiliser (air ou air/eau) et robustes, pour le dioxygène et aujourd’hui, le dioxyde de carbone.
Matériel vivant
Poisson rouge, écrevisse…, et tout autre animal vivant en milieu aquatique, non soumis à réglementation.
Sécurité et réglementation
L’utilisation d’animaux vivants pour des séquences pédagogiques est réglementée. Pour des raisons de
respect de l’animal en général et de la faune sauvage en particulier, mais également d’hygiène :
– les prélèvements d’animaux « dans la nature » sont limités ;
– les conditions d’élevage sont strictes ;
– les manipulations intégrant des êtres vivants sont très encadrées.
Dans ce cadre réglementaire, les manipulations présentées dans le manuel ne peuvent pas toujours
être effectuées en situation de classe, donc devant des élèves. S’il est tout à fait possible d’observer et
d’évaluer les échanges respiratoires entre un poisson et l’eau d’un bocal, la transposition avec un petit
vertébré aérien – grenouille ou petit mammifère – n’est guère possible (animal protégé, élevage interdit au laboratoire ou soumis à des conditions très strictes, manipulations interdites devant des
élèves…) : pour ces raisons, l’activité 1 (Reconnaître qu’un être vivant respire dans l’air) est donc une
activité organisée autour d’une exploitation documentaire ; par contre, l’activité 2 (Montrer qu’un être
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vivant respire dans l’eau) permet des observations et une manipulation sur le réel, qui peuvent être effectuées par les élèves
ou devant les élèves : elle est donc l’occasion d’une
« Réalisation pratique ».
Pour plus amples informations, on se réfèrera à la brochure diffusée par la Desco et au site internet associé.
■
Liens utiles
– transparents Magnard
(SVT 5e) : transparents 1 et 2
– internet :
www.magnard.fr/college/SVT
Aide à la mise en œuvre des activités
Page d’ouverture du chapitre
➥ Page 11
Photographie : Une loutre remonte à la surface après une période d’immersion. Ses narines sont largement ouvertes, suggérant un échange avec l’air du milieu extérieur.
Ce document, simple dans sa lecture et faisant appel à des connaissances générales des élèves (programme de l’École élémentaire, émissions télévisées sur la faune ou l’environnement), peut être facilement mis en relation avec les objectifs du chapitre, clairement exprimés en bas de page :
Montrer qu’un être vivant respire, c’est…
– mettre en évidence qu’il réalise en permanence des échanges avec son environnement
– identifier les substances qui sont échangées
La formulation de ces objectifs ne dévoile donc pas les résultats de l’étude (prélèvement de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone) mais oriente clairement le travail à effectuer.
Observer pour s’interroger
➥ Pages 12-13
Document a : Photographies d’une grenouille dans son milieu de vie. Lorsque l’animal est émergé, les
narines s’ouvrent puis se ferment de façon périodique, suggérant des phases d’inspiration/expiration
que connaissent les élèves (connaissances générales et acquis de l’École élémentaire). Le dessin
accompagnant les clichés permet d’orienter l’observation des élèves.
Document b : Photographie de tortues marines échouées sur une plage de l’Atlantique. Ce spectacle
de vertébrés à mode de respiration aérien (tortue, dauphins…), « noyés » lorsqu’ils sont prisonniers de
filets de pêche (notamment les filets dérivants), permet d’aborder un paradoxe : comment un animal
marin ou aquatique peut-il mourir noyé ? La légende apporte des informations : nature de la mort de
l’animal : par noyade, c’est-à-dire introduction d’eau dans les poumons (le terme pourra être discuté
avec les élèves, sa définition recherchée dans un dictionnaire…), animal prisonnier de filets l’empêchant de remonter à la surface pour renouveler sa provision d’air.
Document c : Photographie d’un criquet dans son milieu de vie (posé sur un brin d’herbe). Une observation attentive, encouragée par la légende, permet de repérer sur les côtés de l’animal de petits orifices en contact avec l’air du milieu extérieur. Le rapprochement avec les informations apportées par
le document 1 permet d’envisager des échanges (hypothèse qui reste très largement à vérifier !).
Document d : Ouvertures et fermetures d’orifices au contact du milieu de vie : bouche et ouïes, associées à des mouvements de la bouche et des opercules chez un poisson d’eau douce. Ces ouvertures/fermetures suggèrent ici encore de probables échanges entre l’animal et son milieu de vie
(l’eau).
Document e : Photographie d’une palourde à moitié enfouie dans le sable : de sa coquille légèrement
ouverte, deux longs tubes (siphons) terminés par des orifices ouverts suggèrent ici encore des
échanges avec le milieu de vie (échanges d’eau dans ce cas).
Au terme de ces observations, l’élève a validé l’idée que de nombreux êtres vivants réalisent ou
sont susceptibles de réaliser des échanges avec leur milieu de vie. Il reste à démontrer que ces
échanges sont réels, et que ce sont des échanges respiratoires, c’est-à-dire une entrée de dioxygène et une sortie de dioxyde de carbone (double échange).
22
Activité 1 - Respirer dans l’air
➥ Pages 14-15
• Objectifs / Intentions pédagogiques
Il s’agit ici d’aborder l’item : reconnaître qu’un être vivant respire par l’existence de l’absorption de dioxygène et le rejet de dioxyde de carbone dans le milieu.
L’approche retenue est centrée sur l’exemple d’un animal pouvant respirer en milieu aérien, la grenouille.
La manipulation sur cet animal vivant à des fins expérimentales étant fortement réglementée, les
auteurs proposent non pas une activité directement réalisable par les élèves mais une exploitation de
documents. Une ouverture à quelques autres organismes (animaux et végétaux) est envisagée (document 3).
Cette activité permettra d’appréhender quelques aspects et étapes de la démarche expérimentale qui
pourront être réintroduits et appliqués dans l’activité suivante (Réalisation pratique).
• Commentaires des documents proposés
Document 1 : Une expérience.
La démarche est clairement affichée : un constat, permettant de formuler une hypothèse et orientant
vers la mise en œuvre d’une manipulation dont le principe est présenté, comme le matériel utilisé.
Le rappel du vocabulaire associé à cette démarche (hypothèse…) est effectué.
Document 2 : Le dispositif expérimental.
La photographie du dispositif permet aux élèves de mieux comprendre le montage réalisé et l’intérêt
du matériel utilisé. C’est également l’occasion de préciser l’importance du témoin.
Document 3 : Des exemples de résultats.
Si ces résultats reprennent le cas de la grenouille, ils sont élargis aux exemples de différents organismes « respirant » dans l’air. On notera qu’aucune mention aux végétaux chlorophylliens n’est faite.
Cette notion sera reprise et expliquée dans l’activité 2 du chapitre 3.
• Corrections des pistes de travail
1. On cherche à montrer, en comparant la composition de l’air prélevé à celle de l’air rejeté, qu’un être
vivant en milieu aérien prélève du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone, ce qui fonde l’idée
d’un échange de gaz entre milieu de vie et être vivant, donc d’une respiration.
2. Il y a 2,5 % de dioxygène en plus en début d’expérience dans l’air du bocal, qu’en fin d’expérience.
Le résultat est inverse pour le dioxyde de carbone (simples données qualitatives vu le protocole
suivi : présence pour absence…).
3. Ce résultat valide l’hypothèse formulée.
4. L’expérience sans grenouille dans le bocal est le témoin, qui, par comparaison avec les résultats
obtenus, permet de valider la réponse.
5. Dans l’air, la respiration d’un être vivant peut être identifiée par la réalisation d’un double échange
« gazeux » entre l’organisme et son milieu de vie.
• Prolongements possibles, réflexions...
– On peut remplacer l’utilisation d’une console ExAO par celle d’un oxymètre numérique, manuel.
– La lecture des résultats est présentée ici sous une forme ponctuelle (début, fin de l’expérience… sur
une durée déterminée). L’enregistrement en continu n’a pas été privilégié ici, car il placerait l’élève
devant la validation d’une autre compétence (lecture d’un graphique), alors qu’on souhaite davantage
orienter le travail sur une maîtrise de la démarche expérimentale et de ses étapes.
– L’utilisation de respiromètres volumétriques a été écartée ici, la compréhension des mécanismes et
la lecture des résultats semblant beaucoup plus difficiles à ce stade. On pourra cependant exploiter
ces montages en proposant l’exercice 5 de la rubrique Pour approfondir…
23
Activité 2 - Montrer qu’un être vivant respire dans l’eau
➥ Pages 16-17
• Objectifs/Intentions pédagogiques
On propose ici de faire appréhender par les élèves, expérimentalement, qu’un être vivant en milieu
aquatique respire… c’est-à-dire prélève du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone dans l’eau.
Ils pourront alors mobiliser les acquis de l’activité précédente, tant sur le plan notionnel que sur le plan
méthodologique, et ce sur un matériel « vivant » dont l’utilisation en classe est autorisée (dans le
cadre de l’étude envisagée).
Cette approche, établie sur l’exemple d’un poisson d’eau douce, pourra être élargie à d’autres êtres
vivant en milieu aquatique.
Document 1 : Principe de l’expérience.
L’élève sait (objectif affiché en tête de page) qu’il s’agit d’une démonstration pratique, expérimentale. Le
titre indique clairement cette option en indiquant qu’on s’intéresse ici immédiatement au principe de
l’expérience, dont l’hypothèse fondatrice est rappelée.
Le matériel utilisé met l’accent sur le changement de dispositif concernant le repérage d’un possible rejet
de dioxyde de carbone, le test de l’eau de chaux ne pouvant être réalisé sur une eau dans laquelle évolue l’animal (poisson).
Document 2 : Exemples de résultats.
Ces résultats, auxquels sont associés les éléments de protocoles suivis pour les obtenir, sont fournis en
deux temps : résultats obtenus pour le poisson, élargissement à d’autres êtres vivants aquatiques.
La référence à un témoin est précisée dans le tableau de résultats (2c).
1. Le bocal rempli d’eau est un milieu de vie pour l’animal, mais également un milieu dans lequel sont
évaluées les quantités de dioxygène ou la présence de dioxyde de carbone. L’oxymètre permet de
connaître ces quantités de dioxygène dans l’eau. La seringue permet le prélèvement d’une petite
quantité d‘eau dans laquelle on recherche, par le possible changement de couleur du rouge de crésol, la présence de dioxyde de carbone. Le dispositif n’indique pas de témoin : pour l’obtenir, le montage et les mesures doivent être effectués initialement, sans être vivant.
2. Sur la durée de l’expérience, la quantité de dioxygène présente dans l’eau du bocal diminue, alors
que du dioxyde de carbone y apparaît.
3. La respiration d’un être vivant dans l’eau peut être établie si l’on peut y enregistrer un prélèvement
de dioxygène et un rejet de dioxyde par cet organisme.
4. Le résultat obtenu valide l’hypothèse formulée initialement.
Schéma bilan
➥ Page 19
Le schéma bilan proposé en page 19 établit que, quel que soit le milieu de vie, l’être vivant réalise avec
son milieu de vie un double échange : prélèvement de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone.
Il s’agit ici d’une présentation qui insiste sur la construction du schéma bilan, dont la véritable représentation est placée à droite.
Sur la gauche, la représentation figurative rappelle aux élèves les résultats de l’étude. Ils peuvent alors,
par la représentation schématique présentée à droite, mieux saisir ce qui fonde l’unité de la fonction
respiratoire.
Ce mode de représentation, permettant de passer du figuratif, qui mobilise facilement les acquis, au
schématique, que l’on peut refaire soi-même et plus facilement apprendre et ré-utiliser, a été retenu
pour tous les autres schémas bilan du manuel.
24
Sciences Mag
➥ Pages 20-21
Ces pages ont été conçues et écrites pour permettre une utilisation totalement autonome par les
élèves. Elles sont là pour éveiller leur curiosité, les inciter à prolonger l’étude par des recherches plus
personnelles, à effectuer de petites manipulations, à établir des liens avec d’autres disciplines.
Pour ce premier chapitre, deux thèmes sont proposés :
- un thème d’histoire des sciences (point d’histoire) situant le contexte de la découverte de la composition de l’air ;
- un thème pratique et transdisciplinaire (biologie en pratique) en relation avec le programme de chimie de la classe de 5e (étude des mélanges).
■
Correction des exercices
Les exercices de la rubrique « Pour apprendre sa leçon » sont corrigés en fin du manuel de l’élève.
1
Correction dans le manuel de l’élève, p. 192
2
Le dispositif expérimental doit réunir un montage avec animal et un montage témoin, sans
animal (voir schéma 2 p. 15).
3
1. La quantité de dioxygène présent dans l’eau diminue (baisse de 1,6 mg/L).
2. Ce résultat est insuffisant pour parler de respiration : il faut montrer qu’il y a un rejet synchrone de CO2.
3. Le test de l’eau de chaux indique qu’il y a, a priori, rejet de dioxyde de carbone : il y a donc
respiration du triton dans l’eau de l’aquarium.
4. Il faudrait en effet disposer d’un témoin (aquarium sans triton avec test de l’eau de chaux
négatif) pour conclure à une respiration aquatique du triton : il faudrait donc prévoir une
réaction témoin.
4
1. On cherche à montrer qu’un poisson prélève dans son milieu de vie (l’eau du bocal) du
dioxygène.
2. La schématisation (bocal avec ou sans poisson, bocal rempli d’eau, capteur de dioxygène
plongeant dans l’eau…) permet de vérifier si l’élève tient compte des informations de
l’énoncé, et d’elles seules.
3. Le montage B est un montage témoin : il montre que sans poisson, la composition de l’eau
en dioxygène ne varie pas. Ce qui indique que le poisson peut être considéré comme l’élément responsable du prélèvement de dioxygène.
4. Les résultats valident donc l’hypothèse : le poisson prélève dans son milieu de vie du dioxygène (ce qui n’autorise pas à dire qu’il respire puisqu’on ne dispose pas de données concernant le dioxyde de carbone).
5
6
1. On cherche à préciser que les champignons rejettent du dioxyde de carbone dans leur
milieu de vie (air du bocal).
2. a. Il faudrait montrer que les champignons prélèvent du dioxygène.
b. Le montage (accompagné de son témoin…) doit réunir : un bocal, un bouchon percé
d’un trou dans lequel on glisse le capteur (sonde à dioxygène).
3. Avec un tel résultat, on peut conclure à la respiration des champignons dans l’air.
25
2
Respirer dans
différents milieux
■
Durée conseillée : 3 heures, soit environ 2 semaines.
Ce chapitre est l’occasion d’identifier les structures au niveau desquelles sont réalisés les échanges
gazeux respiratoires, d’en noter la diversité. Il s’agit d’établir une relation entre cette diversité,
l’existence de comportements respiratoires et l’occupation des milieux.
Notions - contenus
Compétences
La diversité des appareils et des
Relier l’organe et le comportement
comportements respiratoires permet aux respiratoire d’un animal à son milieu de
animaux d’occuper différents milieux.
respiration et au milieu de vie.
Ra - mise en relation, dans un tableau, d’animaux avec leur
milieu de respiration, leur milieu de vie et leurs organes
respiratoires.
[Physique-Chimie : l’eau dans notre
environnement, 5e]
I- recherche des organes respiratoires chez différents
animaux.
Chez les animaux, les échanges gazeux se
font entre l’air ou l’eau et l’organisme par
l’intermédiaire d’organes respiratoires tels
que poumons, branchies, trachées.
I- observation de divers comportements respiratoires.
Réaliser une dissection permettant de
mettre en évidence un organe respiratoire. Ra - positionnement des animaux étudiés dans la
classification actuelle.
Réaliser une observation d’organe
respiratoire en utilisant une loupe
binoculaire ou un microscope.
■
Thème général
Ce chapitre traite du second item du programme :
La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d’occuper différents
milieux de vie.
Chez les animaux, les échanges gazeux se font entre l’organisme et l’air ou l’eau, par l’intermédiaire
d’organes respiratoires tels que les poumons, les branchies ou les trachées.
Chez certains animaux aquatiques, les échanges respiratoires se font avec l’air grâce à des comportements particuliers. Il ne s’agit pas, a priori, d’avoir une approche exhaustive de la respiration chez les
animaux : les organes à étudier sont clairement identifiés. La référence à d’autres modes de respiration (cutanée ou tégumentaire notamment) n’est pas exigible ce qui n’exclut pas un ré-investissement
des connaissances à d’autres exemples (voir exercices).
L’existence d’organes (poumons, branchies) au niveau desquels ont lieu les échanges gazeux a été établie dans le programme du cycle 2 de l’école primaire (fiche de connaissances n°13 de l’enseignement
primaire). Il en est de même pour la nature des échanges qui a fait l’objet du chapitre 1. À l’exception
de la notion de trachée, les connaissances nouvelles sur les organes mis en jeu sont donc limitées.
C h a p i t r e 2 • Respi r er da ns d i f f é r ents m i l ieu x
27
La nouveauté réside essentiellement dans :
– l’observation des organes respiratoires chez des animaux très divers alors que l’étude a été limitée
aux animaux vertébrés à l’école primaire ;
– l’observation des comportements permettant d’établir un lien entre milieu de vie, milieu de respiration et nature de l’organe respiratoire mis en jeu. La mise en évidence expérimentale d’une circulation
d’eau ou d’air complète cette démarche ;
– la méthodologie : mise en œuvre de protocoles expérimentaux (mise en évidence d’une circulation
d’eau), réalisation de dissections ou d’observations au microscope.
Transversalité
La composition de l’air déjà abordée au cours des cycles 2 et 3 de l’école primaire, reprise au premier
chapitre, sera consolidée en classe de 4e dans le cours de physique-chimie. Le fait que des substances
initialement à l’état gazeux peuvent se dissoudre dans l’eau a lui aussi été envisagé à l’école primaire
et est re-précisé en classe de 5e dans le cadre du chapitre intitulé « mélanges aqueux » (partie A
« L’eau dans notre environnement. Mélanges et corps purs », programme de physique-chimie).
Comme le précédent, ce chapitre se prête aussi à la mise en place des étapes de la démarche expérimentale : établissement d’une hypothèse à partir de données simples, d’observations…, mise à l’épreuve de l’hypothèse par l’expérience, mise en œuvre d’un protocole ou lecture de résultats, critique des
résultats obtenus. Cependant, ce chapitre est surtout l’occasion, comme le précisent les instructions
officielles, de réaliser une dissection et d’effectuer une observation au microscope. Il permet aussi
d’initier les élèves à la présentation de résultats expérimentaux ou de données d’observation sous la
forme d’un tableau à double entrée (réinvestissement de compétences abordées au chapitre précédent). Dans ce cadre, une fiche méthodologique « Lire, exploiter et construire un tableau » a été introduite à la fin du manuel de l’élève. Cet objectif méthodologique a déjà fait l’objet d’une approche au
cycle 3, dans le cadre du programme de mathématiques mais d’une façon plus restreinte (lire un
tableau et non pas le construire).
S’informer
Réaliser
Communiquer
Raisonner
(photographies, croquis,
textes)
– réaliser une dissection
– réaliser un croquis
légendé
– réaliser un schéma
fonctionnel
– réaliser un tableau à
double entrée
– rédiger une conclusion
écrite
– mettre en relation les
informations
– comparer des résultats
– formuler une conclusion
■
Les objectifs du chapitre étant de mettre en évidence l’occupation de différents milieux par les animaux grâce à des appareils et des comportements respiratoires, quatre activités ont été retenues :
– l’activité 1 (Exploitation de documents) est organisée à partir de données d’observation sur l’existence d’un courant d’eau chez le poisson, choisi pour l’étude de la respiration dans l’eau, ce qui conduit
à la recherche d’organes impliqués dans les échanges respiratoires situés le long du trajet de l’eau ;
– l’activité 2 (Réalisation pratique) est placée dans la continuité de la précédente : elle permet, à partir d’une dissection, de localiser et d’observer les branchies, organes respiratoires du poisson ;
– l’activité 3 (Exploitation de documents) présente la diversité des organes respiratoires chez les animaux qui vivent et respirent dans l’air ;
– l’activité 4 (Exploitation de documents) présente une grande diversité d’animaux aquatiques et
aériens, ce qui conduit à établir que des comportements respiratoires permettent chez certains animaux d’effectuer des échanges respiratoires avec un milieu qui n’est pas leur milieu de vie.
28
Respi r er da ns d i f f é r ents m i l ieu x • C h a p i t r e 2
Séquences
Objectifs
Compétences
mises en œuvre
Mise en route • Identifier un milieu de
vie et rechercher s’il existe – Mettre en relation des
(0h15)
un lien entre le milieu de informations
vie et le lieu des échanges
respiratoires entre l’organisme et ce milieu de vie
Activité 1
• Mettre en évidence, chez – saisir et mettre en relation les informations
le poisson, un courant
(0h15)
d’eau respiratoire entre le – construire progressivemilieu de vie et les bran- ment un schéma fonctionchies
nel
Activité 2
• Identifier l’organisation – réaliser une dissection
fonctionnelle des bran(1h00)
– construire un schéma
chies
fonctionnel
Activité 3
(0h45)
Activité 4
(0h30)
+ Bilan
(0h15)
■
• Rechercher les lieux
d’échanges respiratoires
entre divers animaux et
leur milieu de vie
• Montrer qu’un animal
vivant en milieu aquatique
peut avoir une respiration
aérienne
informations obtenues à
différentes échelles
– construire un tableau à
double entrée
Supports proposés
Notions construites
– photographies
– guide d’étude
– schéma explicatif
– photographies
– les branchies sont des organes situés
sur un courant d’eau ; elles réalisent des
échanges respiratoires avec ce courant
– guide d’étude
– schéma de matériel utilisé
– photographies et croquis d’aide à
la lecture
– photographies
– les branchies offrent une large surface
d’échanges avec le courant d’eau qui les
traverse
– photographies
– Les animaux vivant en milieu aquatique peuvent respirer dans l’air et possèdent poumons ou trachées
– en milieu aérien, les échanges respiratoires s’effectuent au niveau des poumons, ou des extrémités de trachées
Multimédia
Cassettes en prêt gratuit au CNDP « La vie de la mare », et de nombreuses cassettes sur un animal
donné (la loutre, le gammare, le crocodile, la moule, …)
Bleu de méthylène ou tout autre colorant non toxique,
cuvette et matériel de dissection, microscopes et/ou
loupes binoculaires, lampes.
Matériel vivant
Poisson rouge, écrevisse, aquarium d’eau de mer ou d’eau
douce avec divers animaux invertébrés.
Sécurité et réglementation
Les observations et les manipulations sur le poisson
vivant doivent être effectuées dans des conditions respectant la réglementation (Droits et respect de l’animal).
Les dissections sont réalisées à partir d’animaux morts et
achetés avec des informations de traçabilité.
■
Liens utiles
– Transparents Magnard (SVT 5e) :
transparents 3 et 4
– Internet : http://basesdoc.crdp-poitiers.cndp.fr/bcdimmf/bcdimmf.dll
De nombreux articles de périodiques
présents dans la plupart des CDI de
collège, qui peuvent être obtenus en
effectuant une recherche par motsclés.
– Site Magnard :
www.magnard.fr/college/SVT
Page d’ouverture du chapitre
➥ Page 25
Photographie : fait exceptionnel chez les araignées, l’argyronète mène une vie entièrement aquatique.
Cependant, ses poumons ne lui permettent pas de respirer l'oxygène dissous dans l'eau des étangs
qu'elle habite. Elle tisse une cloche de soie qui retient l'air qu'elle rapporte de la surface, accroché aux
29
soies de son abdomen.
Ce document présente à l’élève un animal dont d’autres espèces lui sont familières mais en milieu terrestre : la particularité de l’argyronète bien visible sur la photographie est de vivre en milieu aquatique
à l’intérieur d’un dispositif sur lequel il conviendra de s’interroger. La mise en relation avec les objectifs du chapitre, clairement exprimés en bas de page, peut ainsi facilement être effectuée :
Montrer comment un animal respire dans son milieu de vie, c’est…
– déterminer où se font les échanges respiratoires ;
– comprendre comment se réalisent ces échanges.
La formulation de ces objectifs ne dévoile en rien les résultats de l’étude (nature des organes respiratoires, milieu de vie et milieu des échanges respiratoires différents) mais oriente clairement le travail
à effectuer.
➥ Pages 26-27
Document a : Photographies de loutre en milieu aquatique et en milieu aérien. L’animal passe ainsi
d’un milieu à un autre : la légende apporte une information en précisant que la remontée à la surface
est indispensable, ce qui permet d’orienter les élèves vers une respiration de la loutre en milieu aérien
bien que la loutre puisse rester très longtemps sous l’eau.
Document b : Photographie de larves de moustiques en position de vie. La notion de larve pourra être
rapidement abordée avec les élèves de façon à relier le document proposé au moustique qui leur est
familier. Ici encore, la discussion pourra être menée autour du milieu de vie de ces larves et le milieu
avec lequel s’effectuent les échanges gazeux de la respiration. Le croquis accompagnant les clichés
permet aux élèves de préciser leurs observations afin de préciser à la fin de l’étude le rôle du tube respiratoire.
Document c : Photographie de têtard de triton. Le rapport entre têtard et triton sera précisé en prenant appui sur les connaissances de l’élève concernant le têtard de grenouille. Là encore, la légende
explicite permet à l’élève de préciser le milieu avec lequel ont lieu les échanges gazeux respiratoires.
Les branchies nettement visibles permettront de faire l’hypothèse qu’il s’agit là des organes où ont lieu
les échanges : ce document pourra être repris à la fin de l’étude pour mettre en relation le milieu de
respiration et la nature des organes respiratoires.
Document d : Photographie d’un requin nageant en pleine eau. En indiquant que l’animal nage tout le
temps, la légende précise ainsi sans ambiguïté que la respiration a lieu en milieu aquatique. La gueule
et les fentes branchiales ouvertes permettront de faire l’hypothèse d’un courant d’eau accompagnant
la nage et une nouvelle fois de préciser à la fin de l’étude la nature des organes respiratoires.
Document e : Photographie d’un agrion, petit insecte fréquentant les lieux humides. Noter, à l’arrière
de chaque segment abdominal, l’emplacement d’un stigmate.
Au terme de ces discussions, l’élève a recensé pour chaque animal son milieu de vie et indiqué, en
argumentant à partir des documents présentés, si les échanges respiratoires se font avec l’air ou
avec l’eau : il a ainsi montré que milieu de vie et milieu avec lequel s’effectuent les échanges respiratoires peuvent être semblables ou différents. La problématique autour de laquelle est organisé
le chapitre peut alors être clairement établie. L’ensemble des documents pourra être repris à la fin
de l’étude pour offrir d’autres exemples afin d’identifier les organes respiratoires, permettant
ainsi de généraliser la relation entre milieu de respiration et organes respiratoires.
Activité 1 - Vivre et respirer dans l’eau
➥ Pages 28-29
On se propose ici de mettre en évidence une circulation d’eau et de la relier à la respiration du poisson (chapitre1). L’activité est présentée comme une étude de documents car, dans le respect des dispositions sécuritaires, la manipulation proposée ne semble pas réalisable par les élèves mais seulement par le professeur.
La démarche est cependant clairement explicative : une observation, permettant de formuler une
30
hypothèse et orientant vers la mise en œuvre d’une manipulation dont le principe et le résultat sont
présentés.
Document 1 : Des observations.
Les photographies d’un poisson rouge obtenues à 2 secondes d’intervalle, vu du dessus, permettent de
constater des mouvements de la bouche et des opercules dont le synchronisme est précisé sur chaque
cliché. Les termes nécessaires à la formulation du constat (ouïe, opercule) sont définis dans le vocabulaire placé en marge. Le constat débouche sur la formulation d’une hypothèse.
Document 2 : Le trajet de l’eau.
Les photographies illustrent les résultats de la manipulation qui peut être effectuée par le professeur et
dont le principe est indiqué dans la légende. Elles permettent de valider l’hypothèse faite à la suite de
l’observation présentée par le document 1. Dans le respect des mesures sécuritaires, il est important de
rappeler aux élèves que le colorant utilisé, le bleu de méthylène, ne présente aucune toxicité (il a longtemps été utilisé chez l’homme pour soigner les infections de la gorge).
Document 3 : Des organes sur le trajet de l’eau.
Il permet de relier la circulation d’eau mise en évidence avec la respiration du poisson. Les échanges respiratoires effectués avec l’eau amènent les élèves à rechercher le lieu des échanges sur le trajet de l’eau.
La photographie du poisson présenté bouche ouverte et le schéma d’interprétation permettent de supposer que les échanges respiratoires ont lieu au niveau des branchies, nettement visibles grâce à leur couleur rouge, idée que vient renforcer la comparaison de la composition de l’eau à l’entrée dans la bouche
et à la sortie des ouïes.
1. Décalquer la tête du poisson (doc. 1, photo du milieu) permet à l’élève de réaliser rapidement un
schéma et de le légender de façon à l’orienter (œil, bouche) et à bien distinguer ouïe (orifice) et
opercule (volet latéral).
2. L’expérience réalisée montre que l’eau colorée rentre par la bouche et ressort par les ouïes sous les
opercules, ce qui valide l’hypothèse formulée.
3. Le schéma établi précédemment est repris et devient un schéma fonctionnel puisque l’entrée de
l’eau par la bouche et sa sortie au niveau des ouïes est indiquée par des flèches (première initiation
au schéma fonctionnel).
4. Le document 3 permet alors de supposer que les échanges respiratoires se font au niveau des branchies, présentes sur le trajet de l’eau.
Activité 2 - Les branchies, organes de la respiration aquatique
➥ Pages 30-31
On propose ici de réaliser une dissection permettant de mettre en évidence un organe respiratoire :
cette activité constitue donc une Réalisation pratique qui prend place à la suite de la mise en évidence d’un courant d’eau chez le poisson. Les branchies, situées sur le trajet de l’eau, ont été observées en place lors de l’activité précédente : il s’agit maintenant de préciser l’organisation de ces
organes en les prélevant et en les observant à la loupe binoculaire.
Document 1 : Protocole de dissection.
Le protocole de dissection est présenté de manière simple étape par étape afin de permettre le travail de
l’élève en autonomie.
Document 2 : Matériel utilisé.
Chaque élément nécessaire à la dissection est illustré par un dessin, ce qui permet à l’élève d’appliquer
le protocole précédent : les termes « verre de montre », « pince à dissection »… sont clairement explicités. Le type de poisson utilisé dépendra des disponibilités du commerce mais aussi du budget disponible
31
pour réaliser cette séance de travaux pratiques. La sardine est un matériel peut coûteux mais il semble
préférable d’utiliser un poisson de plus grande taille (merlan, truite ou truitelle). L’observation des branchies en place sur le poisson entier ayant été effectuée auparavant, on peut aussi utiliser des têtes de
poisson, déchets que l’on peut parfois obtenir gratuitement.
Document 3 : Un exemple de résultats.
Une photographie de tête de poisson en vue latérale permet d’observer l’organisation macroscopique
d’une branchie (arc osseux et lames rouges). Cette observation est ensuite complétée après prélèvement
par une observation à la loupe binoculaire. Il ne semble pas utile d’utiliser le microscope pour cette étude
au niveau de la classe de 5e : l’étude détaillée de la branchie (filaments et lamelles branchiales) est en
effet exclue. Un schéma d’interprétation légendé accompagne la photographie : il peut aussi faire l’objet
d’une réalisation des élèves.
1. Le trajet de l’eau est représenté par une flèche qui illustre le passage à la surface et entre les lames
branchiales (voir schéma plus bas).
2. Le grand nombre de lamelles mais aussi leur finesse facilitent les échanges respiratoires entre l’eau
et le poisson. Les connaissances antérieures des élèves peuvent aussi les amener à citer la présence du sang associée à la couleur rouge : les échanges entre l’eau et le sang ne sont cependant pas
au programme.
3. Le trajet du dioxygène de l’eau vers les branchies est
représenté par une couleur rouge tandis que le trajet
du dioxyde de carbone des branchies vers l’eau est
représenté par une flèche bleue. L’utilisation des ces
couleurs ne dispense cependant pas d’une légende
portée sur chacune des flèches ou placées en marge
du schéma.
4. L’organe respiratoire est la partie du corps où ont lieu
EAU
des échanges gazeux entre le milieu extérieur (ici
l’eau) et l’animal (le poisson). Chez le poisson, cet
organe est la branchie.
Dioxygène
Dioxygène
de carbone
Activité 3 - Vivre et respirer dans l’air
➥ Pages 32-33
Il s’agit ici d’étudier plusieurs animaux qui vivent et respirent dans l’air de manière à mettre en évidence des organes respiratoires différents. Une exploitation de documents variés permet aux élèves
de réinvestir les connaissances acquises dans les activités précédentes.
Document 1 : L’exemple de la souris.
L’étude d’un mammifère est indispensable, l’homme faisant l’objet d’une étude dans une autre partie du
programme. Seule l’observation de la souris vivante dans un élevage, au laboratoire, peut être effectuée.
Étant données les contraintes qui accompagnent un élevage au collège (odeurs, soins en période de
vacances) et les risques d’allergies non négligeables, deux documents sont présentés : une photographie
(a) dont la légende mentionne l’existence d’une circulation d’air, et une radiographie (b) qui permet de
localiser les poumons comme points d’arrivée et de sortie de l’air.Transposant les connaissances acquises
dans l’activité 2, les élèves peuvent ainsi identifier les poumons comme étant les organes respiratoires
probables de la souris.
32
Document 2 : L’exemple de l’escargot.
Une photographie d’un escargot vu de dessous permet d’observer la présence d’un orifice, le pneumostome, qui s’ouvre et se ferme. La photographie d’une dissection d’un escargot mort, coquille ôtée, et la
légende qui l’accompagne permettent à l’élève d’établir une nouvelle fois l’existence d’une circulation
d’air, l’air entrant et sortant du poumon par le pneumostome.
Document 3 : L’exemple du criquet.
Trois photographies permettent une étude à différentes échelles. L’observation macroscopique de l’abdomen du criquet (a) permet d’observer des orifices, les stigmates, de chaque côté de chaque segment.
La dissection observée à la loupe binoculaire (b) met en évidence le lien entre les stigmates et des tubes
très fins, les trachées. Enfin, les trachées observées au microscope (c) apparaissent comme des tubes
ramifiés, aveugles, que l’on peut trouver en tout point du corps du criquet. L’observation des trachées de
l’asticot par écrasement entre lame et lamelle, simple à réaliser, est possible sur des animaux endormis
(et tués) avant la séquence de cours.
1. L’entrée de l’air a lieu par les narines ou par la bouche chez la souris, par le pneumostome chez l’escargot et au niveau des stigmates chez le criquet.
2. Le schéma demandé représente un tube en communication avec l’extérieur et relié à un ou deux
sacs, les poumons. Une flèche indique le trajet de l’air des narines aux poumons chez la souris ou
du pneumostome au poumon chez l’escargot.
3. Les poumons sont les organes respiratoires de la souris et de l’escargot.
4. Le trajet de l’air s’effectue entre l’extérieur et le corps de l’animal chez la souris, l’escargot et le criquet. Cependant, l’air arrive dans un organe précis, les poumons, chez la souris et chez l’escargot,
tandis qu’il est acheminé directement vers tous les organes du criquet grâce aux trachées, qui
constituent donc les organes respiratoires du criquet.
Activité 4 - Vivre dans l’eau et respirer dans l’air
➥ Pages 34-35
Cette activité, qui constitue une exploitation de documents, permet d’illustrer l’occupation des différents milieux par les animaux et de relier l’organe et le comportement respiratoire d’un animal à son
milieu respiratoire et à son milieu de vie. L’observation d’animaux et de comportements respiratoires
variés permet aux élèves de prendre conscience de la diversité des appareils et des comportements
respiratoires et de les mettre en relation avec l’occupation des milieux. Cette activité présente de plus
un objectif méthodologique puisqu’elle permet de construire un tableau à double entrée. Les deux
entrées sont précisées, la construction d’un tel tableau étant proposée pour la première fois aux
élèves.
Documents a : Écrevisse et épinoche.
Deux photographies présentent l’écrevisse et l’épinoche, animaux qui comme les autres animaux illustrés dans cette double page vivent dans l’eau de la rivière. La légende permet à l’élève d’identifier le
milieu de vie et de respiration de chaque animal. Les connaissances acquises lors des activités antérieures
et la phrase d’accompagnement du document permettent d’identifier l’organe respiratoire présent.
Documents b : Tétard de triton, martin pêcheur, argyronète, limnée, nèpe
Plusieurs photographies illustrent des animaux de la rivière appartenant à des groupes différents et dont
le milieu de vie et le milieu de respiration diffèrent. Là encore, les phrases accompagnant le document
(légende) ou les connaissances antérieures permettent d’identifier le milieu de vie, le milieu de respiration et l’organe respiratoire.
Prolongements possibles :
Les documents de la double page « Observer pour s’interroger » peuvent être repris à l’occasion de
cette activité, augmentant ainsi la diversité des animaux et des comportements étudiés.
33
1.
Écrevisse
Milieu
de vie
Eau
Origine du
dioxygène prélevé
Eau
Lieu des échanges
respiratoires
Branchies
Épinoche
Eau
Eau
Branchies
Tétard de triton
Eau
Eau
Branchies
Argyronète
Eau
Air
Trachées ou poumon
Limnée
Eau
Air
Poumon
Martin-pêcheur
Air
Air
Poumon
Nèpe
Eau
Air
Trachées
Animal
2. Les animaux aquatiques qui respirent dans l’air remontent régulièrement à la surface (limnée), possèdent une réserve d’air (argyronète) ou un tube en relation avec la surface (nèpe).
3. Les organes respiratoires ne peuvent pas êtres reliés au milieu de vie : ainsi, la limnée qui vit dans
l’eau présente un poumon tandis que la larve de triton présente des branchies, et l’argyronète des
trachées. Les organes respiratoires peuvent cependant être reliés au milieu de respiration : il s’agit
de branchies si la respiration est aquatique et de poumons ou de trachées si la respiration est
aérienne.
Schéma bilan
➥ Page 37
Le schéma bilan est construit sur le même modèle que précédemment : il comporte une représentation figurative à gauche et une représentation plus schématique, facilement reproductible par l’élève,
à droite.
Il établit la diversité des organes respiratoires (branchies, poumons et trachées), lieux des échanges
gazeux respiratoires (dioxygène et dioxyde de carbone) entre le milieu extérieur (air ou eau) et l’animal.
Sciences Mag
➥ Pages 38-39
Ces pages destinées à éveiller la curiosité des élèves et susciter leur envie d’en savoir plus ne comportent pas de pistes d’exploitation. Elles doivent en effet être utilisées par l’élève de manière autonome :
le professeur peut éventuellement attirer l’attention de l’élève sur les thèmes abordés, mais en aucun
cas ces pages n’ont été conçues en vue d’une évaluation du travail de l’élève par le professeur.
Pour ce chapitre deux thèmes sont proposés :
– un thème concernant la biodiversité qui s’intègre dans l’éducation à l’environnement pour un développement durable (EEDD) : il présente l’adaptation de quelques êtres vivants à la vie dans la mangrove ;
– un thème transversal (« Maths et SVT ») qui permet à l’élève de prendre conscience de la complémentarité des savoirs qui lui sont dispensés : le calcul de la surface des branchies du poisson permet
d’illustrer la notion de surface d’échanges.
■
Les exercices de la rubrique « Pour apprendre sa leçon » sont corrigés en fin du manuel de l’élève.
1
34
2
3
1. Les mots et expressions du texte qui suggèrent des échanges respiratoires chez la grenouille
sont : l’air entre, il pénètre, les bosses se soulèvent puis s’abaissent.
2. Les organes respiratoires de la grenouille sont deux gros sacs, c'est-à-dire des poumons.
1.
Animaux
Respiration aérienne
Respiration aquatique
Gardon
Non
Oui
Cheval
Oui
Non
Criquet
Oui
Non
Moule
Non
Oui
Poule
Oui
Non
Mouche
Oui
Non
Requin
Non
Oui
Crevette
Non
Oui
2. Ce tri ne correspond pas à une classification des animaux cités car il est effectué à partir du
fonctionnement des animaux et non à partir de leur description.
4
1. On peut mettre en évidence l’existence d’un courant d’eau chez la moule en utilisant du
bleu de méthylène. On place quelques gouttes de bleu de méthylène avec une pipette près
de la coquille.
2. L’eau de la coquille est renouvelée en permanence grâce au battement des cils qui bordent
les branchies et grâce à l’ouverture permanente de la coquille.
3. Les organes respiratoires de la moule sont des branchies.
5
1. Les mouvements décrits chez la grenouille lorsqu’elle est hors de l’eau permettent de
créer une circulation d’air.
2. Les organes respiratoires qui permettent à la grenouille de respirer hors de l’eau sont soit
des poumons, soit la peau.
3. À la belle saison, la grenouille remonte fréquemment à la surface : sa respiration est
aérienne. En hiver, elle reste au fond de l’eau : sa respiration est aquatique.
4. Pour vérifier que, en hiver, l’organe respiratoire de la grenouille est la peau, on pourrait
recouvrir la peau de la grenouille d’un produit imperméable à l’air.
6
1. Le tube respiratoire, en siphon, est l’organe situé à l’extrémité de l’abdomen et qui semble
relier l’organisme à son milieu de respiration.
2. L’orifice du tube respiratoire permet de maintenir le tube respiratoire en permanence au
contact avec l’air atmosphérique : c’est un stigmate.
3. L’air atmosphérique pénètre dans le tube respiratoire de la larve de moustique. Il circule
ensuite dans des trachées à l’intérieur du corps de l’animal : le dioxygène passe directement de l’air contenu dans les trachées aux cellules de la larve de moustique.
4. Le pétrole qui flotte à la surface de l’eau entraîne la destruction de la substance huileuse
qui recouvre les soies : l’eau pénètre dans le tube respiratoire ce qui ne permet plus le
ravitaillement en dioxygène et entraîne la mort de la larve de moustique par asphyxie.
5. La démoustication, c'est-à-dire la destruction des moustiques, peut être effectuée en utilisant un produit chimique qui détruit la substance huileuse. Cependant, cette méthode ne
doit pas utiliser de produit polluant comme le pétrole : il faut rechercher une substance
facilement dégradée dans l’environnement.
35
3
Conditions de respiration
et occupation des milieux
■
Durée conseillée : 3 heures, soit environ 2 semaines.
Ce chapitre est l’occasion de mettre en relation la répartition des êtres vivants avec les conditions de
la respiration, puis d’étudier l’influence de l’Homme sur la respiration, et donc sur l’occupation des
milieux de vie.
Notions – contenus
Compétences
Les caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et
influent ainsi sur la répartition des êtres
vivants.
[Thèmes : Statistiques et environnement]
[Mathématiques : moyennes des relevés,
tableaux, graphiques]
[Physique-Chimie : dioxygène dissous et
température de l’eau]
[Français : compte rendu écrit, oral]
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.
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 I/Ra - recherche d’une explication à la répartition d’animaux
teneur en dioxygène.
vivant dans un cours d’eau.
Mettre en évidence le rejet de dioxygène
Re - mise en évidence par ExAO du rejet de dioxygène par les
par les végétaux chlorophylliens à la lumiè- végétaux chlorophylliens durant 24 heures.
re.
Re/Ra - mise en évidence et comparaison du rejet de dioxygène
Relier l’oxygénation d’un milieu à la prépar les végétaux chlorophylliens à la lumière et à l’obscurité.
sence de végétaux chlorophylliens.
I - recherche documentaire sur la responsabilité de l’Homme
Relier action de l’Homme sur l’environnement et effet sur la répartition des êtres
vivants.
dans la modification des conditions de respiration. [B2i]
Présenter par écrit et/ou oralement les
résultats d’une recherche.
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.
C - présentation écrite et/ou orale, assistée ou non par ordinateur, de résultats de travaux de groupes. [B2i]
Thème général
Ce chapitre traite du troisième item du programme :
« Les caractéristiques du milieu de vie déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la
répartition des êtres vivants. »
La répartition des animaux dans un milieu de vie, comme un cours d’eau, dépend des conditions de
respiration présentes. Ces conditions de respiration, liées à la teneur en dioxygène de ce milieu, dépendent de certaines caractéristiques physiques comme la température et l’agitation de l’eau. La présence de végétaux chlorophylliens qui produisent du dioxygène à la lumière influe aussi sur la répartition
des êtres vivants. Les êtres vivants présents dans un milieu vivent ainsi en équilibre avec ce milieu, les
uns produisant du dioxygène dans certaines conditions, les autres en consommant. Il s’agit ensuite de
C h a p i t r e 3 • Cond itions de r espi ration e t o ccupation des m i l ieu x
37
montrer, à partir de faits d’actualités (articles de presse), que l’Homme peut aussi faire varier la répartition et la nature des êtres vivants présents dans un milieu en modifiant les conditions de respiration,
perturbant ainsi l’équilibre d’un milieu par une pollution. Deux ou trois exemples simples suffisent. Les
étapes successives qui mènent à l’appauvrissement en dioxygène d’un milieu à la suite de l’enrichissement en matière organique peuvent être présentées, mais le terme même « d’eutrophisation » est
exclu du programme ainsi que l’étude de la demande biologique en oxygène ou DBO.
Les besoins des végétaux, c'est-à-dire leurs conditions de développement, ont été abordés dans le programme du cycle 3 de l’école primaire (fiche de connaissances n°6 de l’enseignement primaire). Il a
ainsi été établi que, outre l’eau, les substances minérales et le dioxyde de carbone de l’air, les végétaux
verts ont besoin de lumière pour fabriquer leur propre matière. Dans le cadre de l’éducation à l’environnement, l’environnement proche a été étudié : un milieu a ainsi été caractérisé par les conditions
de vie qui y règnent mais aussi par les végétaux et les animaux qui l’habitent. Il a aussi été établi que
chaque être vivant trouve dans son environnement les conditions nécessaires à sa vie et qu’il dépend
souvent d’autres êtres vivants. L’accent a été porté sur les relations alimentaires (cycles 2 et 3, fiche
de connaissance n°10 de l’enseignement primaire). Il conviendra donc en 5e de repartir de cette étude
pour montrer que le dioxygène consommé par tous les êtres vivants est indissociable de la présence
des végétaux dans un milieu. La modification des milieux de vie par l’action de l’homme a aussi été
étudiée.
La nouveauté réside essentiellement dans :
– l’étude d’un milieu aquatique alors que le milieu proche qui a été étudié à l’école primaire était le
plus souvent un milieu terrestre ;
– l’étude plus précise d’une condition de milieu, la teneur en dioxygène ;
– la mise en évidence de la production de dioxygène par les végétaux à la lumière, tandis qu’à l’obscurité ils consomment du dioxygène comme tous les êtres vivants.
On insistera sur le fait que la respiration est un phénomène permanent, masqué à la lumière par les
échanges gazeux de la photosynthèse, terme exclu du vocabulaire de la classe de 5e.
Transversalité
La présence de dioxygène dissous dans l’eau et le lien entre la teneur en dioxygène et la température
de l’eau sont abordés dans le cours de physique-chimie (l’eau solvant). Le cours de physique-chimie
est aussi l’occasion de repérer une température à l’aide d’un thermomètre en utilisant le nom et le
symbole usuel de température c'est-à-dire le degré Celsius (°C). Ce chapitre est surtout l’occasion d’un
travail pluridisciplinaire dans le cadre des thèmes de convergence dont la liste a été établie conformément au programme de chacune des disciplines concernées dans lesquelles les contributions sont
également mentionnées. Ils doivent permettre à l’élève de percevoir les convergences entre les disciplines et de se construire une première représentation globale et cohérente du monde dans lequel il
vit. Dans le cadre du thème « environnement et développement durable », les sciences de la Vie permettent, à partir de l’observation des milieux, de montrer que les êtres vivants sont associés, et d’analyser les liens entre peuplements et caractéristiques physico-chimiques. L’analyse d’observations de
terrain concernant la répartition des êtres vivants dans un milieu sensibilise aux conséquences de la
modification de facteurs physico-chimiques par l’activité humaine. La physique-chimie aborde les
transformations chimiques issues des activités humaines et montre qu’elles peuvent être la source
d’une pollution de l’environnement. La géographie et l’éducation civique (aspects physiques des
milieux de vie des sociétés humaines, rôle des sociétés dans l’organisation des territoires, responsabilité des individus et des sociétés vis-à-vis du cadre de vie) mais aussi la technologie (transports, choix
des matériaux), l’éducation physique et sportive (prise en compte des caractéristiques du milieu dans
la pratique d’une activité sportive en pleine nature) développent aussi non seulement les connaissances utiles à la compréhension de notre environnement, mais aussi les attitudes et les comportements qui favorisent le respect et la préservation. La convergence des apports disciplinaires a pour but
de placer l’élève résolument dans une perspective de développement durable, soucieuse, à l’échelle
locale et à l’échelle de la planète, du legs environnemental aux générations futures.
38
Cond itions de r espi ration e t o ccupation des m i l ieu x • C h a p i t r e 3
Les mathématiques fournissent les outils qui permettent la lecture des données présentées sous la
forme de tableaux ou de représentations graphiques variées, diagrammes divers, histogrammes (Partie
1.3 « Activités graphiques », partie 1.4 « Représentation et traitements de données »). Des activités
de production de graphiques par les élèves sont éventuellement proposées mais ne sont pas obligatoires. Il convient donc de revenir sur cet objectif méthodologique dans le cadre du cours de SVT, en
utilisant la fiche méthodologique « Lire, exploiter et construire un graphique » présente à la fin du
manuel. Le programme place ce chapitre dans le cadre de l’étude du thème de convergence
« Importance du mode de pensée statistique dans le regard scientifique sur le monde ». Il s’agit de
doter les élèves d’un langage et de concepts communs pour traiter l’information apportée par chaque
discipline : les outils de représentation (diagrammes, histogrammes, graphiques divers) et de caractérisation numérique d’une série statistique (nécessité de récolte d’un grand nombre de données, calcul
de moyenne) sont utilisés évidemment en mathématiques mais aussi en histoire-géographie, en éducation physique et sportive et bien sûr en SVT. Dans ce domaine, il est important de montrer aux
élèves que le recueil de données à l’échelle d’une classe ne permet pas de passer au stade de la généralisation et qu’il est nécessaire de confronter ces résultats à d’autres, réalisés en plus grand nombre
pour valider une hypothèse. Seuls les résultats statistiques permettent d’élaborer une hypothèse sur
une relation entre deux faits d’observation et d’en tirer une conclusion.
S’informer
Réaliser
Communiquer
Raisonner
à partir de graphes,
tableaux, textes, photographies
– mettre en œuvre une
expérience
– formuler une relation
de causalité
– établir un tableau comparatif
– mettre en relation les
informations
– formuler une hypothèse
explicative
■
Les objectifs du chapitre étant de montrer que la répartition des êtres vivants est en relation avec la
teneur en dioxygène du milieu, liée à la présence des végétaux et susceptible d’être modifiée par l’homme, le découpage a été effectué de la manière suivante :
– l’activité 1 (Exploitation de documents) est organisée à partir de l’observation de la répartition des
êtres vivants (poissons essentiellement) le long d’un cours d’eau et la description des caractéristiques
physico-chimiques du milieu (agitation, température), ce qui conduit à la formulation d’une hypothèse
concernant le lien entre température et teneur en dioxygène de l’eau ;
– l’activité 2 (Réalisation pratique) permet, à partir d’une observation, de formuler une hypothèse
concernant les échanges gazeux des végétaux, hypothèse éprouvée par l’expérience ;
– l’activité 3 (Exploitation de documents) présente à partir de deux exemples de pollution, l’influence
de l’homme sur la respiration et donc sur la répartition des êtres vivants.
39
Séquences
Mise e route
(0h15)
Activité 1
(1h15)
Objectifs
Compétences
mises en œuvre
• Confirmer qu’il existe
une relation entre la
répartition des poissons le
long d’une rivière et l’aspect des eaux de cette
rivière.
• Préciser la nature de
cette relation entre répar- informations
tition des poissons et
caractères physico-chimiques d’un cours d’eau.
Activité 2
(0h45)
– mettre en œuvre une
• Établir expérimentalement le rôle des végétaux démarche expérimentale
« éclairés » le long d’un
cours d’eau
Activité 3
(0h45)
+ Bilan
• Établir une relation entre – saisir et mettre en relales pollutions aquatiques tion des informations
et les conditions de respi- – lire des graphiques
ration des animaux vivant
en milieu aquatique
■
Supports proposés
Notions construites
– photographie aérienne (cours
d’eau Adour)
– photographies (cours d’eau et
berges)
– silhouettes de poissons
– dessin figuratif de zones de
répartition des poissons le long
d’un cours d’eau
– graphique : quantité de dioxygène en fonction de la température
– tableau (dioxygène, température
de l’eau et poissons)
– guide d’étude (protocole)
– schéma (matériel utilisé )
photographies de résultats (dont
écrans)
– étude expérimentale d’une pollution
– texte d’informations (publication
d’un quotidien) et graphiques
- La quantité de dioxygène présent
dans l’eau, qui dépend de la température de cette dernière, détermine la
répartition des poissons le long d’un
cours d’eau.
- Lorsqu’ils sont exposés à la lumière,
les végétaux aquatiques dégagent du
dioxygène dans l’eau.
- En réduisant la quantité de dioxygène
présent dans un cours d’eau, les pollutions d’origine humaine influencent la
répartition des êtres vivants dans ces
milieux de vie.
Multimédia
– Des milieux et des hommes 1 et 2, collection Dévédoc, CNDP 2002 : deux DVD pour traiter des
grandes fonctions par milieu et croiser les approches. Ils permettent aussi d’aborder le rôle et la place
de l’homme dans les équilibres biologiques et écologiques.
– Pollution et épuration des eaux, CRDP Lyon 2001 : présentation de l’origine des polluants domestiques, leur influence sur les eaux superficielles, les mesures de la pollution et le fonctionnement d’une
station d’épuration ;
– Expérimenter sur les plantes (2), PIERRON 2001, photosynthèse et respiration ;
– Le souci du SAGE, collection côté télé, CNDP 2003 : pour résoudre les problèmes du bassin versant de
la Drôme, le SAGE (Schéma d’aménagement et d’exploitation des eaux) planifie l’utilisation, la mise
en valeur et la production de la rivière après concertation de tous les acteurs impliqués ;
– Sortir sur le terrain (2) : Au bord de l’eau (2), PIERRON 1997 ;
– Milieu, respiration et répartition des êtres vivants, PIERRON 1998 ;
– Respiration et occupation des milieux, JEULIN 1997 : la dernière partie présente le lien entre la répartition des poissons le long d’un cours d’eau et la teneur en dioxygène permettant de définir les différentes zones piscicoles.
Console VTT, capteur de température, capteur de dioxygène, cache opaque, lampe, huile…
Matériel vivant
Élodées
Liens utiles
- Transparents Magnard (SVT 5e) : transparents 6 et 7
- Internet : http://www.educ-envir.org/~euziere/science
- www.magnard.fr/college/SVT
40
■
Pages d’ouverture du chapitre
➥ Page 43
La photographie présente de nombreux poissons appartenant à la même espèce qui nagent en eau
claire et peu profonde : elle permet de s’interroger sur les conditions qui expliquent la présence au
même endroit de ces êtres vivants et de faire l’hypothèse que leurs conditions de vie (présence de
nourriture, respiration) sont satisfaisantes. La mise en relation avec les objectifs du chapitre, clairement exprimés en bas de page, peut ainsi facilement être effectuée.
Étudier l’influence de la respiration sur l’occupation des milieux, c’est…
– relier la respiration aux conditions de vie ;
– expliquer la répartition des êtres vivants.
La formulation des ces objectifs oriente donc clairement le travail à effectuer.
➥ Pages 44-45
En fond de double page, un extrait de photographie aérienne permet de localiser le cours d’eau étudié (l’Adour), dans le sud-ouest de la France. Les photographies placées au premier plan illustrent
les conditions de milieu dans quatre stations réparties entre la source et l’embouchure du cours
d’eau, tandis que quatre silhouettes placées dans le coin inférieur droit présentent l’espèce de poisson rencontrée majoritairement dans chaque station. L’ensemble de ces documents permet donc
de poser clairement le problème de la répartition des animaux le long d’un cours d’eau et de faire
l’hypothèse que cette répartition est en relation avec le milieu de vie. Plusieurs caractéristiques,
illustrées par les photographies, peuvent être proposées par les élèves pour expliciter cette relation :
agitation de l’eau, courant, largeur, profondeur, limpidité, présence de végétaux… Le lien avec les
chapitres précédents permettra de supposer que certains de ces facteurs peuvent influencer les
conditions de respiration et de poser la question : quelle est l’influence des conditions de respiration sur l’occupation des milieux de vie ?
Activité 1 – Conditions du milieu de vie et respiration
➥ Pages 46-47
On se propose ici de montrer, à partir de l’étude d’un écosystème aquatique (la rivière), que les caractéristiques physico-chimiques d’un milieu de vie conditionnent sa teneur en dioxygène et influent sur
la répartition des êtres vivants.
Document 1 : Des conditions de vie précises.
Le document présente verticalement, sous la forme d’un schéma, l’organisation d’un cours d’eau
depuis sa source jusqu’à son embouchure, ce qui rend la lecture simple pour l’élève : il peut du haut
vers le bas suivre le cours d’eau dans le sens du courant. Le cours d’eau a été découpé en quatre zones
pour lesquelles sont données, à gauche, des indications précises concernant la température et l’importance du courant et, à droite, l’espèce de poisson la plus représentée. La répartition des poissons
correspond aux zones de pêche. L’élève est ainsi amené à proposer plusieurs explications pour la répartition des poissons, ce qui constitue le point de départ de la démarche. Un parallèle pourra être établi
avec les données de la double page précédente.
Document 2 : Température de l’eau et quantité de dioxygène.
Un graphique présente l’évolution de la quantité de dioxygène présent dans l’eau en fonction de la
température de cette eau. Le texte placé en en-tête précise la méthode utilisée pour faire cette mesure (cette dernière ne constitue pas une activité envisagée en classe de 5e). De plus, le texte précise
l’évolution de la température le long du cours d’eau, ce qui permet de relier répartition des êtres
41
vivants et quantité de dioxygène. Des indications concernant la lecture de graphique sont placées en
regard du graphique : elles sont complétées par la fiche méthode placée à la fin du manuel : « Lire,
exploiter et construire un graphique ».
Document 3 : Température maximale et besoins en dioxygène.
Un tableau à double entrée présente, pour les quatre espèces caractéristiques des zones étudiées, la
température maximale supportée et la quantité minimale de dioxygène exigée. Le texte placé à droite précise dans quelles conditions (ensoleillement, brassage de l’eau) la température du cours d’eau
varie suivant la saison, de la source à l’embouchure.
1. La répartition des poissons dépend de la température de l’eau et de l’importance du courant.
2. La quantité de dioxygène présent dans l’eau diminue lorsque la température de l’eau augmente.
3. En été, près de l’embouchure, le fort ensoleillement et le courant faible provoquent une forte élévation de la température de l’eau : la quantité de dioxygène présent dans l’eau diminue. Les poissons
ne peuvent plus respirer et meurent par asphyxie.
4. Erratum : Une erreur s’est glissée dans la première édition du manuel élève. Dans le doc. 3, la température maximale supportée par la truite est de 18°C, et non pas de 24,5°C. Les truites vivent près de la
source du cours d’eau tandis que les brèmes vivent près de l’embouchure. En effet, les truites supportent une température maximale de 24,5 °C et exigent une quantité de dioxygène comprise entre 5 et
11 mg/L, tandis que les brèmes peuvent supporter 29 °C et ne nécessitent que 4 mg/L de dioxygène.
Les truites vivent donc près de la source du cours d’eau où l’eau est plus fraîche et la teneur en dioxygène plus élevée tandis que les brèmes vivent près de l’embouchure où la température de l’eau est
plus élevée et la teneur en dioxygène plus faible.
Dans le respect des réglementations, on évitera des expérimentations sur l’animal (poisson rouge),
visant à tester leur réponse aux variations de dioxygène et de température de l’eau.
Activité 2 - L’influence des végétaux sur la respiration
➥ Pages 48-49
On propose ici de mettre en évidence le rejet de dioxygène par les végétaux à la lumière et de
relier l’oxygénation d’un milieu à la présence des végétaux. Cette étude est complétée par la comparaison des échanges gazeux effectués par les végétaux chlorophylliens à la lumière et dans
l’obscurité, ce qui permet de renforcer chez les élèves la notion de permanence des échanges
gazeux respiratoires et de mettre en évidence l’existence d’autres échanges gazeux effectués à la
lumière (le terme photosynthèse est exclu). Ces échanges viennent masquer les échanges gazeux
respiratoires.
Document 1 : Une expérience.
Le constat de départ de la démarche est effectué à partir d’une situation motivante pour l’élève :
l’installation d’un aquarium (ce qui peut éventuellement être le cas dans la classe). Le texte comporte un rappel concernant l’universalité de la respiration chez tous les êtres vivants, animaux et
végétaux. L’hypothèse est formulée, ce qui permet de demander aux élèves de concevoir le protocole expérimental destiné à éprouver cette hypothèse. Le principe de l’expérience est exposé et
illustré par un schéma présentant le matériel nécessaire. L’élodée peut être remplacée par tout
autre végétal aquatique.
Document 2 : Des exemples de résultats.
Trois expériences sont effectuées, chacune étant illustrée par une photographie. Les paramètres
de chaque expérience sont présentés dans le coin supérieur gauche. Les cases cochées correspondent à un élément absent du protocole : cette représentation permet de manière très lisible de
comparer les expériences deux à deux en veillant à ce qu’elles ne diffèrent que par un seul paramètre (expériences a et b / expériences a et c). La notion de témoin peut être discutée avec les
42
élèves. Les résultats affichés sur l’écran de la console sont présentés clairement à droite de chaque
expérience.
1. À part leur rôle décoratif, les végétaux permettent l’oxygénation de l’eau de l’aquarium, ce qui
permet la respiration des poissons.
2. L’expérience a est réalisée en plaçant des élodées dans l’eau tandis qu’il n’y en pas dans l’expérience b. Les deux expériences sont réalisées sans cache opaque c'est-à-dire à la lumière. À la
lumière, en présence d’élodées, la quantité de dioxygène présent dans l’eau est plus élevée qu’en
absence d’élodées (14,0 mg/L contre 9,0 mg/L).
Dans les expériences a et c, des élodées ont été placées dans un récipient rempli d’eau mais l’expérience a est réalisée à la lumière, sans cache opaque, tandis que l’expérience c est réalisée dans
l’obscurité (présence d’un cache opaque). La quantité de dioxygène présent dans l’eau est plus élevée lorsque les élodées sont placées à la lumière que dans l’obscurité (14,0 mg/L contre 8,2 mg/L).
3. À la lumière, les élodées fabriquent du dioxygène tandis que dans l’obscurité, elles consomment
du dioxygène.
4. Le jour, à la lumière, les végétaux sont indispensables à la vie des poissons de l’aquarium parce
qu’ils produisent du dioxygène que les poissons consomment lors de la respiration. La nuit, végétaux et animaux consomment le dioxygène présent dans l’eau, lors de la respiration.
Activité 3 - L’influence de l’homme sur la respiration
➥ Pages 50-51
Il s’agit ici de mettre en évidence à partir de deux exemples de pollution accidentelle, l’action de l’homme sur l’environnement et la répartition des êtres vivants.
Document 1 : Une pollution par l’huile de vidange.
Ce premier exemple de pollution domestique est présenté sous la forme d’une photographie accompagnée d’un texte qui décrit brièvement les conditions et les conséquences de la pollution (document
a). Les schémas (document b) proposent une expérience pour expliquer les conséquences de cette pollution sur les êtres vivants : le principe de l’expérience ainsi que des exemples de résultats sont présentés.
Document 2 : Une pollution industrielle.
Un extrait de presse (document a) présente le lieu mais aussi les conditions et les conséquences de la
pollution ainsi qu’un élément d’explication. Le document b comporte trois graphiques placés les uns
sous les autres qui illustrent l’évolution de trois paramètres (quantité de dioxygène, quantité de
matière organique et quantité de micro-organismes le long du cours d’eau. Un texte, en regard des graphiques, apporte des informations supplémentaires sur les besoins alimentaires des micro-organismes
et rappelle que, comme tous les êtres vivants, les micro-organismes respirent. La lecture successive de
chacun des graphiques permet, à l’aide des informations fournies, de mettre en relation l’augmentation du nombre de micro-organismes avec l’augmentation de la quantité de matière organique ainsi
que la diminution de la quantité de dioxygène avec l’augmentation du nombre de micro-organismes.
1. L’expérience du document 1b permet de tester l’hypothèse : « l’huile empêche le dioxygène de l’air
de pénétrer dans l’eau. »
2. Dans le flacon 1 qui contient de l’eau bouillie, la quantité de dioxygène augmente au cours du temps
(de 0,8 à 9 mg/L) tandis que dans le flacon 2, contenant de l’eau bouillie surmontée par une couche
d’huile, la quantité de dioxygène reste constante et égale à 0,8 mg/L.
3. La pellicule d’huile empêche le dioxygène de l’air de pénétrer dans l’eau. La quantité de dioxygène
présente dans l’eau est trop faible pour permettre la respiration des poissons, qui meurent asphyxiés.
43
4. D’après le journaliste, les poissons du Thouet sont morts à cause de « l’arrivée dans l’eau en quantité trop importante de matières organiques contenues dans le jus de pommes et les pommes concassées. »
5. Lorsque la quantité de matière organique dans l’eau augmente, la quantité de micro-organismes
augmente et la quantité de dioxygène diminue.
6. L’augmentation de la quantité de matière organique provoque l’augmentation du nombre de microorganismes car ils se nourrissent de matière organique. Comme tous les êtres vivants, les micro-organismes respirent : lorsque leur nombre augmente, ils consomment davantage de dioxygène présent
dans l’eau. La quantité de dioxygène de l’eau diminue, entraînant la mort des poissons qui ne peuvent
plus respirer (asphyxie).
Schéma bilan
➥ Page 53
Le schéma bilan est construit sur le même modèle que précédemment : il comporte une représentation
figurative à gauche et une représentation plus schématique, facilement reproductible par l’élève, à droite.
Il établit la relation entre les différents paramètres : température de l’eau, quantité de dioxygène, peuplement végétal, action de l’homme et survie des animaux. Deux situations sont envisagées, comme
le montre le schéma figuratif : les conditions de vie en amont et en aval d’une usine, source possible
de pollution.
Sciences Mag
➥ Pages 54-55
Ces pages destinées à éveiller la curiosité des élèves et susciter leur envie d’en savoir plus ne comportent pas de pistes d’exploitation. Elles doivent en effet être utilisées par l’élève de manière autonome,
le professeur attirant éventuellement son attention sur les thèmes abordés, mais en aucun cas ces
pages n’ont été conçues en vue d’une évaluation du travail de l’élève par le professeur.
Pour ce chapitre deux thèmes sont proposés :
– un thème « biodiversité » qui constitue un prolongement direct de l’étude effectuée dans les activités puisqu’il présente des espèces animales utilisées comme indicateurs de pollution. C’est aussi l’occasion de revenir sur la classification amorcée en classe de 6e. Deux espèces peuvent être identifiées
grâce à une clé de détermination simplifiée. Une recherche concernant les autres espèces présentées
peut être effectuée par l’élève. L’utilisation de la classification présentée en début de manuel prolonge
l’étude (différence entre détermination et classification).
– un thème « coin des métiers » qui présente aux élèves trois métiers de l’eau pour lesquels les fonctions et les compétences sont différentes. Le niveau d’études requis est gradué (bac, BTS, école d’ingénieur) de façon à motiver les élèves et à les encourager dans la construction de leur projet personnel.
Le site Internet placé en bas de la page permet de retrouver d’autres métiers de l’eau, filière créatrice
d’emplois dans le cadre de la protection de l’environnement.
■
Les exercices de la rubrique « Pour apprendre sa leçon » sont corrigés en fin de manuel de l’élève
1
2
44
Correction dans le manuel de l’élève, p.192.
1. Titre du graphique «Évolution de la quantité de dioxygène dans l’eau le long d’un cours
d’eau ».
2. La quantité de dioxygène du torrent situé en amont du barrage est de 7,5 mg par litre
d’eau.
3. Au niveau du lac de retenue, la quantité de dioxygène diminue (de 7,5 à 4 mg par litre
d’eau) puis elle augmente après le barrage (de 4 à 8 mg par litre d’eau).
4. Les variations observées sont dues à la variation de l’agitation de l’eau, c’est-à-dire du
courant : il est fort au niveau du torrent en amont du barrage ce qui explique l’oxygénation élevée, tandis qu’il est nul au niveau du lac de barrage ce qui explique la faible oxygénation de l’eau. Après le barrage, le courant augmente, ce qui explique l’augmentation
de l’oxygénation de l’eau (plus grand débit et turbulences améliorant les contacts avec
l’air).
5. L’homme influence l’occupation du milieu de vie aquatique car, en modifiant les conditions physico-chimiques du milieu (exemple : agitation de l’eau), il modifie les conditions
de respiration (oxygénation de l’eau) et influence ainsi la répartition des êtres vivants
dans le milieu.
3
1. Le taux de mortalité est le rapport entre le nombre de décès de l'année et la population
totale moyenne de l'année.
2. Au mois d’octobre, le taux de mortalité est de 100 % dans la partie polluée et de 50 %
dans la partie non polluée du fleuve.
3. Ces animaux sont dits « sensibles à la pollution » car leur taux de mortalité augmente
fortement lors d’une pollution, ce qui signifie qu’ils meurent en très grand nombre.
4. Cette pollution est appelée thermique parce qu’elle résulte d’un rejet d’eaux chaudes
dans le fleuve, ce qui augmente la température de l’eau du fleuve, la baisse de l’oxygénation de l’eau, et la difficulté respiratoire des animaux.
5. L’action de l’homme modifie la température de l’eau : lorsque cette température augmente, la quantité de dioxygène présent dans l’eau diminue, ce qui modifie les conditions
de respiration et entraîne la disparition des espèces les plus exigeantes en dioxygène.
4
1. Les végétaux qui prolifèrent à la suite du rejet de nitrates et de phosphates sont les
algues.
2. La prolifération de ces végétaux a deux conséquences négatives : elles couvrent la mer
d’une couche verte à l’odeur désagréable et elles permettent la prolifération de bactéries.
3. La prolifération de ces algues se traduit par une augmentation de la quantité de bactéries
qui se nourrissent de matière organique produite par les algues mortes. Ces bactéries respirent, ce qui provoque la diminution de la quantité de dioxygène présente dans l’eau et
la mort de nombreux animaux marins par asphyxie.
45

Livre du professeur SVT 5e : partie 1

Transcription

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