Chapitre. Respiration et caractéristiques du milieu. Les options pédagogiques du chapitre

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1 Chapitre 2 Respiration et caractéristiques du milieu Les options pédagogiques du chapitre Après avoir montré que la respiration permettait aux animaux de peupler le milieu aérien ou aquatique, on peut s'interroger maintenant sur l'incidence de ce phénomène dans la répartition des êtres vivants. On commence par établir que des facteurs comme la température ou l'agitation agissent sur la teneur en dioxygène d une eau, et donc sur la répartition des êtres vivants, avant de montrer le rôle fondamental des végétaux. Les deux dernières activités sont consacrées à l'action de l'homme, comme facteur de pollution, mais aussi pour montrer les moyens développés pour lutter contre celle-ci. 11

2 Les activités du chapitre Activité 1 Respiration et répartition des êtres vivants Le point de départ de l'activité est un constat simple à réaliser : d'une espèce à l'autre de poissons, la répartition dans la rivière n'est pas la même (doc. 1 et 2). Une fois le constat posé, on peut se demander pourquoi. L'hypothèse selon laquelle ces espèces ont des conditions de vie différentes est assez facilement émise par les élèves, et la première partie de l'activité permet de le confirmer. Dans la seconde partie de l'activité, l'influence de la température (doc. 4 et 5) et de l'agitation (doc. 6) sur l'oxygénation du milieu sont découvertes par les élèves. Le lien est alors établi avec les conditions différentes des milieux de vie de la truite et du gardon. On peut en conclure que la teneur en dioxygène est un des facteurs de répartition des espèces dans la rivière. ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. L eau dans laquelle vit la truite a une température plus basse et une agitation plus élevée que l eau dans laquelle vit le gardon. 2. La truite a des besoins en dioxygène plus élevés que le gardon. 3. La teneur de l eau en dioxygène diminue avec la température. 4. La truite ayant des besoins en dioxygène plus élevés que le gardon vit donc dans des eaux plus froides, qui seront plus oxygénées. 5. L agitation de l eau augmente la teneur en dioxygène. La truite a des besoins en dioxygène plus élevés que le gardon. Pour cela, elle vit dans des eaux plus froides et plus agitées, c'est-à-dire plus riches en dioxygène. Activité 2 Les végétaux, source de dioxygène D'où vient le dioxygène dissous dans l eau? Question légitime, puisque ce gaz est si important pour la répartition des êtres vivants dans la rivière. On peut alors faire appel aux connaissances des élèves : ceux qui possèdent un aquarium savent qu'il est nécessaire d'y adjoindre un bulleur ou des végétaux! La première partie de l'activité permet d'établir une relation entre la présence de végétaux et la teneur en dioxygène de l eau à partir d'observations et de mesures (doc. 1 à 3), et ainsi de poser une hypothèse : les végétaux produisent du dioxygène à la lumière. Dans la seconde partie de l activité, on réalise des expériences pour tester et ici, confirmer cette hypothèse (doc. 4 à 6). C'est l'occasion d'une initiation à la démarche expérimentale : l'observation permet dans un premier temps d'émettre une hypothèse sur l influence d un paramètre (ici, la lumière), que l on teste dans un second temps en faisant varier uniquement ce paramètre (toutes choses restant égales par ailleurs). Il est à signaler que les élèves n ayant pas encore étudié la caractérisation du dioxygène en physique, nous leur fournissons le protocole. 12 Chapitre 2

3 ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Le gaz remontant à la surface est produit par les végétaux. 2. La teneur en dioxygène de l eau est maximale en début d après-midi, au milieu de la journée. 3. À la lumière, le niveau de l eau a baissé dans le tube et monté dans le bécher, donc il y a eu production d un gaz qui a chassé l eau. 4. Le gaz produit ravive une allumette incandescente, donc c est du dioxygène. 5. La production de dioxygène par les plantes a lieu à la lumière. À la lumière, les végétaux produisent du dioxygène, ce qui augmente l oxygénation de l eau. Activité 3 L Homme modifie la répartition des êtres vivants de la rivière L'exemple de la pollution d une rivière après la traversée d'une grande ville est souvent connu des élèves. Nous avons choisi d'utiliser une photo unique couvrant la double page pour que les élèves constatent que les milieux en aval et en amont ne semblent pas différents. Mais ce n'est pas le cas des espèces présentes. On s'intéresse alors à la teneur en dioxygène en amont et en aval, ainsi qu'aux besoins des espèces qui s'y trouvent. La présence de la ville et les rejets dans la rivière dus aux activités humaines fournissent un premier niveau d'explication qui sera complété dans l'activité suivante. ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. Les êtres vivants présents en amont et en aval appartiennent à des espèces différentes. 2. La concentration en dioxygène est supérieure en amont. 3. Les activités humaines produisent des déchets industriels et domestiques (fumées, eaux usées ), qui finissent par se retrouver dans la rivière, soit emportés par le ruissellement des eaux de pluie, soit rejetés directement dans le milieu. La présence de ces déchets peut expliquer la baisse de la teneur en dioxygène de l eau. 4. Les besoins en dioxygène des êtres vivants présents en amont de la ville sont supérieurs à ceux des êtres vivants présents en aval de la ville. 5. Les êtres vivants sont présents dans les zones de la rivière où la teneur en dioxygène de l eau correspond à leurs besoins. Les activités humaines, en raison des rejets dans la rivière, entraînent une diminution de la teneur en dioxygène de l eau, ce qui modifie la répartition des êtres vivants. Respiration et caractéristiques du milieu 13

4 Activité 4 Lutter contre la pollution des rivières Cette activité prolonge la précédente en montrant que les rejets d'eaux polluées diminuent la teneur en dioxygène de l'eau de la rivière (doc. 1 et 2). Un dosage du dioxygène montre aussi que l'eau ayant ruisselé diminue la teneur en dioxygène (doc. 3). Dans la seconde partie de l'activité, on s'intéresse à quelques moyens simples de lutter contre les pollutions (doc. 4 à 6). Le contrôle des rejets domestiques, ou la gestion de l'eau avant son retour à la rivière, en sont deux exemples. ( Réponses aux questions pour résoudre le problème 1. À partir de l apparition du polluant dans l eau de la rivière, on constate que l oxygénation de celle-ci diminue. 2. Après huit jours, la teneur en dioxygène de l eau ayant ruisselé sur la chaussée est plus petite. L eau de pluie, lorsqu elle a emporté des déchets, peut donc contribuer à dégrader la qualité de l eau des rivières. 3. La première installation (à gauche), où les eaux usées sont collectées et acheminées vers une station d épuration, est moins polluante que la seconde installation (à droite), où les eaux usées sont raccordées aux eaux de pluie et déversées directement dans la rivière. 4. À la fin de l expérience, les particules les plus lourdes sont tombées au fond du tube, comme dans les bassins de décantation. Ceux-ci ont donc pour rôle de débarrasser l eau des déchets les plus volumineux avant de la renvoyer dans la rivière. L homme ne doit pas rejeter de déchets industriels dans la rivière et veiller à ce que les canalisations des eaux usées soient séparées de celles des eaux de pluies. Il peut aussi limiter la pollution en traitant les eaux avant de les rejeter dans la rivière. Corrigé des exercices Teste tes connaissances a) La truite vit dans les eaux de basse température car elles contiennent plus de dioxygène dissous. b) L urbanisation diminue la teneur en dioxygène de l eau et modifie la répartition des êtres vivants. c) Les végétaux produisent du dioxygène à la lumière. a) La teneur en dioxygène dans la rivière augmente le matin, atteint son maximum au milieu de la journée quand l éclairement est le plus important, puis diminue et atteint son minimum la nuit dans l obscurité. b) Les poissons se répartissent dans la rivière selon leurs besoins en dioxygène, la teneur en dioxygène de l eau variant d un endroit à un autre. c) L agitation de l eau favorise l oxygénation du milieu. Le mot caché est : «dioxygène». Les termes de la grille sont : a) dissous b) pollution c) agitation d) lumière e) plantes 14 Chapitre 2

5 Découvre avec l informatique 4 a) Teneur en dioxygène de l eau à 15 C : 9,5 mg/l. Teneur en dioxygène de l eau à 25 C : 8 mg/l. b) La teneur en dioxygène de l eau diminue avec la température. c) Teneur en dioxygène de l eau à 15 C avec l élodée : 12,3 mg/l. d) Dans une eau à 15 C, la teneur en dioxygène est de 9,5 mg/l sans l élodée et de 12,3 mg/l avec l élodée : la présence de végétaux (à la lumière) augmente donc la teneur en dioxygène de l eau. e) Dans une eau à 25 C et avec l élodée, la teneur en dioxygène de l eau est de 9,1 mg/l. Cette valeur est supérieure à celle obtenue dans une eau à 25 C sans l élodée (8 mg/l), car la présence de l élodée augmente l oxygénation. En revanche, cette valeur est inférieure à celle obtenue dans une eau à 15 C avec l élodée (12,3 mg/l), car l augmentation de la température diminue l oxygénation. Applique tes connaissances a) Le nombre d espèces dans chaque groupe a diminué après la construction du barrage. b) La vitesse du courant en amont du barrage a diminué après la construction de celui-ci. L oxygénation de l eau, moins agitée, a donc aussi diminué. c) Les espèces d insectes dont les larves aquatiques avaient les besoins en dioxygène les plus grands ont disparu. a) La teneur en dioxygène de l eau est de 9,5 mg/l en début d expérience et de 6 mg/l en fin d expérience. La truite consomme donc 3,5 mg/l en 10 minutes. b) La teneur en dioxygène de l eau est de 9,5 mg/l en début d expérience et de 8 mg/l en fin d expérience. Le gardon consomme donc 1,5 mg/l en 10 minutes, soit moins que la truite. c) Pendant une même période (ici, 10 minutes), la truite consomme davantage de dioxygène que le gardon, donc elle a des besoins en dioxygène plus élevés. d) La truite, aux besoins en dioxygène plus élevés, vit dans le milieu où la teneur en dioxygène est la plus élevée, c est-à-dire dans des eaux froides et agitées, alors que le gardon vit dans des eaux chaudes et calmes. a) Le dioxygène nécessaire à la respiration des poissons est le dioxygène dissous dans l eau de la rivière. b) D après la première ligne du tableau, la teneur en dioxygène de l eau diminue après l orage (elle tombe de 11 mg/l à 2 mg/l) : les poissons meurent sans doute car ils n ont plus assez de dioxygène pour respirer. c) D après la dernière ligne du tableau, le nombre d organismes microscopiques dans la rivière augmente après l orage. Ces organismes peuvent se multiplier car l orage charrie dans la rivière d abondants débris végétaux. d) Les organismes microscopiques respirent et, de ce fait, consomment du dioxygène, ce qui entraîne une diminution de la teneur en dioxygène de l eau de la rivière. a) De la source jusqu à l embouchure d un fleuve, la température de l eau augmente et l agitation diminue. b) La combinaison de ces deux facteurs (température croissante et agitation décroissante) entraîne une diminution de l oxygénation de l eau de la source jusqu à l embouchure. c) Les poissons sont répartis dans la rivière selon leurs besoins en dioxygène. De la source à l embouchure, on trouvera donc successivement : la truite (besoins les plus élevés, secteur en gorges), le barbeau (besoins intermédiaires, secteur en tresses) et la perche (besoins les moins élevés, secteur en méandres). Respiration et caractéristiques du milieu 15

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