Chapitre. La respiration des êtres vivants. Les options pédagogiques du chapitre

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1 Chapitre 1 La respiration des êtres vivants Les options pédagogiques du chapitre Il s agit, dans ce premier chapitre, d étudier l unité de la respiration. Si les élèves savent en général que tous les animaux aériens respirent, l idée est déjà moins claire pour les animaux aquatiques. Quant à la respiration des végétaux, elle peut être redécouverte en rappelant la croyance erronée selon laquelle il est dangereux de dormir dans une pièce avec des plantes! Ce chapitre permet donc de formaliser des connaissances présentes de façon plus ou moins intuitive chez les élèves, mais aussi d éliminer des idées fausses, par exemple que la respiration est nécessairement liée à des mouvements. Si ceux-ci en sont une manifestation possible, ce n est pas une règle générale. Après le programme de sixième où les notions étaient traitées à l échelle de l environnement, ce chapitre aborde pour la première fois de façon simple le fonctionnement de l organisme et les structures qui le soustendent. Ainsi, on verra que la respiration dans un milieu est liée (le plus souvent, en tous cas) à la présence d organes respiratoires. Pour finir, on mettra en relation le milieu de vie d un être vivant avec ses organes et son comportement respiratoire. C est là une excellente occasion de faire le lien avec le programme de sixième, dans lequel il a été vu que les êtres vivants peuplaient des milieux différents. 5

2 Les activités du chapitre Activité 1 La respiration, des échanges gazeux Cette activité permet de mettre en évidence les échanges gazeux chez un animal aérien, dans notre expérience la souris. Dans la première partie de l activité, la consommation de dioxygène est mesurée grâce à l ExAO (doc. 1 à 3). Comme l élève découvre cette technique le plus souvent pour la première fois, nous avons pris soin d expliquer son principe. Dans la seconde partie de l activité, une expérience plus classique utilisant l eau de chaux montre un rejet de dioxyde de carbone (doc. 4 et 5). Dans cette activité et plus généralement, dans ce chapitre, la difficulté réside aussi pour l élève dans les autres matières scientifiques. Ainsi, la notion de gaz, la composition de l air, le test à l eau de chaux, n ont pas encore été étudiés en physique. Pour cette raison, notre discours, sur tous ces points, est volontairement didactique. Nous substituons, notamment, le terme de «teneur» à celui de «concentration», notion difficile dont l étude, en physique, a été repoussée en classe de quatrième. De même, la rubrique «Je m informe» est conçue pour aider l élève à s approprier le graphique, outil mathématique encore mal maîtrisé à ce niveau. Les questions sont là uniquement pour permettre d extraire l information utile à la résolution du problème posé dans le questionnaire. 1. La teneur en dioxygène de l air diminue au cours du temps en présence de la souris. 2. Cette teneur reste constante en l absence de la souris. La diminution observée en présence de la souris s explique donc par une consommation de dioxygène par la souris. 3. L eau de chaux est limpide en début d expérience (car l air ne contient qu une très faible proportion de dioxyde de carbone). En revanche, l eau de chaux est troublée en fin d expérience, ce qui traduit la présence de dioxyde de carbone. On en déduit donc que la souris rejette du dioxyde de carbone. 4. La souris prélève du dioxygène dans l air et y rejette du dioxyde de carbone. La respiration se manifeste par des échanges de gaz : du dioxygène est absorbé et du dioxyde de carbone est rejeté. Activité 2 L unité de la respiration Après avoir mis en évidence la nature des échanges gazeux chez la souris, il s agit ici de généraliser le phénomène. Pour cela, on s intéresse à un vertébré aquatique et à un végétal. On reprend la même démarche que pour la souris : on mesure la consommation de dioxygène par ExAO (doc. 1 et 2) et on montre le dégagement de dioxyde de carbone grâce au test à l eau de chaux (doc. 3). Avec cette unité de méthode, il est peut-être plus facile pour l élève de généraliser l unité des échanges gazeux, sur des êtres vivants aussi différents que la souris, les poissons et les végétaux (doc. 4 et 5). L activité peut commencer en interrogeant les élèves sur l existence d une respiration chez le poisson. Certains feront remarquer qu il vit dans l eau, ce qui pour eux est contradictoire avec le phénomène. La même question, concernant les végétaux, permettra de poser le problème des mouvements respiratoires. Ils sont indiscutablement absents chez la plante, et pourtant, elle respire. 6 Chapitre 1

3 1. La teneur en dioxygène de l eau diminue entre le début et la fin de la mesure. 2. Le poisson a consommé du dioxygène. 3. L'eau de chaux s'est troublée : la teneur en dioxyde de carbone de l eau a augmenté entre le début et la fin de l expérience. Le poisson a donc rejeté du dioxyde de carbone dans l eau. 4. On cherche à savoir si les grains de blé consomment du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone. 5. La teneur en dioxygène a diminué entre le début et la fin de l expérience. Les grains de blé ont donc consommé du dioxygène. 6. L eau de chaux s est troublée : la teneur en dioxyde de carbone de l air du bocal a augmenté entre le début et la fin de l expérience. Les grains de blé ont donc dégagé du dioxyde de carbone. La respiration se caractérise par les mêmes échanges gazeux chez tous les êtres vivants : absorption de dioxygène et dégagement de dioxyde de carbone. Activité 3 Respirer dans l air Avec cette activité, sont découvertes les structures anatomiques nécessaires à la respiration. Par des expériences simples, elles peuvent être mises en évidence. Chez la grenouille, on souffle dans la trachée et les poumons se gonflent (doc. 2). L air arrive donc jusqu à eux. Chez les insectes, en bouchant les stigmates en communication avec les trachées, l animal meurt (doc. 4 et 5). Poumons et trachées semblent donc être des organes respiratoires. La preuve en est donnée par la comparaison de la composition de l air qui transite par ces organes : l'air qui sort est appauvri en dioxygène et enrichi en dioxyde de carbone par rapport à l air qui entre (doc. 3 et 6). Des échanges gazeux, les mêmes, ont lieu au niveau des organes respiratoires. 1. La grenouille remonte en surface pour prendre de l air. 2. Les poumons se gonflent d air lorsqu on souffle dans la paille, donc l air arrive dans les poumons. 3. Premier argument : les poumons se gonflent d air. Deuxième argument : quand l air ressort des poumons, il est appauvri en dioxygène et enrichi en dioxyde de carbone. Il s effectue donc des échanges gazeux respiratoires entre l air et l organisme au niveau des poumons. 4. En bouchant les stigmates, l animal est asphyxié. Les stigmates permettent donc l entrée de l air dans le corps du criquet. 5. L air sortant des trachées est appauvri en dioxygène et enrichi en dioxyde de carbone par rapport à l air entrant. 6. Il s effectue des échanges gazeux respiratoires au niveau des trachées. Les animaux respirent dans l air avec des poumons ou des trachées au niveau desquels s effectuent des échanges gazeux avec l air. La respiration des êtres vivants 7

4 Activité 4 Respirer dans l eau Si l on a précédemment soufflé dans les poumons de la grenouille, une expérience chez le poisson permet de mettre en évidence un courant d eau traversant la tête de l animal (doc. 1), où l on observe la présence d un organe, les branchies (doc. 2 et 3). La comparaison du dioxygène dans l eau, avant et après la traversée des branchies (doc. 4), montre que ce sont les organes respiratoires. La structure filamenteuse semblable entre la branchie du poisson et celle de la moule (doc. 3 et 5) peut constituer un premier pas vers la notion de surface d échange, plus au programme en tant que tel. 1. L eau colorée entre par la bouche du poisson et sort par l opercule. 2. Le courant d eau traverse les branchies. 3. L eau qui sort est appauvrie en dioxygène, ce qui montre qu une partie du dioxygène a été absorbée au niveau des branchies. Il s agit donc d un organe respiratoire. 4. La branchie de la moule, comme celle du poisson, est formée de nombreux filaments. 5. La présence de nombreux filaments au niveau de la branchie augmente la surface de cet organe disponible pour les échanges gazeux. Les animaux respirent dans l eau avec des branchies au niveau desquelles s effectuent des échanges de gaz avec l eau. Activité 5 Respiration et occupation des milieux Cette dernière activité permet de récapituler les notions précédemment étudiées et de les relier au milieu de vie de l animal. Ce bilan sera plus aisé à établir avec la construction progressive d un tableau faisant apparaître la relation entre milieu de vie et organes respiratoires. La comparaison entre têtard et grenouille le montre bien. Mais le comportement respiratoire explique aussi cette relation. Si certains animaux vivent et respirent dans des milieux différents, c est parce que leur comportement le permet : ils vivent sous l'eau, mais respirent dans l'air car ils remontent régulièrement à la surface. 1. à 4. Être vivant Milieu de vie Organes respiratoires Milieu de respiration Brochet eau branchies eau Dytique eau trachées air Escargot air poumon air Grenouille air, eau poumons air Hérisson air poumons air Libellule air trachées air Loutre eau poumons air Martin-pêcheur air poumons air Nénuphar air et eau aucun air et eau Têtard de grenouille eau branchies eau 8 Chapitre 1

5 5. Un animal vivant dans l eau et respirant dans l air remonte en surface pour prendre de l air. 6. Les animaux qui changent de milieu au cours de leur développement changent également d organes respiratoires. Chez la grenouille, les branchies du têtard sont remplacées par des poumons. Chez les êtres vivants, la présence de différents organes et des comportements respiratoires variés permettent de respirer dans différents milieux, et donc d occuper tous ces milieux. Corrigé des exercices Teste tes connaissances a) Le poisson respire dans l eau avec des branchies. b) Les poumons et les trachées sont des organes permettant de respirer dans l air. c) En respirant, les êtres vivants absorbent du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone. a) Pour montrer qu un être vivant dégage du dioxyde de carbone, on le met en présence d eau de chaux. b) La respiration est un échange de gaz : du dioxygène est absorbé et du dioxyde de carbone est rejeté. c) Les trachées sont les organes respiratoires des insectes. Seule la réponse c) répond à la question. La réponse b) est vraie, mais elle répond à la question «Pourquoi?» et pas à la question «Comment?». Découvre avec l informatique 4 a) La teneur en dioxygène de l air est de 21 % en début d expérience et de 16,5 % en fin d expérience. b) La teneur en dioxygène diminue au cours du temps. c) Le criquet a donc consommé du dioxygène. d) Pour montrer un rejet de dioxyde de carbone, on peut placer le criquet dans un milieu clos en présence d eau de chaux et vérifier qu elle se trouble. Une expérience témoin sans criquet doit être réalisée pour permettre la comparaison. e) L eau de chaux se trouble en présence du criquet, mais pas en son absence. Le criquet rejette donc du dioxyde de carbone. f) Au cours de la respiration, le criquet absorbe du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone. Applique tes connaissances 5 6 a) L'ouverture de l'orifice permet à la limnée de prélever de l'air dans le milieu. b) L organe creux relié à l orifice est le lieu d une absorption de dioxygène et d un rejet de dioxyde de carbone : c est donc un organe respiratoire. Comme cet organe respiratoire est une cavité qui se remplit d air, c est un poumon. c) La limnée remonte régulièrement à la surface pour pouvoir respirer dans l air. d) On peut reproduire le dessin de l énoncé et compléter par : une flèche entrante, par exemple en rouge, avec la légende «air riche en dioxygène et pauvre en dioxyde de carbone» ; une flèche sortante, par exemple en bleu, avec la légende «air appauvri en dioxygène et enrichi en dioxyde de carbone». a) À la fin de l expérience, l eau de chaux est troublée et le liquide coloré a remonté dans le tube. b) Le trouble de l eau de chaux s explique par la présence de dioxyde de carbone. La souris a donc rejeté du dioxyde de carbone. c) Le liquide a remonté dans le tube car la quantité de gaz a diminué dans le flacon. La souris a consommé du dioxygène et rejeté du dioxyde de carbone, qui a réagi avec l eau de chaux. d) Si on refait la même expérience avec des morceaux de carotte, on obtiendra les mêmes résultats. Comme la souris, la carotte respire en consommant du dioxygène et en dégageant du dioxyde de carbone. La respiration des êtres vivants 9

6 7 8 a) L eau sortant par les fentes du requin est sans doute entrée par la bouche, comme chez le poisson (voir l activité 4). b) Une partie du dioxygène dissous dans l eau de mer a donc été absorbée dans un organe présent sur le trajet de l eau, entre la bouche et les fentes. c) La structure présente sous les fentes est constituée par les branchies. d) L eau de mer contenant du dioxygène dissous entre par la bouche du requin, circule au niveau des branchies où est absorbée une partie du dioxygène de l eau, puis sort par les fentes. a) Les orifices à l extrémité de l abdomen de la notonecte sont des stigmates, reliés à des trachées. b) Les trachées permettent de respirer dans l air. c) Lorsque les poils sont absents, l eau est directement au contact des stigmates et peut pénétrer dans les trachées, ce qui n est pas le cas lorsque les poils sont présents. Les poils semblent donc repousser l eau. d) Les poils empêchent l eau d entrer dans les trachées de la notonecte et permettent ainsi l entrée d air par les stigmates. 10 Chapitre 1

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