Respiration et PARTIE. des milieux de

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1 Respiration et PARTIE des milieux de

2 occupation vie Respirer : des échanges avec le milieu de vie P. 11 à 24 Respirer dans différents milieux de vie P. 25 à 42 Respiration et occupation des milieux de vie P. 43 à 57 9

3 PARTIE POUR PRENDRE UN BON DÉPART À la surface de la Lune, il n y a pas d air. Pour y survivre, l homme doit disposer d une réserve d air sous son scaphandre. À quoi sert cette réserve d air? Dans l eau Diazote Dioxygène Dioxyde de carbone L eau contient du diazote, du dioxygène et du dioxyde de carbone. La photographie permet-elle de déceler la présence de ces éléments? Dans l air Diazote Dioxygène Dioxyde de carbone Pour 1 litre d eau 122,5 ml 7 ml 0,3 ml Pour 1 litre d air sec* 790,2 ml 208 ml 0,3 ml * L eau est en quantité très variable dans l air : entre 0,5 et 6 L pour 100 L d air. Elle est présente sous forme de vapeur (gaz). L air que l on respire enveloppe la Terre jusqu à une altitude de plusieurs dizaines de kilomètres : c est l atmosphère. L air est une matière qui contient diverses substances chimiques : du diazote, du dioxygène, du dioxyde de carbone et, en quantité variable, de l eau. Quelles relations existe-t-il entre ces substances et les êtres vivants qui peuplent la Terre? 10

4 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 1 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

5 O bserver pour s interroger Ces photographies présentent quelques êtres vivants dans leurs milieux de vie. Elles permettent de repérer des signes qui indiquent que ces êtres vivants respirent. Narines ouvertes Narines fermées a Dans l air, la grenouille ouvre puis ferme régulièrement ses narines. 12 b Tortues marines échouées sur une plage de l Atlantique. Leurs nageoires prises dans le cordage d un filet de pêche, elles n ont pu remonter à la surface pour renouveler leurs réserves d air et sont mortes noyées!

6 Le criquet possède de petits c orifices situés sur les côtés de son corps. Ces orifices semblent ouverts en permanence au contact de l air. d Vivant en permanence sous l eau, ce poisson ouvre et ferme la bouche et écarte puis referme ses ouïes. e Lorsqu elle est dans l eau de mer, la palourde ouvre sa coquille et laisse sortir deux tubes terminés par deux orifices.? Comment peut-on reconnaître qu un être vivant respire? Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 13

7 A ctivité Exploitation de documents 1. Respirer dans l air Une grenouille, une tortue... semblent respirer dans l air. Pour un criquet, cela est moins évident. Comment vérifier qu un être vivant respire dans l air? MINI-DICO Hypothèse : n.f., solution provisoire à un problème et que l on cherche à valider. Montage témoin : montage servant de référence lors d une expérience. Respiration : n.f., prélèvement de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone dans le milieu de vie. 1. Une expérience Constat Lorsqu une grenouille est au contact de l air, ses narines s ouvrent et se ferment, ce qui suggère des entrées et des sorties d air. Hypothèse On peut émettre l hypothèse suivante : «Lorsqu un être qui vit dans l air respire, la composition de l air qu il prélève est différente de celle de l air qu il rejette.» Principe de l expérience Pour tester cette hypothèse, on cherche à montrer que lorsqu un être vivant respire dans un bocal fermé, l air contenu dans ce bocal subit des modifications. On rappelle que l air contient du dioxygène, du dioxyde de carbone et du diazote. Pour cela, un matériel d expérimentation a été réuni (doc. a et b). Dioxyde de carbone 1. Rappelez avec vos propres mots ce que l on cherche à montrer (C). 2. Comparez, dans le cas de la grenouille, la composition de l air contenu dans le bocal, au début de l expérience puis à la fin (I). 3. Indiquez si ce résultat vérifie ou non l hypothèse de départ (Ra). 4. Précisez à quoi sert l expérience effectuée avec le bocal sans grenouille (Ra). 5. Pour conclure. Rédigez une phrase indiquant comment on peut identifier la respiration d un être vivant comme la grenouille (Ra, C). 14 Pistes de travail Capteur de dioxygène Console a L oxymètre est un appareil qui permet de mesurer la quantité de dioxygène. Composé d un capteur de dioxygène, d un écran affichant les mesures, il peut aussi être relié, comme ici, à une console portable ou à un ordinateur. b Eau de chaux L eau de chaux est un liquide qui se trouble en présence de dioxyde de carbone.

8 2. Le dispositif expérimental Console Bocal fermé avec grenouille Capteur de dioxygène Tube avec eau de chaux Dispositif expérimental. L être vivant, ici une grenouille, est placé dans le bocal fermé. Un oxymètre mesure la quantité de dioxygène dans le bocal en début et en fin d expérience. Un tube à essai contenant de l eau de chaux permet de repérer la présence de dioxyde de carbone. Le montage sans animal est appelé «montage témoin». 3. Des exemples de résultats Être vivant placé dans le bocal Quantité de dioxygène dans l enceinte (en %) au début de l expérience 15 minutes plus tard Aspect de l eau de chaux au début de l expérience 15 minutes plus tard Grenouille 18,4 trouble Souris 18,2 trouble Criquet 20,0 trouble Ver de terre 20,3 trouble Asticot 20,4 trouble Endive 20,1 trouble Chou-fleur 20,2 trouble Champignon 20,4 trouble Aucun être vivant Mesures effectuées pour différents êtres vivants, en début puis en fin d expérience. Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 15

9 A ctivité Réalisation pratique 2. Montrer qu un être vivant respire dans l eau Lorsqu il respire dans l air, un être vivant échange du dioxygène et du dioxyde de carbone avec son milieu de vie. Comment montrer, expérimentalement, qu un être vivant respire dans l eau? 1. Principe de l expérience Hypothèse L hypothèse que l on cherche à valider est la suivante : «Un poisson, qui vit dans l eau, prélève du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone.» MINI-DICO Montage témoin : montage servant de référence dans une expérience. Protocole : n.m., enchaînement des manipulations à effectuer pour tester une hypothèse. Pistes de travail 1. Identifiez chaque élément présent sur la photographie du dispositif expérimental et expliquez son rôle (I). 2. Comparez les quantités de dioxygène et de dioxyde de carbone contenues dans l eau du bocal du poisson, au début et à la fin de l expérience, puis indiquez l évolution de ces quantités au cours de cette expérience (Ra). 3. Rédigez une phrase pour indiquer par quels moyens on peut démontrer qu un être vivant respire dans l eau (C). 4. Pour conclure. Précisez si ce résultat vérifie ou non l hypothèse de départ (Ra). Matériel utilisé Pour tester cette hypothèse, on conçoit un protocole utilisant le matériel suivant, sans oublier de faire un montage témoin : - un bocal avec un couvercle ; - un oxymètre pour mesurer la quantité de dioxygène dans l eau du bocal; - un tube à essai contenant du rouge de crésol pour détecter la présence de dioxyde de carbone et une seringue pour prélever l eau du bocal ; - un être vivant, animal ou végétal, dont le milieu de vie est aquatique. Dispositif expérimental - Il convient de régler le capteur sur «mesure effectuée dans l eau». - On ne peut placer le poisson dans l eau de chaux, qui est toxique.aussi, on utilise pour rechercher la présence de dioxyde de carbone dans l eau du bocal du rouge de crésol, qui jaunit en présence de dioxyde de carbone. 16

10 2. Exemples de résultats Pour obtenir ces résultats, on a suivi le protocole ci-dessous : - un être vivant a été placé dans un bocal rempli d eau et fermé ; - la quantité de dioxygène présente dans l eau a été mesurée au début de l expérience puis 15 minutes plus tard ; - la présence de dioxyde de carbone dans l eau a été recherchée au début, puis à la fin de l expérience ; - un montage témoin a été réalisé. Début 15 minutes après a Quantités de dioxygène dans l eau, au début de l expérience puis 15 minutes plus tard. Recherche du dioxyde de carbone dans l eau, au début de l expérience puis 15 minutes plus tard. b Début 15 minutes après Être vivant placé dans le bocal Quantité de dioxygène dans le bocal (en mg/l) au début de l expérience 15 minutes plus tard Couleur du rouge de crésol au début de l expérience 15 minutes plus tard Poisson 9,0 7,4 rouge jaune Moule d eau douce Écrevisse Plante aquatique (racine) Aucun être vivant c 9,0 9,0 9,0 9,0 8,4 8,1 8,4 9,0 rouge rouge rouge rouge jaune jaune jaune rouge Résultats obtenus avec différents organismes qui vivent dans l eau et pour le montage témoin (aucun être vivant). Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 17

11 Bilan CHAPITRE 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie Activité 1 La respiration d un être vivant dans l air Qu il soit animal, végétal ou champignon, un être vivant échange avec l air qui l entoure des gaz respiratoires : - il prélève du dioxygène ; - il rejette du dioxyde de carbone. Ces échanges sont permanents. Ils indiquent la respiration des êtres vivants dans leur milieu de vie. On dit qu un être vivant qui prélève le dioxygène de l air a une respiration aérienne. identifier les étapes d une démarche expérimentale exploiter des résultats expérimentaux Activité 2 La respiration d un être vivant dans l eau Les êtres qui vivent en milieu aquatique peuvent échanger avec l eau qui les entoure le dioxygène et le dioxyde de carbone qui y sont présents. Leur respiration est permanente et se traduit ici encore par un prélèvement de dioxygène et un rejet de dioxyde de carbone. On dit qu un animal ou un végétal qui prélève le dioxygène présent dans l eau a une respiration aquatique. comprendre un dispositif expérimental appliquer un protocole pour vérifier une hypothèse 18

12 Je retiens L essentiel La respiration est un double échange de gaz avec le milieu de vie : - du dioxygène est prélevé ; - du dioxyde de carbone est rejeté. Les animaux, les végétaux et les champignons respirent. Les êtres vivants à respiration aérienne prélèvent le dioxygène gazeux dans l air, les êtres vivants à respiration aquatique prélèvent le dioxygène présent dans l eau. Les mots importants gaz respiratoire échange gazeux dioxygène dioxyde de carbone respiration respiration aérienne respiration aquatique Le schéma bilan Air Air Être vivant Sol Être vivant Eau Eau Prélèvement de dioxygène Rejet de dioxyde de carbone Échanges respiratoires et milieux de vie Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 19

13 La composition de l air De quoi est composé l air que nous respirons? C est un Français, Antoine-Laurent de Lavoisier, qui, le premier, apporta une réponse à cette question. POINT D HISTOIRE Sur le net des mots clés : Lavoisier, composition de l air, oxygène, air des sites sur A.-L. de Lavoisier : lavoisier.html > un court article mais bien résumé de la vie et des travaux de ce chimiste français du XVIII e Lavoisier > un site très complet sur Lavoisier avec de nombreuses références et documents i-corpus/lavoisier > les œuvres complètes de Lavoisier, numérisées La phrase «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme» aurait rendu célèbre le chimiste français Antoine- Laurent de Lavoisier ( ). Parmi tous ses travaux, une expérience lui permet de faire l analyse de l air et d identifier le dioxygène et le diazote. «J ai renfermé dans une cornue du mercure très pur et de l air commun. J ai allumé un feu dans le fourneau et je l ai entretenu continuellement pendant douze jours. Le second jour, j ai commencé à voir nager à la surface du mercure de petites parcelles rouges qui ont augmenté en nombre et en volume, après quoi elles ont cessé de grossir et sont restées absolument dans le même état. Lorsque l opération a été finie, le volume d air avait diminué du cinquième.» Lavoisier pensa que ces parcelles rouges (rouille de mercure) résultaient d une réaction chimique entre le mercure et un constituant «actif» de l air. Puis il étudia le gaz restant : «L air qui reste dans la cloche après cette expérience est dans l état de mofette, c est-à-dire impropre à la respiration des animaux et incapable d entretenir la combustion d une bougie.» D où la conclusion de Lavoisier : «L air commun que nous respirons est un mélange d air à l état de mofette et d air vital.» Il venait de découvrir le diazote («état de mofette») et le dioxygène («air vital»). 20

14 BIOLOGIE EN PRATIQUE Quand la chimie s invite en SVT! Pour montrer que l eau contient du dioxygène, les chimistes et les biologistes n utilisent pas les mêmes arguments. Voici deux expériences à faire chez toi. Qu en pensent les chimistes? Les chimistes vous diront que l oxygène n est pas un gaz : c est un élément chimique qui s assemble pour former des molécules de dioxygène et que cette molécule peut se retrouver sous l état d un gaz, d un solide ou d un liquide. Dans l eau, il n est pas gazeux mais dissous : les molécules de dioxygène sont dispersées parmi de très nombreuses molécules d eau. Dans l air, elles sont dispersées avec d autres molécules dans le vide : le dioxygène y est gazeux. L expression «gaz dissous» dans l eau est donc impropre, même si elle est couramment utilisée. Comment montrer qu il y a du dioxygène dans l eau? Voici deux expériences faciles à réaliser. La première montre qu il y a bien des «gaz» présents dans l eau, mais ne dit pas lesquels. La seconde révèle la présence de dioxygène. EXPÉRIENCE 1 Existe-t-il des «gaz» dans l eau? Remplis un bocal d eau. Place dans le bouchon un petit tube surmonté par un petit ballon de baudruche vide attaché, par un élastique. Chauffe le bocal doucement (la température ne doit pas dépasser 70/80 C) et observe. EXPÉRIENCE 2 L eau contient-elle du dioxygène? Fais bouillir de l eau dans un bocal avec l aide d un adulte. De très nombreuses bulles apparaissent et remontent à la surface. Au bout de quelques minutes, le dégagement gazeux cesse. Place un couvercle sur le bocal et laisse refroidir. Quand l eau est froide, mets un clou en fer, referme immédiatement le couvercle et laisse faire pendant quelques jours. Observe. Refais la même manipulation mais en utilisant de l eau non bouillie. N oublie pas de mettre un couvercle. Compare les résultats. RAPPEL : c est au contact de l air et du dioxygène qu il contient, que le fer rouille! Bocal avec eau Casserole avec eau chaude (70 à 80 C) Couvercle Eau refroidie Bouchon traversé par un petit tube Ballon dégonflé Clous Bocal rempli d'eau Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 21

15 E xercices Pour apprendre sa leçon voir fiche p. 194 a b c d Réécris les mots : dioxygène, dioxyde de carbone. Donne, oralement puis par écrit, la définition de chacun de ces mots. Explique oralement les mots ou expressions : respiration aérienne, respiration aquatique. Construis une phrase avec chacune de ces suites de mots ou expressions : - phrase 1 : échanges respiratoires, être vivant, milieu de vie, réaliser ; - phrase 2 : dioxygène, milieu de vie, animal, respiration, prélever ; - phrase 3 : dioxyde de carbone, milieu de vie, animal, respiration, rejeter. Pour appliquer ses connaissances (I) : s informer (Ra) : raisonner (Re) : réaliser (C) : communiquer 1. Le mot caché Objectif : Utiliser des définitions 1. Devenir du dioxyde de carbone au cours de la respiration. 2. Est troublée par le dioxyde de carbone. 3. Petit mammifère au museau pointu et aux grandes oreilles garnies de poils. 4. L oxymètre en est un. 5. Contient du dioxygène, du diazote et du dioxyde de carbone. 6. Devenir du dioxygène au cours de la respiration. 7. Entre un être vivant et son milieu de vie. 8. Est testée au cours d une démarche expérimentale. 9. C est un gaz respiratoire. 10. Suite de manipulations qu on réalise pour tester une hypothèse. 11. Sans ce montage, on ne peut pas exploiter des résultats expérimentaux. QUESTION correction p Recopiez la grille ci-dessus et placez les mots correspondant aux définitions proposées. Vous découvrirez alors le mot caché Les vers de terre respirent-ils? Objectif : Réaliser un dispositif expérimental On cherche à démontrer que les vers de terre respirent. Pour cela, on dispose d un oxymètre, de petits flacons, d eau de chaux, d enceintes avec couvercle et de quelques vers de terre. QUESTION (C) Réalisez un schéma du dispositif expérimental permettant de tester l hypothèse : «Les vers de terre échangent du dioxygène et du dioxyde de carbone avec le milieu extérieur.» POUR RÉUSSIR Prévois l expérience témoin. Utilise tout le matériel mis à ta disposition. Indique sur le schéma les légendes et le titre. 22

16 3. La respiration d un triton Objectif : Exploiter des résultats expérimentaux Le triton est un amphibien qui vit en permanence dans l eau. Pour étudier sa respiration, on place un triton dans un petit aquarium dans lequel plonge un oxymètre. Au temps t = 0, on lit la valeur affichée par l oxymètre et on prélève de l eau dans l aquarium pour faire un test à l eau de chaux. On recommence les mêmes opérations 25 minutes plus tard. Résultats Temps t = 0 t = 25 min Valeurs données par l oxymètre (en mg/l) 8,8 7,2 Résultats du test à l eau de chaux trouble QUESTIONS 1. (I) Indiquez l évolution de la quantité de dioxygène présent dans l eau entre 0 et 25 minutes. 2. (Ra) Ce résultat permet-il à lui seul de conclure à une respiration du triton? Expliquez votre réponse. 3. (C) Précisez l intérêt d avoir réalisé un test à l eau de chaux. 4. (Ra, C) Ce résultat ne permet pas de conclure que le trouble constaté est dû à la présence du triton. Critiquez le protocole expérimental présenté et complétez-le pour que l on puisse conclure à une respiration aquatique du triton. POUR RÉUSSIR Apprends la définition précise de la respiration. Indique ce qui a été oublié dans le protocole expérimental. 4. La respiration du poisson Objectifs : Comprendre un dispositif expérimental, exploiter ses résultats On place un poisson dans un bocal A. On mesure, pendant 30 minutes à l aide d un capteur de dioxygène, la quantité de dioxygène présent dans l eau. On réalise en même temps une autre expérience, dans un bocal B sans poisson. Les résultats sont regroupés dans le tableau ci-dessous. Dioxygène présent en A Dioxygène présent en B Temps écoulé (en mg/l) (en mg/l) (en min) 7,8 7,8 0 7,5 7,8 15 7,2 7, ,8 25 6,8 7,8 30 QUESTIONS 1. (I) Précisez l hypothèse qui a conduit à réaliser l expérience. 2. (C) Schématisez les deux bocaux avec leurs contenus. 3. (Ra) Expliquez le rôle de l expérience avec le bocal B. 4. (Ra) Validez ou non l hypothèse d après les résultats. POUR RÉUSSIR Fais une hypothèse sur la nature du gaz prélevé. Dessine avec soin les deux expériences. Lis bien les conditions de l expérience pour répondre à la question 3. Propose une conclusion logique. Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 23

17 E xercices Pour approfondir (I) : s informer (Ra) : raisonner (Re) : réaliser (C) : communiquer 5. Des échanges gazeux chez l asticot Objectif : Comprendre un dispositif expérimental, exploiter ses résultats Pour tester l hypothèse : «Les asticots réalisent des échanges gazeux avec le milieu extérieur», et rechercher la nature des gaz éventuellement échangés, on prépare le dispositif expérimental ci-contre. Trente minutes plus tard, on photographie ce dispositif. Asticots vivants Grille fine QUESTIONS correction p (Ra) En utilisant vos connaissances, indiquez les résultats prévisibles de cette expérience. 2. (I, Ra) Expliquez en quoi le montage A permet d atteindre ces résultats. 3. (I, Ra) Précisez l intérêt du montage B. Eau colorée Eau de chaux Début de l'expérience (temps t) Eau colorée Fin de l'expérience (temps t + 30 min) La montée du liquide dans un tube indique une consommation d'un gaz dans l'éprouvette en communication avec ce tube Les champignons respirent-ils? Objectif : Comprendre une démarche expérimentale Pour savoir si les champignons respirent, une expérience est réalisée (voir schémas). Au bout d une heure, le rouge de crésol est devenu jaune dans le montage expérimental et est resté rouge dans le montage témoin. Expérience (début) Bouchon Champignons Grillage Rouge de crésol Montage témoin QUESTIONS 1. (Ra) Indiquez quelle hypothèse est testée dans cette expérience. 2. (Ra, C) Cette expérience ne suffit pas à montrer que les champignons respirent. a. Indiquez ce que les biologistes doivent aussi montrer. b. Dessinez le montage expérimental qui permettrait de le montrer. 3. (Ra) Sachant que les champignons prélèvent du dioxygène dans l air, concluez en précisant si les champignons respirent.