1. ÉTATS ET CHANGEMENTS D ÉTAT DE L EAU

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1 LE PROGRAMME LA MATIÈRE 1. ÉTATS ET CHANGEMENTS D ÉTAT DE L EAU La connaissance de la matière qui compose toute chose en ce monde est naturellement un point de départ indispensable. Après avoir étudié la constitution de la matière et ses divers états, nous aborderons les notions de mélange et de solution, et plus particulièrement le mélange gazeux qu est l air Constitution de la matière 25 La matière est constituée d atomes (@GL.). Un atome a une dimension de l ordre de m, soit un dixième de milliardième de mètre. Il est constitué d un noyau comportant deux sortes de particules (protons et neutrons) autour duquel gravitent des électrons. Le diamètre du noyau est de l ordre de m, c est-à-dire fois moins que celui de l atome. Cela met en évidence le fait que la matière est essentiellement constituée de vide, on dit qu elle a une structure lacunaire. Souvent, les atomes sont associés dans des molécules (@GL.). Par exemple, la molécule d eau, notée (H 2 O), est constituée d un atome d oxygène central (O) relié à deux atomes d hydrogène (H). Certains corps contiennent des ions. Un ion est un atome (ou un groupe d atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Par exemple, le sel de cuisine est essentiellement fait d ions sodium Na + et d ions chlorure Cl -. (@AI. Structure de la matière)

2 LA MATIÈRE ÉTATS ET CHANGEMENTS D ÉTAT DE L EAU 1.2. Les trois états de la matière Les différents changements d état sont résumés sur le schéma ci-dessous : Un corps peut exister sous trois états : solide, liquide ou gazeux. L état solide est un état compact et ordonné. Dans un solide, les molécules occupent des positions fixes et sont ordonnées de façon stable. Cela permet de comprendre pourquoi les solides ont une forme propre (exemples : la glace, un morceau de fer...). Si l on chauffe un solide, les molécules vibreront plus fortement autour de leur position d équilibre mais cela n affectera pas leur agencement. 26 L état liquide est un état compact et désordonné. Dans un liquide, les molécules n occupent pas de position fixe et se déplacent de façon désordonnée mais l espace occupé a toujours un volume déterminé. Contrairement au solide, un liquide n a pas de forme propre ; il prend la forme du récipient dans lequel il se trouve. Au repos, sa surface libre est horizontale. Le fait de chauffer un liquide augmente l agitation de ses molécules. L état gazeux est un état désordonné et dispersé. Les molécules sont éloignées les unes par rapport aux autres et se déplacent de façon désordonnée. Un gaz occupe tout le volume qui lui est offert ; on dit qu il est expansif. On peut aisément comprimer un gaz, c està-dire diminuer l espace qui lui est offert, ce qui n est pas le cas pour les liquides par exemple Changements d état Notion de corps pur 1 : fusion - 2 : solidification - 3 : sublimation - 4 : condensation solide - 5 : vaporisation - 6 : liquéfaction (ou «condensation») Si l on considère que la pression ne varie pas, la fusion, la vaporisation et la sublimation nécessitent une élévation de température, donc un apport d énergie. Par exemple, la fusion de la glace nécessite bien un chauffage. Existence d un palier Réalisons maintenant l expérience suivante : dans un récipient laissé à température ambiante, sous une pression normale, on place de la glace pilée. On introduit un thermomètre et on relève la température toutes les minutes. On obtient le graphique suivant, caractéristique de la fusion de la glace : 27 Un corps pur (@GL.) ne contient qu un seul type d atomes, d ions ou de molécules. Par exemple, l eau pure ne contient que des molécules d eau H 2 O. À l opposé, un mélange hétérogène (@GL.) contient plusieurs espèces chimiques différentes. Par exemple, l air contient des molécules de diazote N 2, de dioxygène O 2, et d autres molécules en proportion plus faible Changements d état d un corps pur Définitions Si l on modifie la température ou la pression, un corps pur peut changer d état. Par exemple, si l on refroidit de l eau liquide, celle-ci peut passer à l état solide, c est-à-dire sous forme de glace : on dit qu on a réalisé la solidification de l eau liquide. À l inverse, si l on chauffe de la glace, celle-ci peut repasser sous forme d eau liquide : on dit alors qu on a réalisé la fusion de la glace. Ces exemples mettent aussi en évidence le fait que les changements d état sont toujours réversibles : quand un corps change d état, le changement d état inverse est toujours possible. On remarque un palier à 0 C : la température reste constante tout au long de la transformation de la glace en eau liquide. Ce palier est caractéristique des corps purs. Toutefois, la température à laquelle il sera observé dépend du corps : 0 C pour la fusion de l eau et 100 C lors de son ébullition, pour le fer, c est respectivement C et C. Tout au long du palier, l énergie apportée ne sert pas à échauffer le corps mais à réaliser son changement d état.

3 LA MATIÈRE ÉTATS ET CHANGEMENTS D ÉTAT DE L EAU Pour la solidification de l eau liquide, on observe la même propriété : - l ébullition se produit dans l intégralité du liquide. Pour l eau pure, on l obtient à la température précise de 100 C (dans la pratique, avec de l eau du robinet, on obtient une valeur légèrement inférieure), de grosses bulles de vapeur se forment alors à l intérieur de l eau. Attention, les petites bulles que l on observe au début du chauffage, à des températures inférieures à 100 C, sont des bulles d air initialement dissous qui sont expulsées de l eau quand sa température augmente. En effet, la solubilité des gaz dans l eau diminue quand la température augmente. Variations de masse et de volume 28 Là encore, nous observons un palier à 0 C. Température et pression Les températures de changement d état dépendent de la pression. Pour l eau, la température de fusion est de 0 C et la température d ébullition 100 C sous la pression atmosphérique normale, à savoir hectopascals (1 hpa = 100 Pa). Si la pression augmente ou diminue, ces températures sont modifiées. Dans un autocuiseur, la pression étant plus importante que la pression atmosphérique, l eau atteint l ébullition à une température supérieure à 100 C. Ainsi, les aliments cuisent plus vite que dans une casserole, où la température de l eau est «plafonnée» à 100 C. Quand l altitude augmente, la pression atmosphérique diminue. La température d ébullition de l eau est donc de plus en plus faible au fur et à mesure que l altitude augmente. Par exemple, au sommet de l Everest, elle est de 72 C : difficile dans ces conditions d arriver à faire cuire un pot-au-feu! Ne pas confondre La vaporisation désigne le passage de l état liquide à l état gazeux. Mais ce passage peut se faire de deux façons différentes : - l évaporation est observée à des températures ordinaires, elle se produit à la surface entre le liquide et l air. Elle dépend de la nature du liquide, de la surface de contact air/liquide, de la température, de la ventilation, du taux d humidité de l air, etc. Quand une flaque a disparu ou que du linge a séché, de l eau s est évaporée. Nous avons tous remarqué que le linge sèche plus vite quand il fait chaud ou que le vent souffle, ce qui confirme les propriétés précédentes ; Lors d un changement d état, la masse se conserve, elle ne varie pas. Rappelons que l unité officielle de masse est le kilogramme. En revanche, le volume varie. Pour l eau, par exemple, celui-ci augmente au cours de la solidification (il faut toujours être prudent lorsqu on place une bouteille fermée dans un congélateur car elle risque d exploser à cause de l augmentation de volume de son contenu). Toutefois, il s agit d une exception : pour la grande majorité des corps, le volume diminue à la solidification. L unité officielle de volume est le mètre cube (m 3 ) mais on emploie fréquemment des unités plus pratiques, comme le litre (1 L = 1 dm 3 = 10-3 m 3 ) et ses sous-multiples comme le millilitre (1 ml = 1 cm 3 =10-6 m 3 ). Dans les conditions usuelles, la masse de 1 L d eau est voisine de 1 kg. On dit aussi que sa masse volumique est de 1 kg/l, soit 10 3 kg/m 3. Illustrations des trois états physiques de l eau Sous forme gazeuse, l eau porte le nom de vapeur (@GL.). La vapeur d eau est invisible. Dans l air, il y a toujours une certaine quantité de vapeur d eau, variable selon les conditions atmosphériques, que nous ne pouvons observer directement. Ainsi, nous comprenons que les nuages ne peuvent pas être constitués de vapeur d eau ; ils sont en fait formés de gouttelettes d eau liquide ou de cristaux de glace (si leur concentration est très importante, la lumière ne peut plus traverser le nuage qui sera alors vu noir depuis le sol). Un nuage se forme lorsque de l air humide subit un refroidissement. En effet, l air ne peut contenir qu une certaine quantité de vapeur d eau et cette quantité «plafond» diminue lorsque la température baisse. Par conséquent, si de l air humide se refroidit, il pourra contenir de moins en moins de vapeur d eau et lorsque le seuil sera atteint, une partie de la vapeur d eau qu il contient devra se liquéfier, d où la formation des gouttelettes d eau liquide constituant le nuage. Le brouillard et la brume sont, en fait, des nuages qui ont touché le sol. Dans un autocuiseur, le jet que l on peut voir quand on enlève la soupape est un jet de brouillard, contrairement à une idée communément répandue qui le qualifie de «vapeur». 29

4 LA MATIÈRE LA MATIÈRE Quand on sort une bouteille du réfrigérateur, celle-ci se couvre de buée. La buée est constituée de fines gouttelettes d eau liquide qui proviennent de la liquéfaction d une partie de la vapeur d eau contenue dans l air ambiant. Imaginons que celui-ci se trouve à une température de 20 C, quand il entre en contact avec la bouteille sortant du réfrigérateur, sa température diminue localement. La quantité maximale de vapeur qu il peut contenir va donc également diminuer, une partie de cette vapeur va ainsi devoir se liquéfier : c est la buée que l on observe sur les parois de la bouteille. On observe le même phénomène quand on souffle sur une vitre froide. La rosée obéit à une même logique : il s agit d eau liquide formée suite à un refroidissement d air humide. 2. MÉLANGES ET SOLUTIONS Dans le cas du givre, la vapeur d eau ne se dépose pas sous forme de gouttelettes mais directement sous forme de glace à condition que la température soit négative. Attention à l utilisation du mot fumée : au sens strict du terme, il s agit de petites particules solides en suspension dans l air, comme dans le cas de la fumée de cigarette par exemple. Quand on porte de l eau à ébullition dans une casserole, ce n est pas de la fumée qu on observe au-dessus mais un brouillard L eau 30 (@AI. Changement d état des corps purs et des mélanges) Changements d état des mélanges Quand un mélange change d état, on n observe plus de palier. Considérons, par exemple, la courbe de solidification de l eau salée : la température diminue au cours du temps mais il n y a plus de palier à une température précise, contrairement aux corps purs. L eau est omniprésente dans notre environnement, par exemple dans les boissons ou les organismes vivants. Pour détecter la présence d eau dans un corps, on peut utiliser le test au sulfate de cuivre anhydre (CuSO 4 ) : celui-ci, initialement blanc, devient bleu au contact de l eau. Si l on coupe une pomme en deux et que l on dépose un peu de sulfate de cuivre anhydre à l intérieur, celui-ci bleuit, on en conclut donc que la pomme contient de l eau. Attention, la pomme n est ensuite plus consommable! 2.2. Mélanges homogènes ou hétérogènes 31 Un mélange est constitué de plusieurs espèces chimiques différentes, par opposition au corps pur. On distingue deux types de mélanges : les mélanges homogènes et les mélanges hétérogènes Les mélanges hétérogènes Définition La température tu de début de solidification d un mélange eau/sel dépend de la teneur en sel. Pour un mélange contenant 10 grammes de sel pour 100 grammes d eau, elle est de -3 C. Pour 25 grammes, elle est de -20 C. Ces propriétés trouvent leur application dans le salage des routes en hiver. Ce sont des mélanges dont on peut distinguer facilement les divers constituants. Par exemple, un mélange d eau et d huile est hétérogène, de même qu un mélange d eau et de sable ou d eau et de terre. Une fumée peut être considérée comme un mélange hétérogène, puisque nous avons vu qu il s agissait de particules solides en suspension dans l air.

5 LA MATIÈRE MÉLANGES ET SOLUTIONS Séparation alors que le jus débarrassé de sa pulpe s écoulera sous l entonnoir. Pour séparer les constituants d un mélange hétérogène, on peut procéder à une décantation (@GL.) : on laisse reposer le mélange un certain temps, de telle sorte que les substances les plus denses se déposent au fond du récipient. Par exemple, pour un mélange eau/terre, la terre se déposera au fond et de l eau limpide surnagera. Dans le cas d un mélange eau/huile, l huile étant moins dense que l eau, elle surnagera. Il en est de même pour un mélange eau/pétrole, ce qui explique la formation de grandes «nappes» à la surface de l eau lors des catastrophes pétrolières. 32 L ampoule à décanter permet de séparer les constituants d un mélange hétérogène liquide/liquide. On place le mélange dans l ampoule, puis on laisse décanter. Le liquide le moins dense surnage et on peut séparer les deux constituants grâce au robinet situé en bas de l ampoule. Étudions le cas particulier des eaux gazeuses. Celles-ci contiennent du dioxyde de carbone gazeux (CO 2 ) dissous. On peut mettre ceci en évidence en recueillant ce gaz et en le faisant passer dans de l eau de chaux qui se trouble, signe caractéristique de la présence de dioxyde de carbone. Pour séparer le dioxyde de carbone de l eau, on peut procéder au dégazage de l eau pétillante : la masse du liquide diminue alors car le dioxyde de carbone extrait possède une masse (environ 1,9 gramme par litre de gaz) Les mélanges homogènes Définitions 33 Un mélange est homogène si on ne distingue pas ses différents constituants. Par exemple, le café est un mélange homogène, au même titre qu un sirop de menthe. Rappelons que la densité d un solide ou d un liquide est une grandeur sans unité, égale au rapport entre la masse d un litre de ce corps et la masse d un litre d eau. Ainsi, l eau a une densité égale à 1. Un corps moins dense que l eau a une densité inférieure à 1 (il «flotte» dans l eau), un corps plus dense une densité supérieure à 1 (il «coule»). Une autre technique de séparation est la centrifugation (@GL.) : on fait tourner le mélange à grande vitesse, afin d en séparer les constituants. Dans l industrie alimentaire, elle est utilisée pour séparer la crème du lait, ou pour enlever certaines particules du vin. (@DOC. La centrifugation) Dans le cas d un mélange hétérogène solide/liquide, la séparation peut être effectuée par filtration (@GL.) : on place le mélange dans un papier filtre disposé dans un entonnoir ; dans le papier, on récupère le résidu et sous l entonnoir s écoule un liquide nommé filtrat. Par exemple, si on filtre un jus d orange, la pulpe sera retenue dans le filtre L eau est un très bon solvant, elle peut faire des mélanges homogènes avec un grand nombre de corps très variés : des solides comme le sel ou le sucre, des liquides comme l alcool ou le sirop (on dit dans ce cas que l eau et l alcool ou le sirop sont miscibles) ou encore des gaz comme le dioxyde de carbone. Toutefois, on ne peut pas dissoudre des quantités illimitées de ces corps dans l eau, il existe toujours une limite appelée solubilité (@GL.). Par exemple, à 25 C, on ne peut pas dissoudre plus de 365 grammes de sel dans un litre d eau (en général, la solubilité augmente avec la température). Au-delà, la solution sera dite saturée, tout le sel rajouté ne se dissoudra plus et se déposera au fond du récipient sous forme solide. Dans le cas d un mélange homogène où l un des constituants joue un rôle particulier, très différent des autres, on parle de solution (@GL.). Dans une solution, on distingue le solvant qui est l espèce très majoritaire (il s agit souvent de l eau), et le soluté qui est l espèce que l on a dissoute dans le solvant. Par exemple, si l on dissout 5 grammes de sel (chlorure de sodium) dans 1 litre d eau, on obtiendra une solution de chlorure de sodium ; l eau sera le solvant et le sel, le soluté. Cette solution aura une concentration massique de 5 grammes par litre.

6 LA MATIÈRE Au cours d une dissolution, la masse totale se conserve : la masse du solvant plus celle du soluté avant dissolution est égale à la masse de la solution. Par exemple, si l on dissout 5 grammes de sucre dans 100 grammes d eau, la solution aura une masse de 105 grammes. Attention, un abus de langage fréquent confond dissolution et fusion : le sucre ne fond pas dans le café, il s y dissout! PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES GAZ Autre technique de séparation : l évaporation. Prenons une eau fortement minéralisée et laissons-la s évaporer. Après un certain temps, il ne restera dans le récipient qu un résidu solide, correspondant aux minéraux initialement dissous dans l eau. (@AI. Distillation Mélange homogène ou hétérogène) Séparation Pour séparer les constituants d un mélange homogène, on peut procéder par distillation (@GL.). Cette méthode est basée sur les différences de températures d ébullition des constituants du mélange. Le montage utilisé est le suivant : Si l on place du vin (qui est un mélange d eau, d éthanol (alcool) et de diverses substances) dans le ballon et que l on chauffe à une température de 80 C : l éthanol va se vaporiser car sa température d ébullition est de 78 C ; les vapeurs d éthanol vont passer dans le tube réfrigérant et se liquéfier car celui-ci est maintenu froid à l aide d une circulation d eau. Au bout du tube réfrigérant, on récupérera l éthanol contenu dans le vin. L eau, en revanche, restera sous forme liquide dans le ballon car 80 C est une température inférieure à sa température d ébullition, 100 C. Ainsi, nous aurons séparé l eau de l alcool dans le vin. Dans la pratique, cette séparation n est jamais «parfaite» et il faut procéder à plusieurs distillations consécutives pour obtenir de l alcool de plus en plus pur. Les techniques traditionnelles de fabrication de l eau de vie sont basées sur ce principe. Si l on pratique la distillation d une eau minérale, on obtiendra une eau quasiment pure, débarrassée de la plupart de ses minéraux. L expérience fonctionne également avec de l eau salée.

7 LA MATIÈRE 3. PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES GAZ 3.1. L air que nous respirons L air que nous respirons est un mélange de gaz, dont la composition est la suivante : Gaz Proportion (en volume) Diazote 78 % Dioxygène 21 % Autres (argon, dioxyde de carbone, dihydrogène, ozone), etc. 1 % 37 Quand il y a dans l air une quantité trop importante de certains de ses constituants (oxydes de soufre, oxydes d azote, ozone, fines particules...), on dit que l air est «pollué». La pollution peut entraîner des problèmes de santé, par exemple au niveau respiratoire. La couche de gaz qui entoure la Terre s appelle l atmosphère. Celle-ci est divisée en plusieurs parties, en fonction de l altitude. Sa composition dépend de l altitude, tout comme la température et la pression. (@DOC. Coupe atmosphérique) L atmosphère est responsable d un phénomène bien connu : l effet de serre. En effet, elle agit comme un «bouclier» pour certains des rayonnements provenant de la Terre, ce qui permet de maintenir la température moyenne de notre planète à une valeur de 15 C alors que s il n existait pas, elle serait de -18 C. Toutefois, une accumulation trop importante de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone, dans l atmosphère terrestre, engendre un réchauffement aux conséquences parfois néfastes.

8 LA MATIÈRE PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES GAZ L air qui nous entoure exerce sur tous les corps avec lesquels il est en contact, une pression appelée pression atmosphérique (@GL.) dont la valeur moyenne est de hpa (ou 760 mm de mercure). Si la valeur de la pression atmosphérique est inférieure à hpa, on parle de système dépressionnaire (qui accompagne généralement du mauvais temps) ; si elle est supérieure à hpa, il s agit d un anticyclone (temps sec). La pression atmosphérique se mesure avec un baromètre (@GL.). Nous avons vu que sa valeur dépendait des conditions météorologiques, elle dépend également de l altitude : la pression atmosphérique diminue quand l altitude augmente L effet de serre L atmosphère est responsable d un phénomène bien connu : l effet de serre. Grâce à celui-ci, la température moyenne de la Terre est de 15 C alors que, sans lui, elle serait probablement négative. Le principe de l effet de serre est détaillé dans le schéma suivant : en produit aussi. Par exemple, l utilisation massive de combustibles fossiles (pétrole, gaz, charbon ) induit une augmentation de la teneur en dioxyde de carbone de l atmosphère. Les activités agricoles, quant à elles, produisent des quantités importantes de méthane et de protoxyde d azote. Les climatologues prévoient une augmentation de la température moyenne du globe entre 1,5 C et 6 C à l horizon 2100, ce qui pourrait avoir pour conséquence une profonde modification de la physionomie de notre planète. Parmi les conséquences du réchauffement climatique, on peut citer l élévation du niveau des mers, des modifications du climat et des courants marins La faune et la flore seraient donc également affectées. Il est donc urgent de limiter la production de gaz à effet de serre L air a-t-il un volume propre? Une masse? Un litre d air, sous une pression normale, à une température de 0 C, possède une masse de 1,29 gramme environ. À 20 C, cette valeur est légèrement inférieure, de l ordre de 1,2 gramme. (@DOC. L air a-t-il une masse?) 38 L air est donc de la matière et il en est de même pour tous les gaz. Toutefois, la masse d un litre de gaz dépend de la nature du gaz, par exemple celle du dioxyde de carbone, à 20 C, est de 1,9 gramme. Considérons maintenant l expérience suivante : on prend une seringue contenant une certaine quantité d air et on la relie à un manomètre (appareil servant à mesurer la pression de l air à l intérieur de la seringue). Si l on appuie sur le piston, on diminue le volume offert à cet air, on dit qu on le comprime. Cette compression s accompagne d une augmentation de la pression ; au niveau microscopique, les molécules constituant l air se rapprochent. Si l on tire maintenant sur le piston, on augmente le volume offert à l air, ce qui s accompagne d une 39 Une partie du rayonnement émis par le Soleil parvient jusqu à la Terre (l autre partie étant réfléchie ou absorbée par l atmosphère), provoquant ainsi un réchauffement de la surface terrestre. Le sol restitue une partie de l énergie solaire ainsi reçue sous forme de rayonnement infrarouge (@GL.), en direction de l atmosphère. Les gaz à effet de serre absorbent ces infrarouges, ce qui provoque un réchauffement de l atmosphère. Cette chaleur est ensuite réémise vers la Terre sous forme de rayonnement et provoque son réchauffement par effet de serre. Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d eau (sa contribution au phénomène est estimée à environ 60 %), le dioxyde de carbone (26 %), l ozone, le méthane et le protoxyde d azote. La plupart des gaz à effet de serre sont d origine naturelle mais l activité humaine diminution de sa pression. Ainsi, on en déduit que les gaz sont compressibles et expansibles. Ils occupent tout le volume qui leur est offert. (@AI. Expansibilité des gaz)

9 LA MATIÈRE 4. LES DÉCHETS : RÉDUIRE, RÉUTILISER, RECYCLER Le volume des déchets ménagers ne cesse d'augmenter. Selon le rapport du Commissariat au Plan, les trois quarts des départements français ne pourront bientôt plus faire face au traitement de leurs ordures (données 2003) Les déchets ménagers Constitution et quantité 41 Un français rejette environ 500 kg de déchets par an. Aux USA, ce sont plus de 800 kg de déchets par habitant et par an alors qu en Côte d'ivoire, ce chiffre ne s élève qu à 18 kg. Chaque année, on doit donc trouver, en France, une destination pour 26 millions de tonnes de déchets. Nos poubelles sont constituées à 2 % de textiles, 6 % de métaux, 10 % de matières plastiques, 12 % de verre, 15 % d'éléments fins et divers, 25 % de matières organiques et 30 % de papiers et cartons. Les emballages représentent à eux seuls un tiers du poids de nos poubelles et la moitié de leur volume Conséquences Ce trop-plein d ordures entraîne le débordement des décharges autorisées qui ne peuvent plus remplir leurs fonctions 4 mais également l'apparition de décharges illégales (leur nombre est estimé à en France). La filière du recyclage est totalement «débordée». 4 La loi de 1992 sur les déchets stipulait qu à partir de juillet 2002, on ne pourrait mettre en décharge que les déchets «ultimes», c est-à-dire ceux qui ne peuvent pas être valorisés.

10 LA MATIÈRE LES DÉCHETS : RÉDUIRE, RÉUTILISER, RECYCLER Ces déchets provoquent diverses pollutions (pollution des sols, des rivières, de l air par les matières chimiques et organiques qu ils contiennent). Pour résoudre le problème des déchets ménagers, il est nécessaire de jouer sur plusieurs tableaux : réduire leur production à la source (notamment en diminuant la quantité d emballages), développer le tri sélectif et le recyclage mais aussi construire de nouveaux sites de traitement des déchets «ultimes» Limitation des déchets Mieux consommer est un enjeu de notre temps. Les citoyens sont ainsi incités par les associations de consommateurs et des actions gouvernementales ou européennes 5 à acheter des produits comportant moins d'emballages et recyclables, à ne pas utiliser des produits jetables Pourtant, la pression des entreprises marchandes est telle que la société de consommation ne semble pas encore prête à totalement changer Les déchets industriels Ce sont les déchets produits par l industrie, le commerce, l artisanat et les transports. On distingue ainsi : - les déchets industriels banals (DIB) : ce sont des déchets ne présentant pas de caractère toxique ou dangereux. Leur manutention ou leur stockage ne nécessitent donc pas de précaution particulière (ex : déchets de fabrication textile, bois, emballages, palettes, déchets d entretien, ). Ils sont triés, collectés et traités comme les déchets des particuliers ; - les déchets dangereux : ils nécessitent des modalités particulières de collecte et de traitement car ils peuvent contenir des éléments polluants. Exemples : huiles usagées, piles, accumulateurs, amiante, déchets cyanurés, solvants, boues industrielles Environ la moitié de ces déchets est traitée par les producteurs eux-mêmes (traitement dit «interne») ; - les déchets des chantiers «bâtiment» et «travaux publics» : il s agit des déchets de construction, de déblais Ils sont principalement enfouis ou utilisés en remblais Valorisation des déchets Un déchet recyclable est un déchet que l on utilise et que l on transforme pour fabriquer de nouvelles matières ou de nouveaux produits. Le verre est réduit en poudre puis refondu ; c'est le seul déchet recyclable à l'infini. Le papier, le carton, les briques alimentaires permettent de fabriquer du papier recyclé. Une tonne de carton recyclée permet d'épargner 2,5 tonnes de bois. Il faut environ 2 arbres et litres d eau pour fabriquer 100 kg de papier alors que la fabrication du papier recyclé utilise 2 fois moins d eau et 3 fois moins d énergie. Avec 100 kg de papier recyclé, on peut fabriquer 90 kg de papier neuf et ce, à moindre coût. Les flaconnages plastiques permettent, selon leur qualité, de produire à nouveau des emballages plastiques, des tuyaux, des isolants Les métaux sont également recyclés (le recyclage d'une tonne d'acier fait économiser une tonne de minerai de fer). Cette gestion des déchets industriels représente, cependant, un coût non négligeable pour les entreprises. Enfin, on peut noter qu'il existe des déchets issus de l'agriculture, comme le lisier, qui peuvent entraîner des pollutions importantes s'ils ne sont pas correctement traités (cf. pollution de l'eau). L augmentation de la population mondiale, du niveau de vie et de la façon de consommer sont autant de facteurs qui influent sur la production de déchets. L homme en a pris conscience et tente actuellement d agir en limitant la quantité de déchets produits et en recyclant. Cela participe au développement durable qui passe par l éducation des populations. 43 Un déchet vert est un déchet végétal que l on peut composter (@GL.) pour fabriquer un produit semblable au terreau, le compost. Les déchets verts peuvent être portés dans les déchetteries ou transformés chez les particuliers. Un déchet biodégradable est un déchet qui se dégrade naturellement. Un déchet toxique est un déchet dangereux pour la santé des êtres vivants. Pistes pour une démarche d investigation - Pourquoi la flaque qui était dans la cour hier n est-elle plus là? - L air a-t-il une masse? - Peut-on dissoudre autant de sucre que l on veut dans un verre d eau? - Une eau limpide est-elle forcément pure? - L eau est-elle toujours liquide? Les autres déchets qui ne peuvent être valorisés sont incinérés, ce qui permet de produire de l'énergie (chauffage, ). N oubliez pas de consulter (@BIB. sur «La matière». Les déchets ménagers spéciaux (piles, batteries, appareils électroménagers ) doivent être collectés afin d'être traités de manière adéquate. Des entreprises spécialisées peuvent ainsi récupérer les métaux et valoriser le nickel, le cadmium, le zinc, le plomb De même, les déchets hospitaliers doivent être traités par des filières spécifiques. 5 Une semaine européenne de la réduction des déchets a, par exemple, eu lieu en novembre 2009.

11 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT 1. DE L ORDRE DANS LE MONDE VIVANT À l école, une des idées importantes à transmettre aux élèves est que notre environnement est composé à la fois d éléments non-vivants (éléments minéraux comme les roches, l air et l eau) et d êtres vivants. Un être vivant est formé d une ou plusieurs cellules, et il est capable de se nourrir, de se développer et de se reproduire : ce sont ces caractéristiques qui le distinguent du non-vivant. 45 Le monde vivant présente une grande richesse de formes de vies. Pourtant, des organismes très différents au premier abord peuvent posséder de nombreux points communs dans leur organisation externe ou interne. Les scientifiques utilisent d ailleurs ces ressemblances pour établir des classifications. Il existe donc une unité du monde vivant, malgré une apparente diversité. Dans un premier chapitre, nous montrerons cette unité du monde vivant, et nous verrons comment des classifications sont établies à partir des similitudes observées. Nous verrons ensuite la diversité du monde vivant à travers les modalités du développement et de la reproduction des êtres vivants. Nous terminerons cette partie en traitant de l évolution des espèces, qui permet d expliquer cette diversité et cette unité du monde vivant. De l ordre dans le monde vivant Il existe sur notre planète une très grande diversité du monde vivant. Depuis longtemps, l Homme s est essayé à classer les êtres vivants (@GL.) en établissant des groupes d après des critères de ressemblances. Ces classifications ont évolué au cours du temps, au gré de nouvelles observations ou de nouvelles découvertes.

12 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT DE L ORDRE DANS LE MONDE VIVANT Une de ces premières classifications, toujours utilisée, consiste à distinguer les êtres vivants en plusieurs espèces (@GL.) Regrouper les êtres vivants en espèces Le premier critère spontanément utilisé pour regrouper des êtres vivants dans une même espèce est le critère de ressemblance. Cependant, ce critère ne suffit pas à lui seul. En effet, il existe bien souvent un dimorphisme sexuel entre les mâles et les femelles (ex : chez le paon, la femelle est différente du mâle, qui arbore un plumage coloré). Un autre critère essentiel à prendre en compte est le critère d interfécondité : deux individus appartenant à la même espèce sont capables de se reproduire entre eux, et leur descendance est fertile. Ce critère de fertilité de la descendance est important : chevaux et ânes sont capables de se reproduire entre eux, mais leurs descendants (mulets ou bardots) sont stériles. Ainsi, les chevaux et les ânes appartiennent bien à des espèces différentes Rechercher des ressemblances pour établir des classifications Entre espèces différentes, il existe aussi des ressemblances. Ce sont ces points communs qui permettent d établir des classifications. On peut prendre l exemple du groupe des vertébrés. On classe dans ce groupe les organismes suivants : - les poissons osseux (ex. : carpe, truite) ; - les poissons cartilagineux (ex. : requin, raie) ; - les amphibiens (ex. : grenouille, salamandre) ; - les lézards et serpents : les squamates (ex. : iguane, vipère) ; - les tortues ; - les crocodiliens (ex. : alligator, caïman) ; - les oiseaux (ex. : merle, autruche) ; - les mammifères (ex. : chat, homme). Tous ces animaux ont en commun la présence d un squelette interne, construit de manière similaire : une colonne vertébrale, un crâne, un bassin, des omoplates, des côtes, On définit donc une espèce comme étant un groupe d êtres vivants présentant des ressemblances, capables de se reproduire entre eux, et d avoir des descendants interféconds. L identification des espèces peut poser des difficultés, par exemple si ses représentants sont très polymorphes. C est le cas notamment chez les chiens : les différentes races canines appartiennent toutes à la même espèce, mais leur grande variabilité les fait parfois considérer, à tort, comme des espèces différentes. Les ressemblances sont aussi très marquées au niveau des pièces osseuses composant les membres locomoteurs. Malgré des différences liées au mode de vie, on retrouve toujours les mêmes os : - membre antérieur : humérus, radius et cubitus, phalanges ; - membre postérieur : fémur, tibia et péroné, phalanges. (@DOC. Membre antérieur d homme Membre antérieur de grenouille Membre antérieur de mésange Unité d organisation) 47 D autres sources de confusion liées au langage courant sont possibles : par exemple, le terme «grenouille» inclut en fait de très nombreuses espèces différentes. De plus, les genres masculins et féminins peuvent induire en erreur : la grenouille et le crapaud ne sont pas les femelles et les mâles d une même espèce. D autres erreurs peuvent survenir du fait de l existence de formes larvaires et de formes adultes : il s agit bien d individus de la mêmes espèce, mais présentant des formes différentes au cours de leur vie. À ce jour, on a décrit 1,7 millions d espèces. On estime, cependant, le nombre d espèces dans le monde entre 13 et 14 millions. C est dans le groupe des insectes que l on compte le plus grand nombre d espèces. Tous les vertébrés possèdent aussi un système nerveux en position dorsale, et ce système nerveux est composé de deux éléments essentiels : le cerveau (ou encéphale) protégé par le crâne, et une moelle épinière protégée par la colonne vertébrale. (@DOC. : Le système nerveux) Ces profondes ressemblances ne peuvent être dues au hasard. Elles témoignent de liens de parenté entre ces différents groupes, qui ont donc une origine commune. Ils proviennent d une même espèce ancestrale, qui leur a légué ces ressemblances. En recherchant des ressemblances, on peut donc classer les êtres vivants selon leurs relations de parenté.

13 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT 1.3. Classer les espèces selon leurs relations de parenté Le principe est de comparer les espèces pour rechercher des ressemblances traduisant une parenté. Cependant, certaines ressemblances sont de simples convergences de forme : par exemple, la chauve-souris et la mouche ont des ailes, mais cette ressemblance est liée au mode de locomotion de ces animaux. Leurs ailes ne sont pas du tout construites de la même manière (on parle d analogies (@GL.)). 2. LES MODES DE REPRODUCTION DES ÊTRES VIVANTS On doit donc identifier des points communs qui traduisent une réelle parenté entre les organismes : des homologies (@GL.), ou «critères de parenté». Ce sont généralement des organes présentant la même architecture, et la même origine embryonnaire (comme par exemple les membres locomoteurs des vertébrés, formés des mêmes os, et construits à partir des mêmes structures embryonnaires). 48 On réunit ensuite dans un même groupe les espèces qui possèdent des critères de parenté communs. Les relations de parenté sont représentées sous la forme d arbres de parenté, ou «arbres phylogénétiques». (@DOC. Classification phylogénétique des animaux ) La reproduction permet d obtenir de nouveaux individus, afin d assurer la pérennité de l espèce. On distingue deux modes de reproduction : la reproduction sexuée (@GL.) et la reproduction asexuée (@GL.). 49 On indique sur les branches de cet arbre les critères partagés (critères de parenté communs). On aboutit ainsi à une classification des êtres vivants, basé sur leurs liens de parenté (classification phylogénétique). Elle indique «qui est plus proche de qui» en terme de parenté dans le monde vivant, et donne ainsi un aperçu de l histoire évolutive des êtres vivants. La classification phylogénétique présente quelques différences avec les anciennes classifications. Le groupe des poissons n existe plus en tant que tel car il regroupait divers organismes en réalité très peu apparentés : on distingue donc maintenant les poissons osseux et les poissons cartilagineux. Il en est de même pour le groupe des reptiles, qui a été éclaté en trois groupes : squamates (lézards et serpents), tortues et crocodiliens. Ces derniers sont d ailleurs très étroitement apparentés aux oiseaux (ces deux groupes ont une origine commune) Reproduction sexuée et reproduction asexuée La reproduction sexuée fait intervenir deux individus de sexes différents, appartenant à la même espèce, et elle implique une fécondation (@GL.) : l union d une cellule sexuelle mâle et d une cellule sexuelle femelle, pour former une cellule œuf (@GL.) à partir de laquelle on obtiendra un nouvel individu. Chez les animaux, ainsi que la plupart des exemples végétaux que nous étudierons ici, les cellules sexuelles sont des cellules spécialisées appelées gamètes (@GL.). Juste avant la fécondation, plusieurs gamètes mâles sont amassés autour du gamète femelle, mais un seul et unique gamète mâle s unit avec le gamète femelle. La reproduction asexuée (ou multiplication végétative (@GL.)) ne fait intervenir qu un seul individu. Il donnera naissance à un ou plusieurs individus. Ce mode de reproduction ne fait pas intervenir de fécondation, et donc de cellule œuf. Grâce à des phénomènes génétiques complexes, les individus issus de la reproduction sexuée sont génétiquement différents de leurs parents : cela est particulièrement visible pour l espèce humaine, mais existe aussi pour tous les autres individus à reproduction sexuée.

14 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT LES MODES DE REPRODUCTION DES ÊTRES VIVANTS Par contre, la reproduction asexuée engendre des «clones» : c est-à-dire des individus qui sont génétiquement identiques entre eux, et à l individu qui les a engendrés. Il est important de noter que la reproduction asexuée n exclut pas la reproduction sexuée : les êtres vivants peuvent présenter les deux modalités de reproduction Modalités de la reproduction sexuée chez les animaux comportements favorisent le rapprochement des deux partenaires, donc l accouplement. Certaines espèces à fécondation externe présentent aussi des comportements pour faciliter la rencontre des gamètes : on peut citer le cas de grenouilles ou de poissons dont la parade permet la libération simultanée des gamètes, augmentant ainsi leur chance de rencontre Différents types de reproduction selon les modalités de développement de la cellule œuf 50 Les gamètes sont produits par les organes reproducteurs appelés testicules et ovaires. Hormis quelques cas particuliers tel que l hermaphrodisme (ex : escargot), testicules et ovaires sont portés par des individus différents : - les testicules produisent les gamètes mâles, ou spermatozoïdes (@GL.) ; - les ovaires produisent les gamètes femelles, ou ovocytes (@GL.). NB : par abus de langage, on emploie parfois le terme d ovule pour désigner l ovocyte. Cependant, au sens strict, l ovule (@GL.) désigne le tout dernier stade de maturation d un ovocyte. Les types de reproduction diffèrent selon les modalités de rencontre des gamètes, et selon les modalités de développement de la cellule œuf obtenue Différents types de reproduction selon les modalités de rencontre des gamètes On distingue des organismes à fécondation externe (@GL.) et des organismes à fécondation interne (@GL.). Fécondation interne : les gamètes mâles sont émis dans les voies génitales femelles, où ils rencontreront les ovocytes. Ce mode de fécondation implique généralement un accouplement. On trouve généralement ce type de fécondation chez les espèces vivant en milieu terrestre. On la rencontre chez les mammifères (même les mammifères aquatiques), les oiseaux, les reptiles ou les insectes. On distingue des organismes vivipares (@GL.) et des organismes ovipares (@GL.). Chez les organismes ovipares, la cellule œuf est émise dans le milieu extérieur, où elle va se diviser pour former un embryon. On appelle œuf (@GL.) ces éléments formés dans le milieu ou émis par les femelles ovipares, renfermant d abord la cellule œuf, puis l embryon qui en sera issu. Des systèmes de protection permettent de préserver l embryon en cours de formation : - une gangue gélatineuse, par exemple chez les amphibiens ; - une enveloppe plus ou moins souple, chez les insectes ou autres invertébrés ; - une coquille à base de calcaire, qui peut rester souple (reptiles) ou être rigide (oiseaux). La nutrition de l embryon est assurée par des réserves stockées au préalable dans la cellule œuf. Par exemple, dans l œuf de poule, le «jaune» est la cellule œuf gorgée de réserves nutritives. Chez les organismes vivipares, la cellule œuf se développe dans les voies génitales de la mère. C est le cas des mammifères. L embryon obtenu à partir de la cellule œuf va s implanter dans l utérus et s y développer. La nutrition de l embryon est assurée par des échanges entre le sang de la mère et le sang de l embryon. Hormis le cas des mammifères de type marsupiaux (avec poche ventrale, comme les kangourous), ces échanges se font grâce à un organe spécialisé : le placenta (@GL.). (@DOC. Embryon se développant dans l utérus de sa mère) 51 Fécondation externe : les gamètes sont émis dans le milieu extérieur, dans l eau pour la grande majorité des cas. On rencontre généralement ce type de fécondation chez les espèces aquatiques. Il n y a pas d accouplement, et les gamètes libérés vont se rencontrer au gré du hasard dans ce point d eau puis ils vont s unir. Les gamètes sont émis en très grande quantité pour optimiser leurs chances de rencontre. La fécondation, donc la rencontre des gamètes, peut être facilitée par des comportements sexuels (parades nuptiales). Chez les espèces à fécondation interne, ces Il existe un autre cas de figure un peu particulier : l ovoviviparité. Dans ce cas, les œufs ne sont pas pondus mais se développent dans les voies génitales de la mère. L embryon puise dans les réserves nutritives stockées initialement dans la cellule œuf et n entretient aucun échange avec l organisme maternel. Après éclosion, les jeunes sont expulsés des voies génitales de la mère. On rencontre ce type de développement très particulier chez les requins, les guppy (poissons d aquarium), les vipères et les pucerons. (@AI. QCU reproduction animale)

15 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT LES MODES DE REPRODUCTION DES ÊTRES VIVANTS 2.3. Modalités de la reproduction sexuée chez les plantes à fleurs Les organes reproducteurs des plantes à fleurs L autopollinisation est possible chez ces plantes, puisque le pollen d une fleur peut féconder le pistil de la même fleur. Il peut aussi se déposer sur le pistil d autres fleurs de la plante. 52 Les fleurs sont les organes reproducteurs des plantes à fleurs. Elles possèdent quatre ensembles de pièces florales : - les sépales, dont l ensemble constitue le calice de la fleur ; - les pétales, dont l ensemble constitue la corolle de la fleur ; - les étamines (@GL.), dont l ensemble constitue l appareil reproducteur mâle (ou androcée) ; - le pistil (@GL.), qui correspond à l appareil reproducteur femelle (aussi appelé gynécée (@GL.)). Seuls le pistil et les étamines sont les pièces fertiles d une fleur. (@DOC. Schéma d une fleur et de ses organes reproducteurs vus en coupe) L anthère des étamines est une sorte de sac dans lequel les grains de pollen sont fabriqués. À maturité, l anthère s ouvre et libère le pollen, sous la forme d une fine poudre jaunâtre (chaque grain de pollen est composé de deux cellules). Au moment de la fécondation, chaque grain de pollen pourra produire deux gamètes mâles. Le pistil est composé d un ovaire renfermant des ovules. Ces termes ont été donnés par analogie aux animaux, mais ne correspondent pas tout à fait aux structures rencontrées chez ces derniers. En effet, les ovules sont ici des organes renfermant chacun un gamète femelle (appelé ici oosphère (@GL.). L ovaire est surmonté d une partie allongée, le style, terminé par des stigmates gluants, capables de retenir le pollen. Pour que la fécondation ait lieu, les grains de pollen d une espèce doivent atteindre le stigmate d une fleur de la même espèce. Selon les modalités mises en œuvre, on distingue plusieurs types de pollinisation, donc de reproduction chez les plantes à fleurs. (@AI. La reproduction végétale) Les différents types de pollinisation On distingue deux modes de pollinisation : - la pollinisation croisée (@GL.) : le pollen d une plante vient se déposer sur le stigmate d une fleur d une autre plante ; - l autopollinisation (@GL.) : le pollen d une plante vient se déposer sur le stigmate d une fleur de la même plante. La plupart des espèces ont des fleurs dotées des deux types d appareils reproducteurs : ce sont des plantes à fleurs bisexuées. Exemples : rose, pommier, bouton d or, lys... La pollinisation croisée est également réalisable, et elle est même la seule à intervenir chez de nombreuses espèces : il existe, en effet, des mécanismes empêchant l autofécondation pour favoriser les échanges génétiques entre individus différents. D autres espèces possèdent des fleurs exclusivement mâles et des fleurs exclusivement femelles, coexistant sur la même plante. Ce sont des plantes monoïques (GL.). Exemples : maïs, chêne, bouleau... Ici aussi, l autopollinisation est possible, mais bien souvent, c est la pollinisation croisée qui est de règle. Il existe aussi des espèces avec des plantes portant uniquement des fleurs femelles, et des plantes portant uniquement des fleurs mâles. Ce sont des plantes dioïques (@GL.). Exemples : kiwi, dattier, peuplier, gui... Dans ce cas-là, la pollinisation croisée est la seule possible. (@AI. La pollinisation) Pour réaliser une pollinisation croisée, un vecteur doit transporter le pollen d une plante à une autre. Ce transport s effectue généralement par le vent ou les insectes Le déroulement de la fécondation Dans un premier temps, des grains de pollen d une espèce doivent se déposer sur le stigmate d une fleur de la même espèce. Un tube émerge alors de chaque grain de pollen : c est le tube pollinique. Le tube pollinique s introduit dans le stigmate et s allonge ensuite tout le long du style pour parvenir finalement dans l ovaire. Chaque tube pollinique peut alors pénétrer dans un ovule et y injecter deux gamètes mâles. Un des deux gamètes mâle s unit avec le gamète femelle : c est la fécondation, qui donne naissance à une cellule œuf. (@DOC. Déroulement de la fécondation chez une plante à fleur) Suite à la fécondation, la fleur va se transformer : - certaines parties de la fleur (généralement l ovaire) vont se charger de réserves nutritives et former le fruit ; - chaque ovule fécondé va former une graine (@GL.) ; - au sein de chaque graine, la cellule œuf va commencer à se diviser pour former un embryon. 53

16 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT LES MODES DE REPRODUCTION DES ÊTRES VIVANTS La fécondation d une fleur conduit donc à la formation d un fruit, renfermant une ou plusieurs graines (appelées aussi pépins chez certaines espèces, et protégées dans un noyau chez d autres espèces). Chaque graine contient un embryon, qui donnera une nouvelle plante lors de la germination. Des réserves nutritives sont aussi stockées dans la graine par la plante mère. Elles serviront à nourrir l embryon au moment de la germination. Remarque : chez les plantes sans fleurs (comme les fougères par exemple), la reproduction peut faire intervenir des spores. Exemple : les tubercules de la pomme de terre. Les tubercules de pomme de terre sont des organes de réserves (voir chapitre sur les stades de développement). La plante fabrique de nombreux tubercules, et chacun d entre eux est capable de donner une nouvelle plante. Ainsi, à partir d une seule plante mère, on peut obtenir de nombreux plants génétiquement identiques. Ce mode de reproduction est si efficace que pour produire des pommes de terre, on ne sème pas les graines : on met en terre des tubercules, qui, en quelques semaines, produiront une nouvelle plante et de nombreux autres tubercules Exemples chez les animaux Chez les animaux, la reproduction asexuée est peu répandue. 54 (@DOC. Comparaison de la reproduction d une plante à fleurs et d une fougère) 2.4. Modalités de la reproduction asexuée à travers quelques exemples Exemples chez les plantes à fleurs La reproduction asexuée s effectue à partir d organes spécialisés, ou de simples fragments de tiges ou de feuilles. Il peut s agir d un bourgeonnement d un individu comme chez l hydre d eau douce. Ce bourgeon se détache de l animal et donne un nouvel individu. Lorsque le bourgeon reste accroché à l organisme initial et se développe, il se forme des colonies : c est le cas, par exemple, des coraux. On peut aussi citer le cas de la fragmentation de l individu, comme certains vers : si l animal est coupé en deux, chaque moitié est capable de régénérer la partie qui lui manque, et donne un nouvel individu à part entière. 55 Ce mode de reproduction présente un fort avantage pour les végétaux qui le pratiquent, car il permet de coloniser rapidement le milieu de vie. Reproduction asexuée sans organes spécialisés Exemple : les stolons (@GL.) des fraisiers. Les stolons sont les tiges sans feuilles qui s étendent depuis un plant de fraisier. Lorsque cette tige arrive en contact avec le sol, elle forme des racines et donne un nouveau plant de fraisier. On appelle marcottage la technique consistant à couper les stolons pour séparer du plant initial les nouveaux plants formés. (@DOC. Reproduction asexuée par des stolons chez le fraisier) La parthénogenèse (@GL.) est un mode de reproduction asexuée particulier car faisant appel aux cellules sexuelles femelles (gamètes femelles ou ovocytes) : ce processus consiste à former un nouvel individu à partir d un ovocyte, sans qu il y ait eu fécondation. Ce type de reproduction permet d obtenir de nombreux individus, sans l intervention des mâles. On rencontre la parthénogenèse chez des insectes (abeilles, pucerons, phasmes) ou même chez quelques amphibiens et reptiles. Exemple : le bouturage chez le géranium. Le bouturage consiste à obtenir une nouvelle plante, à partir d un fragment d une autre plante. Chez le géranium, on utilise une tige que l on plante en terre ou que l on place dans un récipient rempli d eau : la tige forme alors des racines et donne un nouvel individu, identique à la plante initiale. Reproduction asexuée avec organes spécialisés

17 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT 3. LES STADES DE DÉVELOPPEMENT DES ÊTRES VIVANTS 3.1. Les stades du développement chez les animaux Le développement d un individu s inscrit dans une histoire ayant un début (la formation de la cellule œuf) et une fin (la mort de l individu). Entre ces deux étapes, on peut repérer cinq phases essentielles : le développement embryonnaire, la naissance de l individu, son développement post-embryonnaire, le passage à l âge adulte (acquisition de la capacité à se reproduire, ou maturité sexuelle) et le vieillissement. 57 Dans le cadre de ce chapitre, nous nous intéresserons plus particulièrement au développement post-embryonnaire de l individu. Pour cela, nous comparerons les modalités de ce développement chez plusieurs types d organismes Comparaison du développement de plusieurs animaux Chez de nombreux organismes comme la souris, l homme ou l escargot, le développement est direct (@GL.) : le petit ressemble à l adulte (on lui donne le nom de jeune) et il n y a donc aucune modification importante de forme au cours de la vie. D autres organismes comme les amphibiens et la grande majorité des insectes, ont un développement indirect (@GL.) : les petits, à la naissance, sont plus ou moins différents de l adulte. Ce sont des larves, qui devront subir une métamorphose (@GL.) pour obtenir leur aspect définitif et donner un individu adulte.

18 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT LES STADES DE DÉVELOPPEMENT DES ÊTRES VIVANTS 58 On distingue deux types de métamorphoses, donc deux types de développement indirect : - le développement indirect à métamorphose incomplète (@GL.) : malgré des différences, les larves ressemblent quelque peu à l adulte. Leurs transformations s effectuent progressivement tout au long du développement ; Exemple : criquet, sauterelle, phasme... - le développement indirect à métamorphose complète (@GL.) : les larves sont radicalement différentes de l adulte, et vont se transformer de manière marquée durant une étape bien précise du développement. Exemple : grenouille, papillon, mouche... (@AI. Cycle de développement des insectes) Remarque : chez les insectes présentant une métamorphose complète, l étape durant laquelle la métamorphose a lieu s appelle le stade nymphal. Il s agit d un stade de repos apparent : l individu, appelé nymphe (@GL.), présente très peu ou pas d activité, est généralement immobile et vit sur ses réserves, alors que de profondes transformations s opèrent. La nymphe porte des noms différents selon les organismes étudiés : on parle, par exemple, de «chrysalide» (@GL.) pour les nymphes se protégeant d un cocon (ex. : chez les papillons), ou de «pupe» (@GL.) pour les nymphes se protégeant d une coque rigide (ex. : chez les mouches). (@DOC. Comparaison du développement de quatre animaux) Qu il soit de type direct ou indirect, le développement inclut une phase importante de croissance (@GL.). - la croissance discontinue (@GL.) : l augmentation de taille s effectue à certaines périodes seulement, ce qui donne une courbe de croissance présentant des paliers successifs. (@DOC. Croissance continue et croissance discontinue) La croissance discontinue se rencontre chez les animaux dotés d un revêtement cutané rigide. C est le cas, par exemple, chez les insectes et les crustacés, dont le corps est recouvert d une cuticule : une enveloppe fine et rigide qui protège le corps, et permet de le soutenir (en ce sens, c est un véritable squelette externe). La rigidité de la cuticule s oppose à une croissance continue. L animal doit donc s en débarrasser durant une courte période, période durant laquelle une phase de croissance aura lieu. On appelle mue cette phase où l animal abandonne sa cuticule. Il en fabriquera ensuite une autre, adaptée à sa nouvelle taille. Ainsi, les périodes de croissance sont cantonnées aux périodes de mues et de fabrication de la nouvelle cuticule, ce qui explique les paliers successifs dans la courbe de croissance. La croissance continue se rencontre au contraire chez les animaux dont le revêtement cutané n est pas rigide. Ainsi, la croissance peut se réaliser progressivement. Comme le revêtement cutané se renouvelle en permanence, il s adapte au fur et à mesure de la croissance. (Remarque : chez certains animaux comme les serpents, la croissance est continue, mais ce n est pas le cas pour le renouvellement cutané. Lorsque l animal a trop grandi et que sa peau est devenue trop exiguë, elle se déchire et se détache : on parle là aussi de mue, mais il s agit d un phénomène différent de celui évoqué lors des croissances discontinues des insectes et des crustacés). 59 La croissance est une augmentation de masse de matière, qui se traduit par une augmentation irréversible de la taille et/ou de la masse corporelle. Chez les animaux, elle est surtout présente de la naissance à l âge adulte. Elle s arrête alors et l individu cesse de grandir. On dit que la croissance des animaux est «définie» (@GL.) (contrairement aux végétaux qui ont une croissance «indéfinie» (@GL.), qui se poursuit tout au long de leur vie ). On distingue plusieurs modes de croissance, que nous allons présenter dans le paragraphe suivant. TABLEAU RÉCAPITULATIF Développement DIRECT INDIRECT métamorphose Métamorphose complète Métamorphose incomplète croissance continue discontinue continue discontinue continue discontinue exemples Souris Homme Escargot Collembole* Grenouille Papillon Mouche Sauterelle Phasme Les différents modes de croissance chez les animaux * Collembole = petit insecte primitif sans ailes, vivant dans le sol. On distingue deux modes de croissance : - la croissance continue (@GL.) : l augmentation de taille est progressive, sans paliers ou interruption, depuis la naissance jusqu à l âge adulte ;

19 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT LES STADES DE DÉVELOPPEMENT DES ÊTRES VIVANTS 3.2. Les stades du développement chez les végétaux La croissance de la plantule 60 Chez les végétaux, la reproduction asexuée (ou multiplication végétative) est assez fréquente : le bouturage permet, par exemple, d obtenir un nouvel individu identique au premier. Pour étudier le développement des végétaux, nous nous limiterons, cependant, à la reproduction sexuée des plantes à fleurs. Le développement de l individu aura donc pour point de départ la graine De la graine à la plante La graine est un organe issu de la fécondation (voir le chapitre «reproduction des êtres vivants» pour plus de détail). Elle renferme un embryon, formé à partir de la cellule œuf, et des tissus de réserves nutritives (les cotylédons). L ensemble est protégé par une enveloppe appelée tégument. C est l embryon contenu dans la graine qui sera à l origine d une nouvelle plante, après une phase de germination. Toutefois, ce processus n intervient pas immédiatement après la libération des graines. Il existe, en effet, une phase de dormance durant laquelle la germination est inhibée. L embryon mène une vie ralentie et la graine peut se conserver plusieurs années. La dormance est généralement levée grâce à des facteurs de l environnement, comme une exposition prolongée au froid (longue exposition au froid hivernal par exemple). Lorsque la dormance a disparu, la germination intervient si les conditions du milieu sont favorables : - humidité suffisante ; - température adéquate ; - présence d oxygène. L embryon se développe et grandit en puisant dans les réserves contenues dans la graine. Il se forme de petites racines (radicules) et une petite tige (tigelle, pourvue des premières feuilles), qui percent le tégument de la graine et s allongent. Durant la germination, cette jeune plante (ou plantule) ne réalise pas encore la photosynthèse (@GL.) pour subvenir à ses besoins nutritifs : elle utilise uniquement les réserves stockées dans la graine par la plante mère (voir le chapitre sur la nutrition des végétaux verts : les plantes vertes sont autotrophes (@GL.) grâce à la photosynthèse, mais elles sont hétérotrophes (@GL.) durant la phase de germination). Chez les végétaux, la croissance se produit durant toute la vie : elle est indéfinie (chez les animaux, elle est définie : limitée à une partie de la vie, allant de la naissance à l âge adulte). Une croissance indéfinie ne signifie pas que la plante est immortelle : elle va simplement continuer sa croissance jusqu à sa mort. Pour les plantes pérennes (ou vivaces) : la mort survient au bout de plusieurs années. Entre temps, la plante aura fleuri plusieurs fois et émis des graines dans son milieu de vie. Dans les zones tempérées, elle doit aussi affronter l hiver chaque année, et se maintenir malgré les conditions défavorables du milieu à cette saison. Certaines plantes vivaces se maintiennent en permanence au dessus du sol, même durant l hiver. C est le cas des arbres et des arbustes. La plupart des arbres perdent leurs feuilles et mènent ensuite une vie ralentie. Il s agit d une adaptation qui prévient la dessiccation durant cette saison, où les racines ne peuvent puiser l eau gelée du sol. D autres plantes vivaces disparaissent en surface durant l hiver et ne subsistent que sous la forme d un organe souterrain de réserve. À partir des réserves nutritives de cet organe, la plante pourra se reconstruire en surface lorsque les conditions redeviendront favorables. Elle formera un nouvel organe de réserve pour passer l hiver suivant. On distingue trois types d organes de réserve : - le bulbe (@GL.) : organe formé de feuilles modifiées serrées les unes contre les autres (ex. : ail, tulipe, jacinthes) ; - le rhizome (@GL.) : tige souterraine à croissance horizontale (ex. : iris, chiendent, muguet) ; - le tubercule (@GL.) : organe renflé, issu de la transformation de certains organes de la plante. On peut citer, par exemple, la pomme de terre (tubercules issus des extrémités de tiges) ou le dahlia (tubercule issu de la racine). (@DOC. Un rhizome d iris) Pour les plantes bisannuelles : la mort survient au bout de deux années. À la fin de la première année, la plante survit dans le sol durant la mauvaise saison, sous la forme d un organe souterrain de réserve. On peut citer, par exemple, l oignon (bulbe), la carotte et le radis (tubercule formé par la zone située entre la tige et la racine), ou encore la betterave à sucre (tubercule racinaire). À partir des réserves de cet organe, une plante pourra se former la deuxième année. Elle émettra des graines dans le milieu de vie, avant de disparaître (Remarque : on observe rarement cette floraison pour les plantes cultivées comme les carottes, puisqu on les retire de terre avant leur deuxième année pour consommer leur organe de réserve). 61

20 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT Pour les plantes annuelles : la mort intervient au bout d une année ou moins. Avant cela, la plante aura émis des graines dans le milieu de vie, assurant ainsi la pérennité de l espèce. Chez les arbres vivant dans des zones géographiques aux saisons bien marquées, la croissance est de type indéfinie et discontinue : elle est interrompue durant l hiver et reprend ensuite à la bonne saison. Ces arrêts saisonniers jalonneront toute la vie de l arbre. 4. L ÉVOLUTION DES ÊTRES VIVANTS Les autres plantes ont généralement une croissance indéfinie et continue : leur croissance s effectue en permanence jusqu à leur mort. (@DOC. Bilan : notion de cycle de développement Cycle de vie d une plante VF Cycle de développement) Les renseignements apportés par les fossiles Les fossiles sont des traces ou des restes d êtres vivants du passé. On les rencontre dans les roches sédimentaires et leur formation a nécessité des conditions bien particulières Quelques précisions sur la formation des fossiles La plupart du temps, seules les parties dures des organismes (squelettes, dents, coquilles,...) sont fossilisées, car les tissus mous ont déjà été décomposés. Cette fossilisation des parties dures implique, tout d abord, leur enfouissement rapide sous des sédiments. Lorsque les sédiments se transforment en roche, ces éléments sont conservés (ils peuvent ensuite subir des transformations : des minéralisations). Les parties dures peuvent aussi disparaître lors de la formation de la roche : il subsiste alors des cavités qui seront remplies plus tard par des minéraux : on obtient ainsi un moulage des éléments d origine. Si l enfouissement est très rapide et à l abri de l air, les parties molles peuvent parfois se conserver assez longtemps pour laisser une empreinte dans la roche, avant d être éliminées. Il existe aussi d autres cas de figure : - traces conservées dans la roche (ex. : empreintes de pas), car recouvertes rapidement par des sédiments ; - insectes pris dans l ambre ; - animaux congelés. (@DOC. Les étapes de la fossilisation d un squelette de poisson Les étapes de la fossilisation d une empreinte de pas de dinosaure) 63

21 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT Mise en évidence de modifications du monde vivant au cours du temps En datant les roches qui les contiennent, on peut retrouver l âge de formation des fossiles. On a ainsi une idée des organismes qui peuplaient la Terre à d autres époques. Pour interpréter les fossiles, on les compare aux êtres vivants actuels : on recherche les organismes qui en sont les plus proches de nos jours, pour déterminer quel devait être leur milieu de vie et leur mode de vie. C est le principe d actualisme (@GL.). 5. LES GRANDES ÉTAPES DE L HISTOIRE DE LA VIE ET DE LA TERRE En étudiant la répartition des fossiles au cours du temps, on repère des périodes d apparition de nouveaux organismes et des périodes de disparition d autres organismes. Par exemple, les dinosaures sont apparus il y a environ 250 millions d années et ont tous disparu il y a 65 millions d années. Les premiers représentants de la lignée humaine sont apparus bien plus tard, il y a 7 millions d années environ. Les premiers Homo sapiens (notre espèce) sont apparus il y a environ ans. 64 On peut également se rendre compte des transformations des êtres vivants au cours du temps : de nouvelles espèces se forment par l acquisition de nouvelles caractéristiques. Les fossiles sont donc des témoins de l évolution des espèces (@GL.). La Terre s est formée il y a environ 4,6 milliards d années. Sur cette jeune Terre, la température dépassait C. Une fois la surface de notre planète suffisamment refroidie, une croûte rigide s est créée, et les premiers océans se sont formés par condensation de l eau atmosphérique. La présence d eau liquide et des températures de surface plus clémentes seront favorables à l apparition de la vie. 65 L évolution des espèces est l apparition de nouvelles espèces au cours du temps, à partir d espèces préexistantes, par l acquisition de nouvelles caractéristiques. Les premiers êtres vivants sont certainement apparus il y a 3,8 milliards d années dans les océans ou autres milieux liquides. Il s agissait d organismes très simples, de type bactérie (les bactéries sont des organismes unicellulaires dépourvus de noyau pour protéger leur matériel génétique : ce sont des cellules procaryotes (@GL.)). Ces premières formes de vie devaient sans doute ressembler aux bactéries qui peuplent actuellement les sources chaudes. Les premiers organismes (toujours de type bactérie) capables de réaliser la photosynthèse (@GL.) seraient apparus vers 2,5 milliards d années. Ce processus, qui permet aux cellules de fabriquer elles-mêmes les molécules dont elles ont besoin pour vivre grâce à l énergie lumineuse, libère du dioxygène (O 2 ). Ce gaz apparaît donc dans les océans, puis l atmosphère qui en était jusque là dépourvue. La présence de dioxygène dans l environnement permettra ensuite l apparition de la respiration cellulaire (@GL.). Ce processus permet aux cellules de produire de grandes quantités d énergie pour fonctionner, favorisant l émergence de formes cellulaires plus complexes. Ainsi, vers 1,5 milliards d années apparaissent les premiers organismes unicellulaires à noyau (ce sont des cellules eucaryotes (@GL.), par opposition aux cellules procaryotes).

22 UNITÉ ET DIVERSITÉ DU MONDE VIVANT LES GRANDES ÉTAPES DE L HISTOIRE DE LA VIE ET DE LA TERRE 66 Au fil du temps, ces organismes unicellulaires eucaryotes se seraient organisés en colonies, de simples amas de cellules regroupées entre elles. Par la suite, les cellules se seraient spécialisées (certaines dans la nutrition de la colonie, d autres dans la reproduction, ou encore la locomotion), formant peu à peu de véritables tissus cellulaires. Ainsi, vers 700 millions d années, seraient apparus les premiers organismes pluricellulaires (métazoaires). Parmi eux, se trouvaient les premiers invertébrés ainsi que les premières algues pluricellulaires. Les premiers vertébrés sont apparus vers 500 millions d années. Ce sont des poissons sans mâchoires et sans nageoires. Ainsi, au début de l ère primaire (540 millions d années), le milieu marin est peuplé d une très grande diversité d organismes, comme en témoignent les gisements fossilifères datant de cette époque. Tous les grands groupes actuels d invertébrés sont représentés, ainsi que les premiers vertébrés. Jusque là, la vie s est développée en milieu aquatique. Mais depuis l apparition de l oxygène dans l atmosphère, la couche d ozone (O 3 ) s est peu à peu formée. En retenant une grande partie des rayons UV nocifs du soleil, elle autorisera le développement de la vie en dehors de l eau. Vers 400 millions d années, les premières plantes terrestres colonisent les continents, suivies par les premiers vertébrés terrestres (amphibiens). Les autres groupes de vertébrés apparaissent ensuite peu à peu. (@AI. Histoire de la Terre) 5.1. L émergence de l Homme Notre espèce (@GL.) (Homo sapiens) a pour plus proche parent actuel le chimpanzé. En plus de nos nombreuses ressemblances anatomiques, morphologiques, et embryologiques, nous possédons près de 98 % de nos gènes en commun. Les hommes et les chimpanzés ont une origine commune : nos deux espèces sont issues d une même espèce ancestrale. La séparation de la lignée qui a conduit à l Homme de la lignée qui a conduit aux chimpanzés actuels s est faite il y a environ 7 millions d années. Elle s est réalisée à partir de cette espèce ancestrale (dont les représentant n étaient ni des hommes, ni des chimpanzés), par l acquisition de nouvelles caractéristiques : - une bipédie de plus en plus perfectionnée ; - une augmentation du volume cérébral ; - une atténuation des arcades sourcilières et du prognathisme ; - l acquisition d un langage articulé ; - des outils de plus en plus perfectionnés ; - la maîtrise du feu ; - le culte des morts ; - l art. De nos jours, il n y a qu une seule espèce d homme (Homo sapiens). Mais par le passé, d autres espèces d hommes se sont succédé, et beaucoup ont même coexisté. Les espèces les plus connues de la lignée humaine sont les australopithèques (comme Lucy), les Homo habilis, Homo erectus ou Hommes de Neandertal. Attention : contrairement à ce que laissent penser certaines représentations, il ne s agit pas de nos ancêtres directs qui se seraient peu à peu transformés pour aboutir à l Homo sapiens! Ce sont simplement certains de nos «cousins» (des espèces plus ou moins apparentées à la nôtre, c est-à-dire plus ou moins proches de la nôtre dans un arbre de parenté). En étudiant ces espèces fossiles, on se rend compte que des caractéristiques comme le perfectionnement de la bipédie ou l augmentation du volume crânien se sont réalisées progressivement. (@DOC. Caractéristiques de quelques représentants de la lignée humaine) Pistes pour une démarche d investigation - À la suite d une sortie, des animaux ont été récoltés : peut-on en regrouper certains? Selon quels critères? - Réalisation d un élevage de phasmes, de souris : comment naissent les petits? comment grandissent-ils? - Naissance d un poussin : pourquoi certains œufs contiennent-ils un poussin? - Qu y a-t-il dans les cocons que l on observe dans l arbre de la cours de l école? - Des élèves découvrent une graine, et se questionnent : de quoi il s agit? à quoi ça sert? qu y a-t-il dedans? - D où viennent les fruits que l on consomme? - Que deviennent les plantes du jardin en hiver? N oubliez pas de consulter (@BIB. sur «Unité et diversité du monde vivant». 67 On appelle hominisation (@GL.) l acquisition de ces caractéristiques. Il s agit d une évolution à la fois biologique et culturelle.

23 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE 1. LA NUTRITION DES VÉGÉTAUX VERTS Introduction L éducation à l environnement et au développement durable (EEDD) est un domaine intégré à la formation des élèves tout au long de leur scolarité, depuis l école primaire. Elle les amène à prendre conscience des questions environnementales, et elle leur montre la nécessité d adopter des comportements responsables. Les élèves sont particulièrement sensibles à ces questions. Nous apporterons ici des connaissances scientifiques indispensables au futur professeur des écoles pour aborder l EEDD avec ses élèves. Les connaissances acquises en histoire/géographie contribuent également à l EEDD. En effet, le croisement des regards disciplinaires est une caractéristique même de l EEDD. 69 Nous commencerons par montrer les étroites relations existant entre les êtres vivants et leur environnement. Pour cela, nous nous appuierons sur le thème de la nutrition : tous les organismes quels qu ils soient ont besoin de construire leur propre matière pour grandir et se développer. Ils ont donc des besoins nutritifs, qu ils peuvent satisfaire à partir des ressources disponibles dans leur environnement. La recherche de nourriture par les animaux implique également qu ils soient capables de se repérer dans leur milieu de vie, et de s y déplacer. Nous étudierons donc comment les organes des sens apportent des informations permettant aux animaux d interagir avec leur environnement, et nous présenterons les divers modes de déplacement dans le milieu de vie. Pour finir, nous illustrerons la fragilité de notre environnement en nous appuyant sur le thème de l eau.

24 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE La nutrition des végétaux verts Les végétaux verts doivent leur coloration à un pigment présent dans leurs cellules. Ce pigment est la chlorophylle On utilisera donc préférentiellement le terme de végétaux chlorophylliens pour désigner les végétaux verts Les besoins nutritifs des végétaux chlorophylliens LA NUTRITION DES VÉGÉTAUX VERTS plastique autour d une plante verte : la vapeur d eau transpirée se condense sur le plastique et forme des gouttelettes La transformation des substances minérales en molécules organiques au niveau des feuilles Le processus impliqué 70 matière Les substances indispensables à la nutrition des végétaux chlorophylliens La croissance et le développement d un organisme impliquent la production de On appelle matière organique la matière produite par les êtres vivants. Elle est composée de molécules organiques (@GL.) (les glucides, les lipides et les protides) : - les glucides sont les «sucres», au sens très large du terme : glucose, amidon, saccharose, fructose, etc. ; - les lipides sont les «graisses», au sens très large du terme : acides gras, triglycérides, cholestérol, etc. ; - les protides, dont font partie les protéines, sont des molécules aux rôles très variés dans les cellules. La transformation des substances minérales en molécules organiques au niveau des feuilles ne s effectue qu en présence de lumière : cette dernière apporte, en effet l énergie nécessaire aux réactions chimiques impliquées dans le processus. La chlorophylle est tout aussi indispensable, puisque c est elle qui est chargée de capter l énergie lumineuse. Cette fabrication (synthèse) de molécule organique à la lumière est appelée photosynthèse. Elle produit aussi du dioxygène (O 2 ) qui sera libéré dans l environnement. On peut résumer la photosynthèse de la façon suivante : 71 Les végétaux chlorophylliens ne prélèvent pas directement ces molécules dans leur milieu de vie (contrairement aux animaux qui les trouvent dans les aliments qu ils consomment). Ils prélèvent seulement des substances minérales dans leur environnement : - grâce aux racines, ils puisent l eau et les sels minéraux (azote, potassium,...) du sol ; - grâce aux feuilles, ils puisent le dioxyde de carbone (CO 2 ) atmosphérique. Les végétaux chlorophylliens doivent alors transformer ces substances minérales en molécules organiques, pour subvenir à leurs besoins. Cette transformation s opère au niveau des feuilles Le transfert de l eau et des sels minéraux vers les feuilles L eau et les sels minéraux sont transportés jusqu aux feuilles grâce à la sève brute (@GL.). La sève brute est un liquide formé au niveau des racines et distribué vers les parties aériennes de la plante, composé principalement d eau et de sels minéraux. La circulation de la sève brute permet d existence d un véritable flux d eau traversant la plante, depuis les racines jusqu aux feuilles. Une partie de cette eau sera d ailleurs perdue au niveau des feuilles et rejetée sous forme de vapeur dans l environnement : ce phénomène s appelle la transpiration. Il est facilement observable en disposant un sac en Quelques précisions Remarque 1 - Comme la lumière est indispensable à l obtention des molécules organiques, on comprend pourquoi une plante verte privée de lumière meurt rapidement : dans l incapacité de fabriquer ces molécules indispensables, elle finit par mourir. Remarque 2 - Le dioxygène libéré par photosynthèse pourra servir à la respiration de la plante ou d autres êtres vivants. Attention : il est important de noter que les végétaux chlorophylliens respirent eux aussi! Leur respiration a lieu en permanence (jour et nuit, donc aussi bien à la lumière qu à l obscurité). Cependant, on ne peut mettre en évidence les échanges gazeux respiratoires qu à l obscurité : à la lumière, ils sont masqués par les échanges gazeux de la photosynthèse. À l obscurité, uniquement la respiration : la plante rejette du CO 2 et consomme de l O 2. À la lumière, respiration et photosynthèse : - la plante consomme beaucoup de CO 2 pour la photosynthèse, ce qui masque les rejets de CO 2 de la respiration ; - la plante rejette beaucoup d O 2 par photosynthèse, ce qui masque la consommation d O 2 pour la respiration.

25 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE 1.3. Notion d autotrophie et d hétérotrophie Le mode de nutrition des végétaux chlorophylliens est donc très différent du mode de nutrition des animaux. On utilise les termes d autotrophie et d hétérotrophie pour désigner ces deux modes de nutrition. 2. LES RELATIONS ALIMENTAIRES ENTRE LES ÊTRES VIVANTS Les végétaux chlorophylliens sont des organismes autotrophes (@GL.) : ils sont capables de fabriquer leurs propres molécules organiques, à partir des substances minérales puisées dans leur milieu de vie, grâce à la photosynthèse. Ces molécules organiques leur serviront à construire leur propre matière organique (@GL.). 72 Les animaux (mais aussi les champignons) sont des organismes hétérotrophes (@GL.) : ils se procurent les molécules organiques dont ils ont besoin en consommant la matière organique d autres êtres vivants. Ils fabriquent ensuite leur propre matière organique à partir de ces molécules. Nous avons défini ici l autotrophie des végétaux chlorophylliens, en raisonnant à l échelle d une plante entière. Ce n est pas aussi simple lorsqu on raisonne au niveau des différents organes d une plante. En effet, les organes verts (contenant donc de la chlorophylle) peuvent réaliser la photosynthèse et produire leurs molécules organiques. Mais les organes non-verts, comme les racines, sont incapables de faire la photosynthèse. Les molécules organiques leur sont apportées depuis les organes verts, grâce à la sève élaborée (@GL.). La sève élaborée est un liquide contenant de l eau et des molécules organiques produites au niveau des feuilles et distribuées vers les autres organes. Les organes verts sont donc des organes autotrophes alors que les organes non-verts sont des organes hétérotrophes. Au moment de la germination, les végétaux chlorophylliens ont un mode de nutrition hétérotrophe : la jeune plantule consomme les molécules organiques stockées dans la graine par la plante mère, pour assurer sa croissance et son développement. Elle deviendra ensuite autotrophe lorsque ses organes verts seront assez nombreux et développés pour assurer une photosynthèse efficace. (@AI. Nutrition des plantes QCU Nutrition végétale) L étude des relations alimentaires (relations trophiques) entre les êtres vivants s envisage à l échelle d un écosystème (@GL.) Qu est-ce qu un écosystème? Quelques définitions On appelle écosystème un ensemble formé par : - tous les êtres vivants du milieu étudié, et les relations qu ils vont tisser les uns avec les autres. Cette composante de l écosystème est appelée la biocénose (@GL.) ; - le milieu de vie de ces êtres vivants, et l ensemble des caractéristiques physico-chimiques de ce milieu. Cette composante de l écosystème est appelée le biotope (@GL.). Les caractéristiques physico-chimiques d un milieu de vie sont, par exemple, sa luminosité, sa température moyenne, la qualité de l eau... Tous ces facteurs non biologiques sont qualifiés de «facteurs abiotiques». Les relations tissées entre les êtres vivants de l écosystème sont qualifiées de «facteurs biotiques» Les niveaux d étude d un écosystème La notion d écosystème peut s envisager à différentes échelles : - l écosystème global (la Terre dans son ensemble) ; - les grands écosystèmes (la forêt équatoriale, l océan atlantique...) ; - les écosystèmes plus réduits (un étang, une mare, une haie, une prairie...) ; - les micro-écosystèmes (un tronc d arbre, un mur...). 73

26 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE LES RELATIONS ALIMENTAIRES ENTRE LES ÊTRES VIVANTS Quelle que soit l échelle considérée, il est toujours possible de définir le biotope et d étudier la biocénose : liste des espèces, adaptations de celles-ci, abondance des populations de chaque espèce... Ainsi, l étude d un écosystème revient à analyser : - les éléments qui le constituent (éléments du biotope et de la biocénose) ; - sa structure : la distribution spatiale de ses éléments ; la taille et les limites de cet écosystème ; - son peuplement : quantité de chaque type d organisme peuplant l écosystème ; - son fonctionnement : interactions entre les divers éléments qui le composent. Les organismes hétérotrophes sont, quant à eux, qualifiés de consommateurs (primaires, secondaires, tertiaires... selon leur place dans la chaîne alimentaire). Ils forment une «chaîne de consommateurs». Les organismes hétérotrophes sont aussi des producteurs, puisqu ils utilisent les molécules organiques obtenues dans leurs aliments pour fabriquer leur propre matière. On leur donne donc aussi le nom de producteur secondaire, tertiaire, quaternaire... selon leur position dans la chaîne alimentaire. Un exemple de chaîne alimentaire Parmi ces interactions, on peut citer celles que nouent entre eux les êtres vivants de l écosystème. Ces relations sont essentiellement basées sur la nutrition Les relations alimentaires au sein d un écosystème Une organisation en chaînes alimentaires 74 Dans un écosystème, certains êtres vivants sont mangés par d autres. Des êtres vivants qui se nourrissent d autres êtres vivants forment une chaîne alimentaire. Chaque être vivant est un maillon de cette chaîne, ou «niveau trophique» (@GL.). Légende : Chêne (feuilles) Un maillon de la chaîne (niveau trophique) 75 autotrophe. Quelle que soit la chaîne considérée, elle débute toujours par un organisme «est mangé par» En effet, ces organismes sont capables de fabriquer leurs propres molécules organiques et ne sont tributaires d aucun autre organisme pour les produire. Par contre, les maillons suivants sont composés d organismes hétérotrophes : ils consomment d autres êtres vivants pour obtenir leurs molécules organiques, et les utilisent ensuite pour fabriquer leur propre matière. Ainsi, les organismes autotrophes sont les initiateurs d un flux de molécules organiques qui vont se transmettre tout le long de la chaîne alimentaire, de niveau trophique en niveau trophique. primaires. Pour cette raison, les organismes autotrophes sont qualifiés de producteurs Des connections entre les chaînes alimentaires La litière (@GL.) du sol est composée de déchets et les cadavres de divers êtres vivants (matière organique morte). Ces matériaux peuvent être consommés par des organismes du sol comme certains vers et arthropodes. Ce sont des détritivores (@GL.). Ils fournissent alors une matière organique résiduelle qui peut à son tour être consommée par des organismes décomposeur (@GL.) : des champignons et des bactéries. L action de ces décomposeurs transforme la matière organique résiduelle en diverses substances minérales, formant l humus (@GL.) du sol. Les détritivores et les décomposeurs sont des organismes hétérotrophes qui forment de véritables chaînes alimentaires (chaînes de détritivores et décomposeurs). Les différentes chaînes de consommateurs peuvent être connectées à ces chaînes de décomposeurs-détritivores, puisque chaque niveau trophique d une chaîne est susceptible d alimenter ces organismes du sol.

27 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE LES RELATIONS ALIMENTAIRES ENTRE LES ÊTRES VIVANTS De plus, les consommateurs d une chaîne alimentaire ont souvent des régimes alimentaires très variés : ils peuvent se nourrir de divers types d êtres vivants. mille alors qu il n y a que des centaines de petits poissons. Les gros poissons se comptent seulement par dizaines. 76 Ainsi, un animal omnivore peut tantôt être un consommateur primaire lorsqu il mange des végétaux, tantôt consommateur secondaire ou tertiaire lorsqu il utilise de la nourriture animale. Pour ces différentes raisons, les différentes chaînes alimentaires d un écosystème ne sont pas isolées les unes des autres : elles sont interconnectées, et forment de véritables réseaux : les réseaux trophiques. Remarque : dans ces relations trophiques, nous pouvons aussi évoquer deux cas particuliers, liés à des modes de vie singuliers : la symbiose et le parasitisme. La symbiose (@GL.) est une relation à bénéfice réciproque, et chaque espèce ne peut vivre harmonieusement sans l autre (ex. : les lichens). Dans le cas des relations alimentaires, l un des partenaires (ou les deux) apporte à l autre les éléments nutritifs dont il a besoin. Le parasitisme (@GL.) est le cas de figure où deux espèces sont intimement associées et l espèce parasite vit aux dépens de l espèce hôte (gui, ténia, tique, sangsue, etc.). Dans le cas des relations trophiques, le parasite prélève une partie des éléments nutritifs de l autre, sans aucune contrepartie : il se nourrit à ses dépends. (@DOC. Une compétition pour la survie) On peut représenter cette organisation des écosystèmes par des pyramides des nombres. On superpose des rectangles de même hauteur dont la longueur est proportionnelle au nombre d individus à chaque niveau. Le nombre d individus décroît généralement du premier au dernier niveau. On peut aussi utiliser une pyramide des biomasses. (@DOC. Exemples de pyramides des biomasses). La biomasse (@GL.) correspond à la quantité de matière présente dans un niveau trophique (ou dans l écosystème entier) à un moment donné. La pyramide des biomasses indique donc pour chaque niveau trophique la quantité de matière présente. Elle diminue de niveaux trophiques en niveaux trophiques, en relation avec la diminution du nombre d individus Le maintien de cet équilibre au cours du temps Toute variation de production dans un niveau trophique a forcément des répercutions dans les niveaux trophiques supérieurs. Par exemple, une diminution du nombre de lièvres dans un écosystème aura pour conséquence une diminution du nombre de renards dans ce même écosystème, puisqu ils auront moins de nourriture pour subvenir à leurs besoins L équilibre des écosystèmes Une régulation du nombre d individus Dans un niveau trophique donné, une partie seulement des molécules organiques consommées est réellement utilisée pour construire de la matière. Une partie de ces molécules est en effet dégradée, et une autre partie est éliminée dans l environnement. Donc seule une petite portion des molécules organiques d un niveau trophique sera utilisable pour le niveau trophique suivant. En contrepartie, la diminution du nombre de renards favorisera ensuite l augmentation du nombre de lièvres car ces derniers auront moins de prédateurs. Il se crée ainsi un équilibre dynamique entre les niveaux trophiques, qui permet de maintenir l équilibre de l écosystème. (@AI. Chaîne alimentaire QCU Chaîne alimentaire) Ainsi, pour obtenir suffisamment de molécules organiques, les consommateurs d un niveau trophique doivent ingérer une plus grande quantité de matière que les consommateurs du niveau précédent. Cela impose donc dans les écosystèmes des consommateurs de moins en moins nombreux au fil des niveaux trophiques successifs. Par exemple, dans un étang, les algues chlorophylliennes microscopiques (autotrophes) se comptent par milliards. Les protozoaires (animaux unicellulaires) qui s en nourrissent par millions. Les petits animaux qui s en nourrissent atteignent la dizaine de

28 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE 3. ADAPTATION DES ÊTRES VIVANTS AUX CONDITIONS DU MILIEU DE VIE 3.1. Percevoir son environnement La réception d informations provenant du milieu de vie Les êtres vivants perçoivent en permanence des stimulations (ou stimuli = pluriel de stimulus) en provenance de leur milieu de vie, qui les informent sur l environnement qui les entoure. Mêmes si les végétaux perçoivent des stimuli de leur milieu de vie, nous nous limiterons ici à l étude des animaux. Ces derniers perçoivent dans leur environnement des informations utiles comme la présence de congénères, l arrivée d un prédateur ou d une proie, ou encore un changement de température Chaque type de stimulus (@GL.) est capté par un organe sensoriel (@GL.). Par exemple les stimuli de nature visuelle sont captés par les yeux. Chaque organe sensoriel possède, en effet, des cellules spécialisées dans la réception de stimuli bien précis : on appelle ces cellules des récepteurs sensoriels (@GL.). Dans le cas de l œil, les récepteurs sensoriels sont situés dans la rétine et ils sont sensibles à la lumière. Lorsqu ils reçoivent un stimulus, les récepteurs sensoriels sont activés : ils élaborent alors un message nerveux contenant une information bien précise, relative au stimulus capté. Ce message doit ensuite parvenir au système nerveux central (@GL.) de l animal où l information sera traitée. Le système nerveux central d un animal de type vertébré est composé du cerveau (ou encéphale (@GL.)) protégé dans le crâne, et de la moelle épinière (@GL.) protégée dans la colonne vertébrale. Des nerfs assurent le transfert des

29 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE ADAPTATION DES ÊTRES VIVANTS AUX CONDITIONS DU MILIEU DE VIE messages depuis les organes sensoriels jusqu au système nerveux central. On appelle ces nerfs des nerfs sensitifs (ou afférents), et les messages qu ils véhiculent des messages sensitifs (ou messages afférents). Exemple de communication nerveuse dans l organisme) Bilan récapitulatif L élaboration d une réponse à la stimulation Le message sensitif est traité dans des zones bien précises du système nerveux central. Par exemple, les messages visuels sont traités dans les aires visuelles du cerveau. Ce traitement de l information apportée par le message nerveux peut donner lieu à une réponse, afin de réagir au stimulus initial (par exemple, prendre la fuite si un prédateur a été repéré). Pour cela, un nouveau message nerveux est élaboré par le système nerveux central. Il sera adressé aux organes dont la mise en jeu permettra de répondre au stimulus. Ces organes sont qualifiés d organes effecteurs (@GL.). Cet organe effecteur est parfois une glande : un organe qui va libérer une hormone (@GL.) en réponse à la stimulation (une hormone est une substance chimique libérée dan le sang, capable d agir sur un organe pour en modifier le fonctionnement). Mais la plupart du temps, l organe effecteur est un muscle, afin de mettre en mouvement l organisme et lui permettre de réagir au stimulus. Ce type de message nerveux envoyé depuis le système nerveux central jusqu à un organe effecteur est un message moteur (@GL.) (ou message efférent). Il est véhiculé par des nerfs moteurs (@GL.) (ou nerfs efférents). La réponse des organes effecteurs (que ce soit la libération d une hormone ou la mise en jeu de muscles) se traduit souvent par une modification du comportement de l animal. 81 On appelle comportement (@GL.) une succession d actes observables, réalisés suivant une séquence bien précise, permettant d interagir avec son environnement. Il existe divers types de comportements, comme les comportements sexuels (les parades nuptiales, composées d une série d attitudes bien précises, dont l exécution aboutira à l accouplement) ou les comportements alimentaires (une succession d attitudes bien définies qui aboutira à la capture de la proie). La réalisation des comportements permet de réagir efficacement aux stimuli reçus par l organisme, et d interagir avec le milieu de vie Les différents modes de déplacement L étude des comportements apporte des réponses sur la finalité des déplacements : - recherche de nourriture ; - fuite devant un prédateur ; - défense d un territoire ; - recherche d un partenaire pour la reproduction, ou recherche d un lieu de ponte ; - migrations lors des modifications du milieu de vie. Les modes de locomotion diffèrent selon le milieu dans lequel l animal se déplace.

30 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE ADAPTATION DES ÊTRES VIVANTS AUX CONDITIONS DU MILIEU DE VIE Le déplacement sur le sol Le mode de déplacement le plus répandu est la marche, mais il existe des adaptations pour permettre la course, le saut ou la reptation. L adaptation à la course La comparaison des membres postérieurs de 3 animaux (homme, chat, cheval) permet de mieux cerner les adaptations permettant la prise de vitesse lors de la course (@DOC. Comparaison des membres postérieurs de l homme, du chat et du cheval) : La reptation - Chez les reptiles : la vipère rampe par une simple ondulation de son corps et de sa queue, en particulier grâce à l articulation de ses vertèbres. Ses écailles ventrales s accrochent au sol et lui évitent de déraper. - Chez le ver de terre : il se déplace en prenant appui avec les «crochets» ou poils durs situés sur sa face ventrale, et par contractions et relâchements successifs de la région antérieure puis de la région postérieure Le déplacement dans l air 82 - le passage de la marche à la course est à mettre en relation avec une diminution du nombre de points d appui au sol. L homme qui est plantigrade (plante des pieds reposant sur le sol) possède un nombre de points d appui important. Il y en a moins chez le chat (digitigrade : prend appui uniquement sur ses doigts) et encore moins chez le cheval qui est un onguligrade (marche sur un sabot) ; - le renforcement et l allongement de certains os du «pied» augmentent la foulée ; - l augmentation du nombre d articulations au-dessus du sol et le relèvement du talon améliorent la souplesse du mouvement ; - la puissante musculature est aussi à prendre en compte (ex : la musculature du cheval). Ainsi, parmi ces trois mammifères, le cheval apparaît comme l espèce la mieux adaptée à la course. L adaptation au saut La comparaison de trois animaux (lapin chez les mammifères, grenouille chez les amphibiens, et criquet chez les insectes) permet de mieux comprendre les adaptations à ce type de locomotion. On distingue trois types de vol : - le vol battu (ou ramé) : l animal bat activement des ailes ; - le vol plané : l animal maintient ses ailes immobiles et se laisse porter par des courants ascendants (aigle) ; - le vol parachuté, qui correspond à une chute depuis un support élevé, freinée grâce aux ailes (écureuil volant). Le vol battu est présent aussi bien chez les insectes ailés, qui possèdent des ailes membraneuses portées par le thorax, que chez les vertébrés pour qui de nombreux dispositifs anatomiques liés au vol permettent d augmenter la portance (ailes élargies de plumes chez les oiseaux, membrane alaire efficacement soutenue par le squelette modifié des membres antérieurs chez les chauves-souris...) Le déplacement dans l eau Chez les vertébrés, l adaptation à la nage présente une grande diversité selon que l animal mène une vie exclusivement aquatique ou qu il est amphibie. 83 Dans le saut, les membres postérieurs assurent la propulsion, qui fait suite à une poussée sur le sol (les membres antérieurs assurent quant à eux la réception). L adaptation au saut va de pair avec un allongement du membre postérieur, notamment de la pièce en contact avec le sol, ce qui favorise l appui. On remarque aussi que le membre postérieur présente trois parties articulées et repliées en Z, ce qui forme un système dont la détente provoque la propulsion. (N.B. : ces ressemblances entre ces animaux sont des convergences de forme : des analogies.) La nage chez les poissons La propulsion de l individu se fait par ondulations du corps et de la queue. Les mouvements de la queue et des nageoires sont dus aux contractions d une musculature importante fixée sur un squelette interne osseux. Les nageoires impaires (dorsale, caudale, anale) et les nageoires paires (pectorales et pelviennes) interviennent secondairement dans le mouvement : stabilisation de l animal (flottement, roulis, tangage), changement de direction, freinage. Les nageoires sont formées de rayons osseux qui soutiennent une fine membrane tendue. Le corps a une forme hydrodynamique : généralement comprimé latéralement, cela lui permet d affronter plus facilement la résistance de l eau.

31 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE L adaptation à la nage chez les autres groupes Chez certains invertébrés, le corps est aplati dorso-ventralement (ex. : seiche, dytique) et les organes moteurs ont une structure en rames (ex. : notonecte) ; la nage peut se faire par ondulations du corps (ex. : larve d Agrion) ou bien par réaction (ex. : larve d Aechne). 4. UNE RESSOURCE DE NOTRE ENVIRONNEMENT : L EAU Chez les amphibiens telle la grenouille, la nage se fait par les mouvements de pattes palmées ou brasse. Chez certains oiseaux, comme les canards, les pattes postérieures sont remarquablement bien adaptées à la nage : la membrane tendue entre les doigts s ouvre très largement en poussant l eau vers l arrière ce qui permet la propulsion de l animal. Chez les mammifères aquatiques comme le dauphin, les membres sont modifiés en palettes natatoires et les déplacements se font par ondulation du corps. (@AI. Adaptation) L eau, molécule très simple, existe sur Terre sous trois formes (solide, liquide et gazeuse). La vie est apparue dans l eau, elle permet le maintien de la vie. Il s agit donc d une ressource vitale, inégalement répartie, fragile et sensible aux pollutions Les besoins en eau La consommation en eau par l homme répond à différents besoins : d un organe à l autre. L eau est, de plus, indispensable aux réactions du métabolisme. Les apports doivent donc compenser les pertes causées par les urines, la transpiration et la vapeur respiratoire. Pour ce faire, nous devons consommer environ 2 litres d eau par jour (eau de boisson et eau contenue dans les aliments) ; Ces besoins sont en constante augmentation du fait de l'augmentation mondiale de la population ainsi que de l'accroissement du niveau de vie dans certains pays. Cependant, l utilisation de l eau est très inégale entre les différentes régions du monde de même que l accès à l eau. Ainsi, un européen consomme 70 fois plus d'eau qu'un habitant du Ghana La répartition mondiale de l eau Les réservoirs L hydrosphère désigne l ensemble des formes d eau présentes sur Terre (à l état solide, liquide et gazeux). 85

32 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE UNE RESSOURCE DE NOTRE ENVIRONNEMENT : L EAU Or, l homme a besoin d eau douce. La plus grande partie de celle-ci est immobilisée sous forme de glaces aux pôles. Le réservoir continental d eau douce comprend les rivières, les lacs et les nappes souterraines. Il existe également de l eau douce au niveau de l atmosphère disponible pour les êtres vivants. Les eaux superficielles, elles, s infiltrent dans le sol et le sous-sol jusqu à rencontrer une couche géologique imperméable. Elles remplissent les interstices de la couche perméable située au-dessus et forment alors la nappe phréatique. L ensemble (roche perméable + eau) est appelé aquifère. L eau quitte les aquifères par les sources, les ruisseaux et les rivières. Il faut, toutefois, noter qu une partie des eaux superficielles ruisselle en surface. L eau est en permanence recyclée sur Terre. Elle séjourne plus ou moins longtemps dans les réservoirs et circule de l un à l autre : c est le cycle de l eau (cf. point 4.3.) Une inégale répartition 86 L eau continentale est inégalement répartie à l intérieur des continents. Cela dépend des reliefs géologiques, des conditions climatiques, de la présence de végétation et de la demande de la population. Par exemple, les régions dont le bilan hydrique annuel est négatif (l évaporation est plus forte que les précipitations) sont majoritairement situées le long des tropiques (déserts chauds d Afrique du Nord et du Sud, d Australie et du Moyen-Orient). Dans ces régions, il faut alors puiser l eau dans les réserves souterraines qui, faute de précipitations, ne peuvent pas se reconstituer. De plus, les grandes métropoles sont très gourmandes en eau et ne se situent pas toujours dans des régions où l eau douce est aisément disponible. Il faut alors l acheminer depuis des zones de prélèvement parfois éloignées modifiant ainsi l équilibre écologique du milieu La pollution de l eau et la qualité de l Pollution) La modification des flux L homme peut modifier les flux lorsqu il prélève de l eau ou aménage les cours d eau pour produire de l énergie, se protéger contre les crues, pour la navigation ou l irrigation. Cela peut avoir des conséquences dramatiques d un point de vue écologique et/ou économique. On pourra ainsi citer l exemple du barrage des trois gorges en Chine (plus grand barrage du monde) ou celui de la mer d Aral asséchée depuis 30 ans à cause du détournement de deux fleuves mis en place pour l irrigation des champs de coton. Lors des études en laboratoire, pour identifier la qualité d une eau, on utilise différents indices : - la DBO (Demande biologique en dioxygène) : c est la quantité d O 2 consommée par les micro-organismes, plongés dans l obscurité (pour éviter toute photosynthèse parasite) et - la DCO (Demande chimique en dioxygène) : c est la quantité d O 2 nécessaire pour dégrader l ensemble des matières oxydables par action chimique Trajets et transformation de l eau dans la nature : le cycle de l eau Sur le schéma ci-contre, on a représenté le cycle naturel de l eau et les changements d état que l on peut observer. Des espèces biologiques, dites bioindicatrices, sont aussi utilisées comme indicateurs ne vivent que dans certaines conditions. En effet, toute pollution s accompagne d une modification de la composition faunistique du cours d eau ; certaines espèces se raréfient, disparaissent tandis que d autres prolifèrent. On peut ainsi obtenir un indice biotique (les

33 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE Dans la nature, on observe une autoépuration des eaux c est-à-dire la capacité pour les eaux naturelles d oxyder des quantités assez importantes de matière organique polluante rejetée par les activités humaines. Le renouvellement des masses d eau libres facilite cette autoépuration. Lorsque le renouvellement est faible ou l apport en matières organiques important, l autoépuration est insuffisante, on observe un excès de matière organique conduisant à une eutrophisation du milieu. Pour résumer, plus les DBO et DCO sont élevées, plus la charge en matière organique et matière oxydable est grande et donc moins il reste d O 2 disponible pour les êtres vivants. La qualité de l eau en est d autant plus mauvaise Les conséquences des pollutions Connaître le cycle de l eau, les réservoirs et leur fonctionnement permet d appréhender bien toucher la santé humaine que de nombreuses espèces animales et végétales voire même des écosystèmes entiers. En voici quelques exemples : 4.6. Les solutions La protection des zones de captage UNE RESSOURCE DE NOTRE ENVIRONNEMENT : L EAU L eau du robinet provient du milieu naturel par captage de sources, forage du sol ou pompage en rivière. L eau brute ainsi prélevée doit répondre à des normes de qualité minimum. Pour cela, le code de la Santé Publique rend obligatoire, pour chaque point de prélèvement (captage), l existence d un périmètre de protection. Le périmètre immédiat obligatoire est clos et toute activité y est interdite (loi du 9 août 2004) La potabilisation de l eau Suivant l origine et la qualité de l eau prélevée dans le milieu, on applique des traitements qui peuvent varier mais dont le principe reste le même : éliminer, par étapes successives, les différentes matières contenues dans l eau afin de la rendre potable selon les critères de potabilité. En effet, pour être potable, une eau doit être limpide, sans odeur ou goût désagréable et ne doit pas contenir d agents pathogènes. Il existe ainsi des valeurs limites pour de nombreuses substances définies par l OMS : 88 les métaux lourds, extraits du sol ou de l eau par les producteurs primaires (les végétaux), se concentrent d espèce en espèce (car non utilisés par les cellules) tout au long des chaînes trophiques et, bien sûr, la toxicité de ces micropolluants augmente avec leur concentration. C est pourquoi les principales victimes ne sont pas les végétaux mais bien les animaux prédateurs situés en bout de chaîne ; dernières reçoivent de multiples déchets dont la plupart est dégradée par les bactéries. Pourtant, certaines substances, comme les nitrates, peuvent atteindre la nappe phréatique. L eau d une nappe se renouvelant très lentement, le facteur polluant peut rester présent pendant plusieurs dizaines d années après l arrêt de la source de pollution ; éliminer la pollution qu il reçoit, c est sa capacité d «autoépuration». Pourtant, une pollution trop importante peut modifier cet écosystème. C est notamment le cas de l eutrophisation : le milieu est enrichi en matières minérales, provenant des engrais et des micro-organismes qui minéralisent la matière organique. Les végétaux se développent et obscurcissent le milieu. Ils ne peuvent alors plus réaliser de photosynthèse. Par manque de lumière, ils meurent et sont alors dégradés par des bactéries, ce qui consomme énormément d O 2 dissous. Le milieu devient anoxique (manque d oxygène). Les animaux meurent par manque d O 2 et la décomposition s accentue, augmentant le phénomène d eutrophisation. La biodiversité se réduit, les chaînes trophiques sont alors fortement perturbées. Espèces ou critère (exemples) ions nitrate ions fluorure ions sulfate arsenic mercure fer ph (traduit l acidité ou la basicité) Limite autorisée 10 µg/l 1 µg/l 200 µg/l Pour qu une eau limpide soit potable, elle doit donc obligatoirement respecter les critères évoqués ci-dessus. (@AI. Potabilisation de l eau) La dépollution naturelle des eaux ou l autoépuration L autoépuration est la capacité d une rivière à éliminer les matières organiques qu elle reçoit. Les micro-organismes, tels certaines bactéries aérobies du milieu, minéralisent les matières organiques par oxydation (@GL.). Les ions ainsi libérés bénéficient aux végétaux chlorophylliens, premiers maillons de la chaîne alimentaire. Cela dépend, bien entendu, des aquatiques a également permis de développer une technique d'épuration performante dans certaines conditions : le lagunage naturel. Il s agit d une succession de bassins dans lesquels les eaux usées s écoulent lentement par gravité. Des bactéries sont associées à des végétaux aquatiques. Les premières assurent l épuration des eaux par minéralisation en consommant 89

34 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE UNE RESSOURCE DE NOTRE ENVIRONNEMENT : L EAU 90 de l O 2 tandis que les secondes servent de support aux colonies bactériennes et produisent par photosynthèse de l O 2 bassins ont une profondeur minimale de 0,8 m afin d éviter le surdéveloppement algal et maximale de 1,2 m pour permettre la photosynthèse Le traitement des eaux usées Depuis la loi du 3 janvier 1992 sur l eau, toutes les communes de France doivent collecter et amener les eaux usées en station d épuration. Elles y subissent divers traitements. Elles sont préalablement débarrassées des déchets en suspension, des matières grasses et, éventuellement, des substances toxiques. Elles sont ensuite soumises à un traitement biologique équivalent à l autoépuration. Les bactéries actives et oxygénées minéralisent la matière organique présente dans l eau. Les eaux épurées sont ensuite rejetées dans le milieu naturel (Attention! Ces eaux ne sont pas potables). Les sédiments résiduels sont constitués de bactéries mortes et de matières minérales. On les appelle des boues d épuration. On en distingue différents types selon les traitements appliqués pour épurer l eau. Selon la réglementation communautaire, il est recommandé de recycler les déchets et donc d épandre les boues produites dans les champs. Mais en France, elles peuvent également être incinérées ou mises en décharge Attitude écocitoyenne Dans la loi du 3 janvier 1992 sur l eau, on peut lire que «l eau fait partie du patrimoine commun de la nation. Sa protection, sa mise en valeur et le développement de la ressource utilisable, dans le respect des équilibres naturels, sont d intérêt général». L objectif de cette loi est clair et doit permettre d arriver à une gestion équilibrée de l eau. Pour cela, elle vise à préserver les écosystèmes aquatiques et les zones humides, à protéger la qualité des différentes eaux (souterraines, superficielles et de mer à proximité du littoral), à développer l accès à cette ressource tout en la valorisant en tant que ressource économique. On constate aujourd hui un certain nombre d effets à cette loi : on trouve moins de phosphates dans les détergents, l utilisation des engrais et pesticides en agriculture devient plus limitée, le traitement des déchets est devenu obligatoire pour les usines, le citoyen doit limiter sa consommation d eau en cas de pénurie, des gestes quotidiens sont valorisés (éteindre le Ce sujet fait partie intégrante de l éducation à l environnement et au développement durable. 91 ADEME

35 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE 5. L ÉVOLUTION D UN ENVIRONNEMENT GÉRÉ PAR L HOMME : LA FORÊT Depuis toujours, l homme a eu besoin de la nature et de ses ressources (plantes nutritives, donc, pour lui, un écosystème naturel très exploité dont le bois est largement utilisé encore aujourd hui Le bois : un matériau d usage courant Les propriétés et les usages du bois Quelle que soit l essence de bois considérée, c est-à-dire son espèce, cinq propriétés physiques communes se dégagent : principale source d énergie pour une grande partie de l humanité (N.B. La combustion d 1kg de bois sec dégage environ kilojoules) (@GL.) ; cellulose (@GL.). Ces propriétés communes permettent de comprendre pourquoi de nombreuses essences sont utilisées pour un même usage (ex : pin et chêne en ameublement). Cependant, pour un usage précis, on choisira une essence présentant une propriété plus développée (ex. le chêne, très résistant, est utilisé dans la construction des charpentes traditionnelles ; le

36 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE Enfin, quelle que soit l essence de bois considérée, ses cellules végétales possèdent une paroi riche en lignine (@GL.) et cellulose. C est cette dernière qui est extraite pour fabriquer le papier La consommation en bois très inégalement réparties sur la surface du globe. D après la FAO (Food and Agriculture en développement. En comparant les données de 1980 à celles de 1997, on observe un accroissement de 20 millions d hectares de la surface forestière dans les pays développés et ou semi-naturelles. La consommation en bois devenant de plus en plus importante pour la construction, le chauffage ou l industrie et ce, principalement dans les pays en développement, une forte pression s exerce sur les forêts qui, si elles ne sont pas gérées efficacement, disparaissent peu à peu. L ÉVOLUTION D UN ENVIRONNEMEN GÉRÉ PAR L HOMME : LA FORÊT Le type de végétation concernant les forêts varie selon le climat. On trouve ainsi, de par le monde, cinq grands types forestiers : correspond à peu près au climat continental). Le sol n y dégèle que sur une profondeur de majoritaires en plaine et conifères prédominants en montagne ; tempéré et le climat tropical ou entre l humide et l aride. Les végétaux sont principalement des feuillus persistants, comme le chêne vert, le chêne liège, l olivier... tropicale plus ou moins boisée de feuillus ; ombrophile sempervirente) qui est dense et à feuillage persistant. Sa végétation est luxuriante. Elle se situe en climat équatorial La forêt française Forêt et écosystème forestier Les types de forêts mondiales constante (quelques hectares de plus chaque année). On peut l expliquer par la déprise agricole c est-à-dire l abandon de certaines surfaces cultivées incompatibles avec la modernisation agricole (en moyenne montagne, principalement). En revanche, le couvert forestier (surface boisée) mondial se réduit chaque année de plusieurs millions d hectares. 95 La forêt française compte environ deux tiers de feuillus et un tiers de résineux (ou conifères) représentant au total plus de 130 essences différentes Un exemple d écosystème forestier : la forêt tempérée Lorsque les écologistes étudient un milieu, ils s intéressent aux espèces animales et végétales qui le peuplent et aux relations qu elles établissent entre elles et avec le milieu considéré : c est la notion d écosystème. Il est constitué du biotope (ensemble des caractéristiques physico-chimiques du milieu : température, caractéristiques du sol, Les écosystèmes évoluent au fil du temps jusqu à atteindre un état idéal d équilibre appelé «climax». Ce dernier peut être aisément rompu si le fonctionnement de l écosystème est perturbé, en particulier par les activités humaines. Il s agit d une vaste plaine où poussent des plantes herbacées vivaces, plus ou moins parsemée d arbres et d arbustes, et qui se situe en climat tropical.

37 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE L ÉVOLUTION D UN ENVIRONNEMEN GÉRÉ PAR L HOMME : LA FORÊT La nourriture redevient abondante pour les animaux, c est la période favorable pour leur reproduction. Caractéristiques Le sol forestier 96 Cette forêt possède pour essences dominantes les hêtres et les chênes et se présente comme un peuplement étagé dans lequel on distingue différentes strates (couches horizontales déterminées en fonction de la taille des végétaux) : une strate arborescente (les arbres de plus de 10 m), une strate arbustive (les arbustes et arbrisseaux de 1 à 10 m), une strate herbacée (les plantes herbacées) et une strate muscinale (mousses et champignons). On distingue également parfois la strate hypogée ou souterraine qui concerne les racines et autres parties souterraines. Il faut également tenir compte des plantes qui en utilisent d autres comme support, par exemple le chèvrefeuille qui se fixe sur le tronc des arbres sans en être parasite mais aussi des mousses, des algues, des champignons et des lichens susceptibles de se développer sur les troncs ou les branches des arbres et arbustes. Cette forêt est également peuplée d animaux qui établissent entre eux des relations alimentaires. Des chaînes alimentaires ainsi qu un réseau trophique complexe peuvent être observés. Enfin, les êtres vivants établissent d autres relations entre eux ou avec Variation de la végétation au fil des saisons d un exemple d écosystème : une hêtraie-chênaie La forêt étant caducifoliée, lorsque la durée du jour raccourcit, les arbres perdent leurs feuilles et entrent en vie ralentie. Les plantes vivaces sont généralement réduites à une milieu de vie devient plus précaire pour les animaux (nourriture moins abondante, moins de Les sols interviennent dans tous les cycles biogéochimiques (@GL.) (cycles du carbone, de l azote, du soufre, etc.) et dans le cycle de l eau. Ils déterminent ainsi en partie la qualité des eaux, la productivité végétale mais également la biodiversité des écosystèmes terrestres. En forêt, la chute annuelle de feuilles et de bois mort, ajoutée aux déjections et cadavres représentent un apport très important de matière organique constituant ainsi la litière (@GL.) et contribuant à la formation de l humus (@GL.). La décomposition et la minéralisation de cette matière organique permettent d alimenter les plantes en éléments minéraux indispensables à leur croissance. Ces phénomènes se réalisent grâce à l activité de bactéries et de champignons ainsi que de nombreux animaux dits décomposeurs (collemboles, 5.3. Déforestation et conséquences Selon la FAO, environ 13 millions d'hectares de forêts disparaissent chaque année de la surface de la Terre. C'est ainsi l'équivalent de la superficie de l'angleterre qui disparaît tous les ans, soit un terrain de football à la seconde. La forêt est principalement menacée dans la zone intertropicale alors qu elle s'accroît en zone tempérée. Diverses raisons expliquent cette déforestation : l exploitation du matériau, les La diversité biologique ou biodiversité a été définie au sommet de la terre de Rio en 1992 comme étant la variété et la diversité du monde vivant. On distingue trois niveaux de biodiversité : la diversité génétique (variabilité des gènes au sein d une même espèce), la diversité spécifique (diversité des espèces) et enfin, la diversité écosystémique (des écosystèmes et donc des relations qui y règnent). L intervention humaine a souvent eu pour conséquence une diminution de la biodiversité. Les conséquences vont ainsi s observer à différents niveaux : entraîner une instabilité et une érosion accrue de ceux-ci, les rendant à la longue infertiles ; d eau en grande quantité. Avec le déboisement, les régions deviennent plus sèches, augmentant le risque de désertification, ce qui modifie alors le climat local ; 97

38 ENVIRONNEMENT ET DÉVELOPPEMENT DURABLE les habitats des animaux deviennent morcelés et réduits. De plus, les conditions climatiques et édaphiques étant modifiées, les espèces peuvent ne plus être adaptées aux nouvelles conditions de vie et donc disparaître, ce qui perturbe fortement les chaînes alimentaires et donc l ensemble de l écosystème. Les forêts primaires (forêts intactes, ni perturbées ni 2 pour leur photosynthèse et représentent par là même un puits de carbone important. Si le déboisement a lieu par brûlis, le CO 2 est alors directement dégagé dans l atmosphère. Le cycle du carbone s en retrouve perturbé et l effet de serre peut, de ce fait, augmenter. 1. LE MOUVEMENT LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ 5.4. Gestion des forêts et maintien d une biodiversité 98 Une gestion des forêts s avère donc nécessaire. La plantation d arbres sur des zones dont les sols sont instables, le reboisement, l exploitation forestière raisonnée et durable sont autant de projets mis en place par la FAO, l ONF... Il faut, cependant, noter que le reboisement s effectue souvent par une seule essence, ce qui limite la biodiversité (ex. pins des Landes, eucalyptus en Afrique). La gestion raisonnée des forêts est un exemple de développement durable c est-à-dire un développement qui doit répondre aux besoins présents sans, toutefois, compromettre la réponse aux besoins des générations futures. Le corps humain est composé d un ensemble d organes. Plusieurs organes qui travaillent de concert pour accomplir une même fonction sont regroupés en «systèmes» (ou «appareils»). On peut citer, par exemple, le système digestif (formé entre autre de l estomac, de l intestin grêle et du gros intestin) ou encore le système musculaire (formé des différents types de muscles tapissant les organes ou rattachés aux os). 99 L éducation au développement durable est donc un enjeu majeur. Il faudra veiller à faire prendre conscience aux élèves des problèmes liés à l environnement (exploitation, surexploitation, agir en modifiant leurs comportements. Les organes sont quant à eux composés de différents tissus (@GL.). Chaque tissu est lui-même formé d un assemblage de plusieurs cellules identiques, remplissant la même fonction biologique. (@DOC. Niveaux d organisation structurale) Pistes pour une démarche d investigation - Pourquoi la plante verte oubliée dans la classe avant les vacances est-elle morte? - Où va l eau versée dans le pot de la plante lorsqu on l arrose? - Découverte du contenu d une pelote de réjection de chouette ; NB : la manipulation des pelotes de réjection de chouette est parfois interdite pour des raisons de sécurité (risque de grippe aviaire). Il convient donc de se renseigner avant toute manipulation pouvant comporter certains risques notamment sanitaires. - À partir d élevages réalisés en classe : que mangent ces animaux? mangent-ils toujours la même chose? - Comment ont disparu les feuilles laissées à l abandon sur le sol à la fin de l automne? - Documentaire animalier : la proie a fui avant d avoir vu le prédateur. Comment a-t-elle perçu sa présence? - D où vient l eau qui tombe du ciel aujourd hui? Où va-t-elle ensuite? - Comment peut-on rendre potable l eau d une rivière? N oubliez pas de consulter (@BIB. sur l «Éducation au développement durable». Pour assurer leur fonction, les cellules ont des besoins particuliers. Nous déterminerons ces besoins en nous appuyant sur le système musculaire : à travers l étude du mouvement, nous étudierons de plus près les cellules musculaires et nous identifierons les molécules qu elles utilisent. Ces molécules doivent être prélevées dans l environnement et distribuées aux cellules des différents organes. Les systèmes digestifs, respiratoires et circulatoires sont chargés de cet approvisionnement, en travaillant en synergie. Nous verrons comment ces trois systèmes interviennent au cours des chapitres suivants. Nous terminerons cette étude des grandes fonctions de notre organisme avec la reproduction, qui prolongera les notions abordées dans la première partie du programme «Les divers modes de reproduction».

39 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LE MOUVEMENT 1.1. La mécanique du mouvement 1.2. Les besoins des cellules musculaires 100 Nous sommes capables de réaliser une très grande diversité de mouvements, souvent très complexes. Tous ces mouvements résultent de la combinaison de trois types de mouvements élémentaires : - mouvement de flexion : permet de replier une partie du corps sur une autre ; - mouvement d extension : permet de placer deux parties du corps dans le même alignement ; - mouvement de rotation : permet de faire pivoter une partie du corps par rapport à une autre. Un mouvement est assuré grâce à un déplacement de deux pièces osseuses de notre squelette l une par rapport à l autre. Cela nécessite une anatomie particulière dans la zone de contact entre les deux os : une articulation, des ligaments (@GL.), et des muscles. Une articulation est formée de deux os qui s emboîtent l un dans l autre : la tête d une pièce osseuse est insérée dans une cavité de l autre pièce osseuse, dans laquelle elle peut glisser. Ce glissement est facilité par le cartilage articulaire, un tissu blanc et lisse qui recouvre chacun des deux os dans la zone de contact. Il est aussi facilité par la présence de synovie (@GL.) dans cette zone de contact : un liquide visqueux qui lubrifie les cartilages. Les ligaments sont essentiels au fonctionnement de l articulation : ces cordons fibreux rattachent les deux pièces osseuses l une à l autre et les maintiennent ainsi emboîtées solidement. On peut connaître les besoins des cellules musculaires en comparant la composition du sang alimentant le muscle avant et après son passage dans le muscle. On constate ainsi que le sang quittant le muscle est appauvri en glucose et en dioxygène (O 2 ). Il est par contre enrichi en dioxyde de carbone (CO 2 ). Les cellules musculaires consomment donc du glucose et du dioxygène, et rejettent du CO 2. Ces échanges correspondent à la respiration cellulaire (@GL.) : le glucose est dégradé en présence du dioxygène, ce qui libère de l énergie et produit un déchet : le CO 2. On peut traduire la respiration cellulaire sous la forme de l équation bilan suivante : GLUCOSE + O 2 CO 2 + H 2 O AVEC DÉGAGEMENT D ÉNERGIE La respiration a donc pour but d approvisionner les cellules en énergie utilisable pour leur fonctionnement. Les muscles prélèvent aussi dans le sang d autres types de molécules : - des molécules organiques simples : par exemple des acides gras (lipides) et des acides aminés (protides) ; - des substances minérales : eau et sels minéraux. 101 Les muscles sont les éléments directement responsables du mouvement. Ils sont fixés aux os grâce aux tendons (@GL.), et ils leur imposent des déplacements lorsqu ils entrent en activité : lorsqu un muscle se contracte, il se raccourcit, exerçant alors une traction sur l os auquel il est attaché, et donc un déplacement de cet os. (@AI. Flexion-extension Coupe schématique du coude humain) Avec une partie de l énergie issue de la respiration cellulaire, ces divers éléments prélevés servent au fonctionnement général de la cellule. Par exemple : - édifier et entretenir la membrane de la cellule ; - édifier et entretenir l armature de la cellule ; - construire les molécules complexes impliquées dans la contraction. Pour assurer un mouvement, le fonctionnement des muscles doit être coordonné. En effet, au niveau d une articulation, on distingue généralement deux types de muscles : des muscles fléchisseurs et des muscles extenseurs. Pour réaliser un mouvement de flexion, les muscles fléchisseurs doivent se contracter, alors que les muscles extenseurs doivent se relâcher. C est l inverse pour un mouvement d extension. Ces deux types de muscles, qui ont des actions opposées au niveau d une même articulation, sont des muscles antagonistes (@GL.). C est le système nerveux, grâce aux messages moteurs qu il envoie, qui assurera le relâchement ou la contraction des muscles antagonistes. L utilisation de ces molécules génère divers déchets qui sont libérés dans le sang. On appelle métabolisme cellulaire (@GL.) l ensemble de ces réactions chimiques se déroulant dans les cellules (que ce soit pour produire de l énergie, construire de nouvelles molécules ou en dégrader). Nous avons étudié ici le métabolisme d une cellule musculaire, mais les notions dégagées peuvent être transposées aux autres cellules de l organisme. Elles ont elles aussi besoin de glucose et d O 2 pour réaliser la respiration cellulaire et produire leur énergie. Elles ont, elles aussi, besoin de diverses molécules organiques et substances minérales pour assurer leur fonctionnement général. Les systèmes digestifs, respiratoires et circulatoires vont se charger de couvrir ces besoins.

40 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ MÉTABOLISME SIMPLIFIÉ D UNE CELLULE MUSCULAIRE 2. LA DIGESTION Une vue d ensemble du processus de digestion (@AI. Appareil digestif) La digestion a pour but d obtenir des nutriments (@GL.) : des molécules simples issues de la dégradation des aliments, capables de passer dans le sang au niveau de l intestin (N.B. : il existe plusieurs définitions du terme nutriment. La définition donnée ici est celle en rapport avec le processus de digestion des aliments). Les aliments consommés progressent dans le tube digestif en passant successivement par la bouche, l œsophage, l estomac, l intestin grêle. Tout au long de ce transit, ils vont subir des transformations afin d obtenir les nutriments, qui seront absorbés au niveau de l intestin grêle et passeront dans le sang. Les aliments non digérés continueront leur transit dans le gros intestin, et deviendront les excréments, rejetés à l extérieur de l organisme. (@AI. Le tube digestif) La digestion des aliments repose sur des phénomènes chimiques et des phénomènes mécaniques : - les phénomènes chimiques correspondent à la simplification des molécules complexes contenues dans les aliments, pour obtenir les nutriments. Elle repose sur l action de substances chimiques libérées par certains organes du tube digestif : les sucs digestifs ; - les phénomènes mécaniques correspondent au broyage et au brassage des aliments, qui faciliteront l action des sucs digestifs. Cette action mécanique débute dans la bouche avec la mastication, et se poursuit dans l estomac, dont la paroi musculeuse assure un brassage efficace. 103

41 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LA DIGESTION 2.2. L action des sucs digestifs 104 Les sucs digestifs permettent la simplification des molécules complexes en nutriments grâce aux enzymes (@GL.) qu ils contiennent. Les enzymes sont des molécules de type protéine, capables d accélérer les réactions chimiques (ce sont des catalyseurs biologiques). Elles facilitent ainsi la fragmentation des molécules complexes. Il existe plusieurs types d enzymes, chacune étant spécifique d une réaction chimique. Le tableau ci-contre récapitule les sucs digestifs produits par l organisme, et leur action sur les molécules complexes des aliments. En gras figurent les molécules les plus simples obtenues, qui pourront passer dans le sang au niveau de l intestin. Remarques : - le suc gastrique présente une très forte acidité (ph compris entre 1,5 et 3,5) du fait de l acide chlorhydrique (Hcl) qu il renferme. Cela permet la dissolution des aliments, facilitant l action des sucs digestifs ; - le pancréas est une glande connectée à l intestin grêle par le canal pancréatique. Il y déverse le suc pancréatique qu il a fabriqué. Son action complète celle du suc intestinal ; - le foie est lui aussi connecté à l intestin grêle où il déverse la bile qu il a produite. La bile ne contient pas d enzymes : ce n est donc pas un suc digestif. Cependant, elle facilite la digestion des lipides car elle empêche les gouttelettes de graisse de fusionner. (@DOC. La digestion des aliments en nutriments dans le tube digestif) Glandes ou tissus élaborant le suc digestif LES SUCS DIGESTIFS ET LEURS RÔLES Suc digestif produit Type d enzyme contenue dans le suc digestif Molécule complexe transformée Molécule obtenue Glandes salivaires Salive Amylase salivaire Amidon Maltose Muqueuse de l estomac Pancréas Suc gastrique Pepsine Protéines Polypeptides Suc pancréatique Amylase pancréatique Amidon Maltose Lipase Lipides Acides gras, glycérol 105 Trypsine Protéines Polypeptides Amylase intestinale Amidon Maltose Maltase Maltose Glucose Muqueuse intestinale Suc intestinal Lipase Lipides Acides gras, glycérol Protéase Protéines Polypeptides Polypeptidase Polypeptides Acides aminés

42 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ 2.3. L absorption intestinale C est au niveau de l intestin grêle que les nutriments sont absorbés et passent dans le sang. Chez l homme, cet organe mesure entre 7 et 8 mètres de long. Sa paroi interne est tapissée de plus de 10 millions de villosités : ce sont des replis qui augmentent considérablement la surface totale de l organe. Ainsi, la surface de l intestin grêle avoisine 250 m 2, soit l équivalent de la surface d un court de tennis. L intestin grêle présente donc une très grande surface de contact avec les aliments en cours de digestion. De plus, cet organe est richement irrigué par la circulation sanguine. Ces deux caractéristiques contribuent à une absorption très efficace des nutriments. 3. LA RESPIRATION Une fois absorbés, les nutriments seront distribués aux différentes cellules de l organisme par la circulation sanguine, afin de subvenir à leurs besoins. (@DOC. Une grande surface d absorption intestinale) 106 Remarque : au niveau du gros intestin, les aliments non digérés (comme les fibres) seront déshydratés, et subiront des transformations bactériennes, pour donner les excréments. (@AI. Assimilation des aliments QCU Nutrition animale) D une manière générale, la respiration désigne l ensemble des phénomènes permettant l apport de dioxygène (O 2 ) à l organisme et le rejet de dioxyde de carbone (CO 2 ) dans l environnement. Dans son sens le plus restreint, la respiration correspond à l utilisation de l O 2 par les cellules de l organisme, afin de produire l énergie nécessaire à leur fonctionnement. Il faut donc envisager la respiration à l échelle de l organisme comme un mécanisme permettant l apport d O 2 aux cellules et l élimination dans le milieu extérieur du CO 2 produit Les mouvements respiratoires L inspiration permet d amener l air dans les poumons, plus particulièrement dans les millions d alvéoles pulmonaires qui les composent (chaque alvéole est un petit sac microscopique contenant de l air). L expiration permet de chasser l air vers l extérieur. Lors d une inspiration, l air pénètre par le nez (ou la bouche) et passe dans les deux bronches, puis les bronchioles avant d atteindre les alvéoles pulmonaires. Il emprunte le trajet inverse lors d une expiration. L alternance inspiration-expiration repose sur les contractions et relâchement des muscles respiratoires : le diaphragme et des muscles thoraciques. Lorsque ces muscles se contractent, la cage thoracique est soulevée. Comme les poumons sont solidaires de la cage thoracique, ils sont étirés et augmentent de volume. Cela crée un appel d air, et ce dernier pénètre dans l appareil respiratoire. L expiration intervient lorsque les muscles respiratoires se relâchent (il s agit donc d un phénomène passif) : la cage thoracique s abaisse et le volume des poumons diminue, chassant partiellement l air contenu dans les alvéoles.

43 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ 3.2. Le passage du dioxygène dans le sang Il existe plus de 700 millions d alvéoles dans les deux poumons. Chacune présente une surface de 0,3 mm 2. La surface de contact entre les alvéoles et l air qui y parvient est donc considérable. De plus, l épaisseur des alvéoles est très mince (0,004 mm) et elles sont très irriguées par la circulation sanguine. Ces caractéristiques font des alvéoles pulmonaires une surface d échange (@GL.) très efficace entre l air et le sang. 4. LA CIRCULATION SANGUINE Une partie du dioxygène contenue dans l air inspiré diffuse à travers la paroi des alvéoles pour passer dans le sang. Le CO 2 effectue le trajet inverse. L air expiré sera donc appauvri en dioxygène et enrichi en CO Une fois dans le sang, les molécules de dioxygène se fixent aux molécules d hémoglobine (@GL.) contenues dans les globules rouges (l hémoglobine est le pigment rouge qui donne sa couleur au sang). Les globules rouges se chargent donc de transporter le dioxygène dans tout l organisme. Au niveau des organes, il se détachera de l hémoglobine et diffusera vers les cellules. (@DOC. La respiration chez l Homme La respiration QCU Respiration) La circulation sanguine permet le transfert de diverses substances au sein de l organisme. Elle assure notamment l apport aux diverses cellules du dioxygène prélevé au niveau des poumons, et des nutriments prélevés au niveau de l intestin grêle, afin de couvrir leurs besoins Une vue d ensemble de la circulation sanguine On distingue trois catégories de vaisseaux sanguins : - les artères (@GL.), qui transportent le sang depuis le cœur vers les différents organes ; - les veines (@GL.), qui véhiculent le sang depuis les organes jusqu au cœur ; - les capillaires (@GL.), qui font la jonction entre les artères et les veines. 109 L ensemble forme un réseau qui s étend dans tout l organisme, à travers lequel le sang circule à sens unique. Grâce aux capillaires, dont le diamètre n excède pas 30 micromètres, le sang est amené entre les cellules des différents organes pour les approvisionner et récupérer les déchets produits. Les capillaires constituent la surface d échange entre le sang et les cellules (grande surface couverte, et finesse de leur paroi). La circulation sanguine comporte deux circuits : - la circulation pulmonaire, ou «petite circulation» : elle conduit le sang appauvri en O 2 depuis le cœur jusqu aux poumons où il sera rechargé en O 2 (et débarrassé d une partie du CO 2 ), avant de le ramener au cœur ; - la circulation générale, ou «grande circulation» : elle distribue le sang riche en O 2 (après son passage aux poumons) vers les divers organes du corps. Elle ramène ensuite le sang appauvri en O 2 vers le cœur, qui l enverra à nouveau dans la petite circulation pour le recharger en O 2.

44 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LA CIRCULATION SANGUINE Ces deux circulations sont donc placées «en série» : tout le sang passe successivement par les deux circuits, ce qui permet une recharge et une distribution efficace en oxygène. (@DOC. Schéma très simplifié de la circulation sanguine) 4.2. La mise en mouvement du sang par le cœur Le cœur, ou myocarde, est un muscle creux divisé en deux parties qui ne communiquent pas directement entre elles : le cœur gauche et le cœur droit. Chacune comporte deux cavités, une oreillette et un ventricule. La partie gauche et la partie droite du cœur fonctionnent de manière synchrone : les deux oreillettes se contractent simultanément, puis c est le tour des deux ventricules. En parallèle à la circulation sanguine existe aussi la circulation lymphatique. Le liquide interstitiel (@GL.) qui baigne les cellules des organes est drainé dans les vaisseaux lymphatiques et forme un liquide appelé lymphe (@GL.). La circulation lymphatique présente plusieurs rôles, notamment : - la prise en charge des lipides absorbés par l intestin grêle. Les lipides passent d abord dans la circulation lymphatique avant de rejoindre la circulation sanguine ; - elle draine une partie des déchets fabriqués par les cellules, et les rejette ensuite dans la circulation sanguine. (@AI. La circulation sanguine QCU circulation) 110 Ces contractions permettent de propulser le sang dans les vaisseaux : - la partie gauche du cœur propulse le sang provenant des poumons vers la circulation générale ; - la partie droite du cœur propulse le sang revenant de la circulation générale vers les poumons. Le cœur fonctionne donc comme une pompe et met le sang en mouvement grâce à ses contractions. C est un organe «automatique» car il n a pas besoin du système nerveux pour se contracter : il possède un tissu spécialisé qui ordonne les contractions. Le système nerveux n intervient que pour commander une accélération ou une diminution du rythme des contractions Quelques précisions complémentaires Le cœur ne peut prélever le dioxygène (O 2 ) et les nutriments dont il a besoin lorsque le sang passe dans ses cavités. Le cœur possède donc sa propre irrigation sanguine : les artères coronaires amènent le sang au cœur, et des veines ramènent le sang dans la circulation générale. Hormis le transport de dioxygène et de nutriments, la circulation sanguine présente d autres rôles. On peut citer par exemple : - le transport des hormones depuis les glandes émettrices vers les organes récepteurs ; - le transport du CO 2 jusqu aux poumons pour l évacuer de l organisme ; - la filtration du sang au niveau des reins pour le débarrasser de ses déchets : les reins fabriquent alors l urine. (@DOC. Relations entre le système circulatoire, respiratoire, digestif, excréteur et musculaire) 111

45 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ 5. LA REPRODUCTION C est durant l adolescence que la capacité de transmettre la vie apparaît. Jusque là, les organes génitaux étaient dans l incapacité d émettre les gamètes (@GL.). Cette modification marque le début de la puberté (@GL.), période de la vie durant laquelle le corps de l enfant se transforme pour devenir celui d un adulte, capable de se reproduire. La puberté survient en moyenne vers ans chez les filles et vers ans chez les garçons Les transformations liées à la puberté Les principales modifications pubertaires observables À la naissance, seuls les caractères sexuels primordiaux et primaires sont en place. Les caractères sexuels primordiaux (@GL.) correspondent aux gonades (@GL.), c est-à-dire aux testicules ou aux ovaires. Les caractères sexuels primaires (@GL.) sont les organes génitaux externes et internes. À la puberté, on assiste à l apparition de nouveaux caractères sexuels : les caractères sexuels secondaires.

46 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LA REPRODUCTION - mue de la voix EXEMPLES DE CARACTÈRES SEXUELS SECONDAIRES Chez l homme - musculature de type masculine - développement des épaules - développement du pénis - augmentation du volume des testicules - apparition de la pilosité pubienne et axillaire - pilosité faciale Chez la femme - développement des seins - musculature de type féminine - développement des hanches - apparition de la pilosité pubienne et axillaire COMPARAISON DES MODALITÉS DE PRODUCTION DES GAMÈTES CHEZ L HOMME ET LA FEMME Modalités de production des gamètes chez l homme Modalités de production des gamètes chez la femme Quantité produite Plusieurs millions par jour 1 seul tous les 28 jours Rythme de production continu cyclique Durée de production Jusqu à la mort de l individu Jusqu à la ménopause (@DOC. Schéma de l appareil reproducteur chez l homme) (@DOC. Schéma de l appareil reproducteur chez la femme) 114 En plus de ces transformations morphologiques, surviennent des modifications du comportement et des modifications physiologiques (c est-à-dire liées au fonctionnement des organes) : les gonades entrent en activité, émettant les gamètes et sécrétant des hormones (@GL.). Cette mise en jeu des gonades se manifeste par les premières éjaculations chez les garçons et les premières règles chez les filles La production de gamètes à partir de la puberté La production d hormones par les gonades, et leurs principaux effets En plus d émettre les gamètes, les gonades libèrent des hormones (substances chimiques libérées dans le sang par des organes, agissant sur d autres organes en modifiant leur activité). Les testicules produisent de la testostérone (@GL.). Elle stimule les modifications pubertaires ainsi que la production des spermatozoïdes. 115 Chez les garçons, les testicules vont désormais produire les gamètes mâles : les spermatozoïdes. Ils sont produits en continu, à raison de plusieurs millions par jour. Leurs production diminue vers 60 ans, mais ne s interrompt pas (cette baisse de la fertilité est appelée andropause (@GL.)). En effet, les cellules productrices des spermatozoïdes se divisent en permanence, assurant une production continue. Chez les filles, le fonctionnement des ovaires est cyclique. Un cycle ovarien théorique dure 28 jours, et le 14 e jour de chaque cycle, une ovulation a lieu : un ovocyte est expulsé dans le pavillon des trompes utérines, par l un des deux ovaires. Vers 50 ans, les ovaires cessent leur activité et les ovulations s interrompent : c est la ménopause (@GL.). Les ovaires contiennent, en effet, un stock limité d ovocytes, qui s amenuise au fur et à mesure des ovulations successives. Les modalités de production des gamètes sont donc très différentes chez l homme et chez la femme. Les ovaires produisent des œstrogènes (@GL.) (comme par exemple l œstradiol) et de la progestérone (@GL.). Ces hormones ont de nombreux effets. Elles agissent notamment au niveau de l utérus en stimulant le développement de la muqueuse utérine (endomètre (@GL.)) qui tapisse l intérieur de l utérus. Sous l effet de ces hormones, la muqueuse utérine évolue de manière cyclique sur 28 jours : les cycles utérins sont parfaitement synchronisés avec les cycles ovariens. - Du 1 er au 5 e jour environ, la muqueuse utérine se dégrade en partie car les taux d œstrogène et progestérone sont très faibles. Cette dégradation s accompagne de saignements : ce sont les règles (menstruations). Le 1 er jour des règles est pris comme référence pour marquer le 1 er jour d un cycle. - Du 5 e au 14 e jour, la muqueuse commence à se reconstruire et elle s épaissit progressivement, sous l effet des oestrogènes sécrétés par l ovaire.

47 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LA REPRODUCTION - Du 14 e jour au 28 e jour, la muqueuse s épaissit moins, mais subit des transformations en vue d une éventuelle grossesse. Grâce aux œstrogènes et à la progestérone, elle est maintenant très irriguée par la circulation sanguine. Si aucun embryon ne vient s implanter dans la muqueuse, les taux d œstrogène et de progestérone chutent : la muqueuse n est plus stimulée, ce qui entraîne sa dégradation. Les menstruations surviennent alors et marquent le début d un nouveau cycle De la fécondation à la naissance Le déroulement de la grossesse et l accouchement Au cours de la vie intra-utérine, on distingue deux phases : - la période embryonnaire (les deux premiers mois) : les principaux organes se mettent en place. La croissance de l embryon est assez faible ; - la période fœtale (les sept mois suivants) : c est une période de forte croissance. Les organes précédemment mis en place grandissent et se développent La rencontre des gamètes et l installation d une grossesse Lors d un rapport sexuel, les gamètes mâles sont déposés dans le vagin. Or, l ovocyte est localisé dans la partie supérieure des trompes. Les spermatozoïdes vont donc devoir se déplacer jusque là. Plus de 500 millions de gamètes mâles ont été émis lors d une éjaculation. Cependant, plus de 90% d entre eux seront retenus par la glaire cervicale (@GL.) à l entrée de l utérus. Cette substance retient les gamètes anormaux ou trop faibles. Seuls les plus vigoureux accèdent à l utérus et vont nager dans les sécrétions utérines grâce à leur flagelle, pour atteindre l ovocyte. La fécondation a donc lieu dans les trompes utérines. Un seul des gamètes mâles s unit avec l ovocyte, pour donner la cellule œuf (@GL.). Elle se divise ensuite pour former un embryon (@GL.). Les divisions vont se poursuivre, et en même temps, l embryon descend le long des trompes. Six à sept jours après l ovulation (soit le 21 e ou 22 e jour d un cycle), l embryon parvient dans la cavité utérine. Il a une forme sphérique et est composé d une centaine de cellules. Il va s implanter dans la muqueuse utérine qui, à ce stade du cycle, présente une structure favorable à l accueil de l embryon. Cette implantation est appelée nidation (@GL.). Il est désormais impératif que les règles disparaissent, sans quoi l embryon serait éliminé. Des modifications hormonales assurent le maintien de la muqueuse jusqu à la naissance. La disparition des règles est d ailleurs le premier signe indiquant l installation d une grossesse. (@DOC. De la fécondation à la nidation) Pendant toute la grossesse, l embryon puis le fœtus (@GL.) se développent dans une poche appelée amnios (@GL.) ou «poche des eaux». Cette annexe embryonnaire est remplie de liquide amniotique, dont le rôle principal est de protéger le futur bébé des chocs. L embryon construit aussi une autre annexe embryonnaire : le placenta (@GL.). Cet organe, très vascularisé, sert de surface d échange (@GL.) entre le sang de l embryon (puis du fœtus) et le sang maternel. (@DOC. Schéma simplifié du placenta) La circulation sanguine de l embryon passe par le cordon ombilical et se ramifie dans les villosités du placenta qui baignent dans des poches remplies de sang maternel. Les deux sangs ne se mélangent pas : les échanges ont simplement lieu à travers la paroi des villosités. Ces échanges sont principalement liés à la nutrition et à l excrétion : - les nutriments et le dioxygène du sang maternel passent dans le sang de l embryon et seront distribués aux cellules : - les divers déchets produits par l embryon passent dans le sang maternel et seront éliminés par les reins (urine). Remarque : Le placenta est un filtre sélectif, qui ne laisse passer que certaines substances. Toutefois, certaines molécules chimiques (médicaments, alcool, nicotine) et des microorganismes peuvent franchir la barrière placentaire et atteindre l embryon. L embryon, puis le fœtus, se développe ainsi jusqu à l accouchement au 9 e mois. À ce moment-là, les muscles de l utérus débutent leurs contractions et l amnios se rompt (perte des eaux). On distingue trois étapes lors de l accouchement : - la dilatation du col de l utérus, sous l effet des premières contractions utérines ; - l expulsion du bébé, grâce à de puissantes contractions ; - l expulsion du placenta (aussi appelée «délivrance»). 117

48 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ La naissance correspond à un changement brutal de milieu de vie : le bébé passe d un milieu chaud et liquide à un milieu aérien froid. Il devra désormais assurer lui même les fonctions de nutrition et d excrétion Pistes pour une démarche d investigation - Suite à une séance de sport ou de danse : qu est ce qui nous permet de faire ces mouvements? - Que deviennent les aliments que l on a mangés? À quoi cela sert-il de manger? - Un élève a perdu une dent de lait : à quoi servent les dents? pourquoi doit-on mâcher les aliments? - Suite à une séance de sport : pourquoi notre cœur bat-il plus vite? pourquoi respire t-on plus vite? - Comment vit le bébé dans le ventre de la mère? (Comment respire-t-il? Comment se nourrit-il?...) - Comment le bébé s est-il formé dans le ventre de la mère? - Après avoir vu la reproduction chez d autres animaux, demander comment elle se déroule chez l Homme. (@AI. La reproduction humaine) 6. L ÉDUCATION À LA SANTÉ L éducation à la santé est un enjeu crucial de l école, qui doit fournir aux élèves les connaissances et les capacités nécessaires dans ce domaine : les élèves doivent prendre conscience des conséquences négatives ou positives de leurs comportements sur leur hygiène et leur santé afin d adopter des attitudes responsables. L OMS définit la santé comme l état de bien-être physique, mental et social. L éducation à la santé recouvre donc de nombreux thèmes. Nous en envisagerons ici quelques-uns L équilibre alimentaire L alimentation doit fournir à nos cellules toutes les molécules nécessaires à leur fonctionnement. Il faut donc apporter à notre organisme les différentes catégories de substances requises par nos cellules (divers acides aminés, divers sels minéraux, des vitamines...). Ce sont des besoins qualitatifs. Pour cela, il faut diversifier les aliments consommés. Il faut aussi fournir aux cellules suffisamment de ces substances afin d assurer leur bon fonctionnement. D autant que certaines molécules (comme les glucides) sont utilisées comme «carburant» pour produire l énergie indispensable aux cellules. Il est donc impératif d apporter ces substances en quantité suffisante. On parle de besoins quantitatifs. Les besoins qualitatifs et quantitatifs varient en fonction de l âge, du sexe et des activités de chacun. Un repas équilibré doit donc couvrir les deux types de besoins, en tenant compte de ces paramètres. Même si les comportements alimentaires varient selon les pays et les cultures, une alimentation équilibrée implique aussi des repas réguliers dans la journée (petit déjeuner, déjeuner, goûter et dîner), ainsi qu un étalement convenable des rations sur ces différents repas.

49 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ L ÉDUCATION À LA SANTÉ 120 Toutefois, l équilibre alimentaire ne doit pas seulement s envisager sur un seul repas ou sur une journée : un repas déséquilibré peut très bien être corrigé au cours des repas ultérieurs les jours suivants Le surpoids et l obésité Une alimentation déséquilibrée, du fait de carences ou d excès, est à l origine de maladies nutritionnelles. Le surpoids et l obésité (@GL.) en sont des exemples. L organisation mondiale de la santé (OMS) définit le surpoids comme un IMC supérieur ou égal à 25, et l obésité comme un IMC (@GL.) supérieur ou égal à 30 (L IMC, indice de masse corporelle, est le poids en kg divisé par la taille exprimée en mètre et élevée au carré). L obésité est en train de devenir un grave problème de santé publique dans de nombreux pays dont le nôtre, où de plus en plus d enfants sont concernés. À l âge adulte, elle accroît notamment les risques de diabète, d hypertension, de problèmes respiratoires ou encore de maladies cardiovasculaires. Une alimentation trop riche en glucides (sucres) et lipides (graisses), souvent associée à une trop grande sédentarité, favorise l installation de l obésité. Toutefois, il est important de noter que des facteurs génétiques peuvent déclencher cette maladie ou favoriser son développement (1/3 des obésités). L obésité a donc plusieurs origines possibles (c est une maladie multifactorielle). Pour limiter l augmentation du nombre d enfants et de jeunes en surpoids ou en obésité, il est important de donner aux élèves de bonnes règles de vie : alimentation équilibrée, pas de grignotage entre les repas, pratique d une activité sportive régulière. La collation matinale à l école n est plus systématique, pour éviter que certains enfants ne prennent deux fois leur petit déjeuner. Les distributeurs de produits alimentaires ont aussi été supprimés dans les établissements scolaires pour éviter la prise d aliments entre les repas. La sous-nutrition est la conséquence d une ration énergétique trop faible tandis que la malnutrition est due à un défaut qualitatif. Enfin, il existe des troubles du comportement alimentaire qui peuvent engendrer des déséquilibres : la boulimie (@GL.) et l anorexie (@GL..). Ces troubles d origine psychologique sont à dépister rapidement et à signaler au médecin scolaire. Une prise en charge précoce est le plus sûr moyen d y remédier. Il faut donc, pour remédier à des problèmes nutritionnels, évaluer les besoins de l individu en fonction de ses caractéristiques (âge, sexe, ) données par l IMC et de ses dépenses énergétiques puis comparer ces besoins à la prise alimentaire. L évaluation doit être faite sur une durée représentative et pas seulement sur une journée Le tabagisme et les autres drogues Une drogue (@GL.) est une substance pyschoactive (c est-à-dire agissant sur le système nerveux en modifiant l activité mentale, les sensations et le comportement) dont l usage peut engendrer une dépendance. Elle peut être licite (ex. : tabac et alcool) ou illicite (ex. : cannabis et cocaïne). Dans le système nerveux, les zones de contact entre deux neurones (@GL.) sont appelées des synapses (@GL.). Elles sont chargées de transmettre les messages nerveux d un neurone à l autre, et elles libèrent pour cela des molécules. Les drogues agissent au niveau des synapses en imitant les molécules normalement libérées, ou en empêchant leur action. Elles perturbent ainsi la transmission des messages nerveux, en l amplifiant ou en l inhibant. L âge moyen de la 1 re cigarette est 13,5 ans. La consommation de cannabis débute plus tard, en moyenne vers 15 ans. À l école, il s agit donc de faire un travail de prévention sur la consommation de ces produits (en associant, par exemple, les infirmières et les médecins scolaires) en tenant bien compte de l âge de élèves. 121 Il faudra veiller à ne pas stigmatiser les élèves. En effet, la prévention de l obésité ne doit pas générer d effets contre-productifs à l égard des enfants touchés par ce problème. La stigmatisation de l obésité est un facteur d inégalité sociale, de dégradation de l estime de soi et d aggravation de l état sanitaire, au travers de mécanismes de type «cercle vicieux» D autres déséquilibres alimentaires Une alimentation déséquilibrée peut aussi se manifester par une ration insuffisante en regard des besoins. Près d un milliard d êtres humains sont concernés. Cette ration insuffisante peut entraîner des carences (@GL.) telles qu un manque de vitamines (avitaminose) (exemples : le scorbut par manque de vitamine C, le béribéri par manque de vitamine B1). Il existe aussi des carences en ions minéraux : iode, fer 6.5. La prévention des infections par la vaccination La vaccination (@GL.) consiste à injecter à un individu des microorganismes ayant perdu leur dangerosité, ou des molécules rendues inoffensives provenant de ces microorganismes. Ces éléments activent le système immunitaire, ce qui permet à l organisme de fabriquer des cellules mémoires. Elles resteront présentes dans le corps plusieurs années. Lorsque le microorganisme correspondant aux éléments utilisés pour la vaccination pénètrera dans le corps, ces cellules mémoires l attaqueront immédiatement et avec plus d intensité que si le système immunitaire le rencontrait pour la 1 re fois.

50 LE CORPS HUMAIN ET L ÉDUCATION À LA SANTÉ L ÉDUCATION À LA SANTÉ Ainsi, le microorganisme sera éliminé avant d avoir pu causer des troubles. La vaccination est donc une méthode préventive, qui protège un individu contre une maladie bien précise. La maîtrise de la procréation n est normalement pas abordée à l école. Les notions suivantes sont présentées pour information : 122 Certaines vaccinations sont obligatoires. L inscription à l école est soumise à une vérification de ces vaccins (@GL.) D autres exemples À l école l accent doit être mis sur : - la propreté corporelle (peau, dents, ongles, cheveux...) ; - l importance d un sommeil régulier et suffisant (au moins huit heures chaque nuit) ; - les risques liés à l exposition prolongée ou répétée à certains facteurs environnementaux (soleil, sons trop élevés...). - la pratique d une activité physique. Nos comportements ont une influence sur notre état général qualifié de santé. Pratiquer une activité sportive régulière est indispensable au bon développement de l organisme ; cela favorise la croissance, le développement harmonieux de la masse musculaire et permet d aider à fixer le calcium L activité sportive crée une libération d endorphine au niveau du cerveau, ce qui apporte un effet de bien-être. Attention! Une pratique excessive peut provoquer des lésions musculaires, des tendinites, Il faudra aussi se renseigner sur les conduites dopantes dans le sport et les conséquences négatives qu elles peuvent engendrer pour le corps. La contraception (@GL.) est l ensemble des méthodes permettant d empêcher une grossesse non désirée. Elle agit avant l implantation de l embryon dans l utérus (nidation). Il s agit, par exemple, d empêcher l ovulation (pilule contraceptive œstroprogestative), d empêcher la rencontre des gamètes (ex. : préservatif), ou d empêcher l implantation de l embryon (ex. : pilule du lendemain, «stérilet»). - La contraception préventive est utilisée avant ou pendant le rapport sexuel (ex. : pilule contraceptive, préservatif). - La contraception d urgence est utilisée en cas de rapport sexuel non protégé ou mal protégé. Elle doit rester exceptionnelle. Elle correspond à la pilule du lendemain. Si la nidation est déjà réalisée et que la grossesse n est pas désirée, l IVG (interruption volontaire de grossesse) peut être pratiquée 12 semaines maximum après le début de la grossesse. Le délai peut être rallongé en cas de maladie grave du fœtus, ou si la santé de la mère est en péril. N oubliez pas de consulter (@BIB. sur «Le corps humain». 123 L éducation à la santé à l école doit passer par trois étapes : IMC, ), s informer sur les causes du problème, les dysfonctionnements éventuels, les solutions pour y remédier ; fruits et légumes par jour, réaliser des affiches informatives ). Pistes pour une démarche d investigation - Pourquoi n y a-t-il pas tous les jours des steaks hachés et des frites à la cantine? - Pourquoi les publicités pour les bonbons sont-elles accompagnées d un avertissement pour notre santé? - Qu est-ce qui favorise la formation des caries? - Pourquoi faut-il se laver les mains avant d aller manger à la cantine? - Que sont les poux? Comment vivent-ils? - Pourquoi l infirmière a-t-elle fait une piqûre à certains élèves lors de la visite médicale? - Pourquoi est-il interdit de fumer dans les lieux publics?

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