9. Certains objets peuvent avoir un effet sur d’autres objets situés à distance des premiers.

Certains objets agissent à distance sur d’autres objets. Dans certains cas, comme le son et la lumière, l’effet résulte d’un rayonnement qui se déplace depuis la source jusqu’au récepteur. Dans d’autres, l’action à distance s’explique par l’existence d’un champ de force entre les objets, un champ magnétique ou un champ gravitationnel, par exemple.

La gravitation est une force universelle d’attraction qui s’exerce entre tous les objets, des plus grands aux plus petits. Elle maintient les planètes en orbite autour du Soleil et elle cause la chute des objets qui nous entourent vers le centre de la Terre.

SVT : les récepteurs sensoriels auditifs et visuels, les récepteurs chlorophylliens, les forces gravitationnelles dans le système solaire, les galaxies et l'univers.

8. Pour modifier le mouvement d’un objet, il faut qu’une force agisse sur lui.

Un objet en mouvement ne change sa vitesse que lorsqu’une force agit sur lui. La gravitation est une force universelle d'attraction qui [...] cause la chute des objets qui nous entourent vers le centre de la Terre.

SVT : les forces gravitationnelles dans le système solaire, les galaxies et l'univers.

7. L’énergie est transformée lors de certains changements ou événements, mais la quantité totale d’énergie présente dans l’univers demeure toujours la même.

Bien des processus ou des événements consistent en des changements au cours du temps, et cela requiert de l’énergie pour se produire. L’énergie peut être transférée d’un corps à un autre de bien des manières. Dans de tels processus, une partie de l’énergie est transformée en une forme moins facile à utiliser. L’énergie ne peut être ni créée ni détruite. L’énergie obtenue à partir des combustibles fossiles se dégrade en une forme plus difficile à utiliser.

SVT : flux d'énergie dans les écosystèmes, dans un être vivant autotrophe et/ou hétérotrophe. Energie interne de la Terre : convection mantellique, désintégration radioactive, etc..

2. La dynamique interne et externe de la Terre change le visage de sa surface au cours du temps. Depuis 10.000 ans l'homme participe aussi à cette évolution.

La surface de la Terre s’échauffe par le rayonnement solaire, cela crée des courants de convection dans l’air et dans les océans et est à l’origine des climats. [....] La chaleur provenant de l’intérieur de la Terre produit des mouvements des roches à l'état solide. La surface de la planète change constamment par la formation et l’érosion des roches, liées à la tectonique des plaques.

SVT : structure et dynamique interne et externe de la planète Terre.

1. Le système solaire représente une minuscule partie d’un univers formé de milliards de galaxies.

Autour du Soleil tournent en orbite huit planètes et d’autres objets plus petits, l’ensemble formant le système solaire. Le jour, la nuit et les saisons s’expliquent par l’orientation et la rotation de la Terre dans son mouvement sur elle-même et autour du Soleil. Le système solaire fait partie d’une galaxie d’étoiles, une parmi des milliards présentes dans l’univers, à des distances considérables les unes des autres. Un grand nombre d’étoiles possèdent des planètes.

3. Pour subsister, les organismes vivants ont besoin d’énergie et de matière, pour lesquelles ils sont souvent en compétition ou en dépendance avec d’autres organismes. A part les écosystèmes sous-marins profonds, tous nos écosystèmes sont dépendants de l'énergie solaire.

La nourriture fournit aux organismes matière et énergie, maintenant ainsi les fonctions vitales et permettant la croissance. Certaines plantes et bactéries peuvent utiliser directement l’énergie du Soleil pour produire des molécules organiques. Les animaux se fournissent en énergie en dissociant les molécules organiques de leur nourriture et dépendent en fin de compte des plantes vertes pour ce faire. Dans un écosystème il peut y avoir compétition pour l’énergie et la matière nécessaires à la vie et à la reproduction.

SVT : flux d'énergie dans les écosystèmes, dans un être vivant autotrophe et/ou hétérotrophe.

5. L’information génétique est transmise d’une génération d’organismes vivants à la suivante, avec de légères modifications de la molécule d'ADN. Cette molécule marque l'unité du monde vivant.

L’information génétique au sein d’une cellule est contenue dans la molécule d’ADN sous forme d’un code à quatre lettres. Les gènes déterminent ledéveloppement et la structure des organismes. Dans la reproduction asexuée, tous les gènes du descendant viennent d’un parent unique. Dans la reproduction sexuée, chaque parent apporte la moitié des gènes.

SVT : reproduction et cycle de vie des êtres vivants, évolution génétique et mutation

6. Les organismes vivants sont tous formés de cellules.

Tous les organismes vivants sont constitués d’une ou plusieurs cellules. En général, les organismes pluricellulaires possèdent des cellules spécialisées et différenciées dans une fonction. Toutes les fonctions de base de la vie résultent de ce qui se produit à l’intérieur des cellules dont l’ensemble constitue un organisme. La croissance résulte généralement de multiples divisions cellulaires.

SVT : unité du vivant, croissance et développement des êtres vivants, Spécialisation cellulaire dans les fonctions de relation, de nutrition et de reproduction des êtres vivants.

Cinq thèmes développés pour les étudiants de l'ISPEF
Master 1 - MEEF - Semestre 1, depuis 2013

En microscopie, les nerfs apparaissent comme des structures filamenteuses : il s'agit d'un assemblage de corps cellulaires, les cellules en question étant les neurones. Comme la plupart des cellules, le neurone possède un noyau, un liquide cellulaire (cytoplasme) et un membrane.

Le corps cellulaire est ici prolongé par un axone le long duquel va se propager une dépolarisation (millivolts) jusquà l'extrémité de l'axone. Ce message électrique provoque la libération de messages chimiques (neurotransmetteurs) qui se fixent sur les récepteurs membranaires d'un autre neurone : une nouvelle dépolarisation apparait avec la propagation d'un message bioélectrique.

Quand le signal arrive à proximité du muscle et plus exactement de la cellule musculaire (cellule géante en forme de fibre) qui possède un squelette moléculaire contractile, il y a libération d'un neuromédiateur qui provoque la déformation du cytosquelette et le raccourcissement de la cellule fibreuse et donc du muscle.

Des aires sensorielles et des aires motrices dans le cerveau qui ont besoin de dioxygène et de glucose pour son fonctionnement, tout comme les muscles ! L'imagerie médicale permet d'en étudier l'activité et les dysfonctionnements.

Pour chaque organe des sens, des récepteurs spécifiques.

• La langue a quatre types de papilles possédant des récepteurs gustatives :Les papilles caliciformes (amer), les papilles foliées (acide), les papilles filiformes (salé) et les papilles fongiforme (sucré).

• L'oreille externe: Le pavillon capte et canalise les vibrations vers le conduit auditif. Ce conduit est rempli d'air et se termine par le tympan. Le tympan assure la transmission des ondes sonores et empêche l'intrusion de corps étrangers vers l'oreille moyenne.
  L'oreille moyenne est composée de trois osselets : le marteau, l'enclume (en forme de botte) et l'étrier. Ils transmettent vers l'oreille interne les ondes sonores.
  L'oreille interne est composées de plusieurs cavités remplies de liquide. Le vestibule (entre la cochlée et le nerf auditif) contient l'utricule et en-dessous de lui le saccule qui permettent l'équilibre. La cochlée perçoit les ondes sonores et les transmet au nerf auditif qui le transmet au cerveau.
  
• L’œil possède deux milieux transparents, l'humeur vitrée et l'humeur aqueuse. La pupille s'ouvre et se referme selon l'intensité de la lumière. Le cristallin règle la netteté de la vision. Il permet de former à l'aider de la cornée et de l'humeur aqueuse la forme de l'image sur la rétine. Cette rétine contient des cellules photosensibles appelées cônes (sensibles aux différentes longueurs d'onde, couleurs) et bâtonnets (sensible à l'intensité lumineuse). Ces cellules sont reliées au nerf optique qui transmet l'information au cerveau. L’accommodation 'est la déformation du cristallin pour l'obtention d'une image nette sur la rétine.
  
• Lors de la ventilation, des molécules odorantes se dissolvent dans le mucus et se lient aux chimiorécepteurs situés dans la membrane olfactive. Les chimiorécepteurs ont des cellules nerveuses pourvues de cils qui transmettent l'information au nerf olfactif qui la transmet ensuite au cerveau.
  
• La peau a une couche supérieure appelée épiderme et une couche inférieure appelée le derme. Le derme contient des capillaires sanguins, des poils, des glandes sébacées, des glandes sudoripare et des récepteurs sensoriels de trois types : mécanorécepteurs (pression), des thermorécepteurs (chaud et froid) et des nocirécepteurs (douleur). Ces récepteurs envoient le message sensitif au nerf sensitif qui transmet ensuite au cerveau.
  

2) Notion de stimulus externe et de message nerveux.

Sous l'action d'un stimulus, les récepteurs formés de cellules nerveuses génèrent un message bioélectrique qui se propage le lond des nerfs jusqu'au cerveau.

Le rôle du cerveau

1) Perception.

Les messages sensitifs arrivent au cerveau ou la perception devient alors consciente, reconnu et localisé. Le stimulus réactive la mémoire par rapport aux expériences antérieures.

2) Élaboration de la réponse.

Ce stimulus reconnu, le cerveau envoie l'information à l'aire motrice qui élabore alors la réponse. Cette information passe par la moelle épinière et les nerfs moteurs afin de transmettre le message aux muscles qui enclenchent un mouvement dit volontaire.

3) Mouvement volontaire et mouvement réflexe.

Le mouvement volontaire est produit par l'intermédiaire du cerveau. Le mouvement réflexe se fait sans lui. Il y a ainsi différents types de réflexes. Des réflexes dits innés comme le clignement des paupières, le mouvement respiratoire, etc. ; des réflexes conditionnés ou acquis qui résultent d'un apprentissage et deviennent des automatismes : conduire, nager.

Les organes du mouvement

I / Les os

Ils forment le squelette et participe aux mouvements. On distingue les os longs (membres), les os courts (articulations) et les os plats (crane, ceinture pectorale)
Les os longs ont la particularités de présenter deux épiphyses contenant de la moelle rouge où se forment des cellules sanguines, et une diaphyse contenant de la moelle jaune. C'est la conception qu'ont généralement les enfants d'un os.
http://www.dsome.tice-burkina.bf/le%20squelette.htm

Durant la croissance les os grandissent en longueur et en épaisseur. Les os sont formés de cellules osseuses et de vaisseaux sanguins. Lorsque l'on vieillit, ils peuvent s'abimer plus ou moins (ex. Ostéoporose).

II / Les articulations.

Les os sont articulés entre eux par des articulations fixes au niveau du crâne, des articulations semi-mobiles au niveau des vertèbres et des articulations mobiles. Ces dernières possède de la synovie au niveau de la cavité articulaire et parfois un tissu cartilagineux permettant la cohésion entre les articulations : le ménisque.
Les os sont reliés entre eux par des ligaments : s'ils se déchirent ou s'étirent de trop, on se fait une entorse.
Il y a 4 types d'articulations : rotule (hanche, épaule), pivot (cheville, coude, genou), tenon (poignet), glissement (colonne vertébrale).

Les principaux os du corps  : os du crane, clavicule, omoplate, sternum, humérus, cubitus, radius, carpien, métacarpien, phalange, côte, vertèbre, os du bassin, fémur, rotule, tibia, péroné, tarsien et métatarsien.

III / Les muscles : ce sont les organes actifs du mouvement.

On différencie 3 types de muscles : muscles squelettiques ou rouges, muscles viscéraux ou blanc et muscle cardiaque. Le muscle est formé de fibres musculaires formant une partie renflée, avec aux extrémités des tendons. Lors d'un effort, les fibres musculaires peuvent se déchirer, ce qui provoque un claquage. D'où l'importance de l'échauffement.

1) Contraction musculaire.

Les os, les muscles et les articulations sont nécessaires pour produire un mouvement. Deux os se déplacent l'un par rapport à l'autre via une articulation (ex. les os de la jambe). Deux muscles antagonistes font des mouvements inverses. L'un se fléchit quand l'autre se tend. Ils sont dans ce cas reliés à deux os différents, entrainant donc un mouvement des os (par exemple, le biceps est relié au cubitus et le triceps est relié au radius ; quand le biceps se contracte, cela entraine un mouvement vers le haut du radius, quand il se relâche le radius redescend.). Quand un muscle est contracté, il gonfle et se rétrécit. Quand il est relâché, il s'allonge et s'affine.

2) Adaptation à l'effort.

Au repos, les muscles ont besoin d'une faible quantité d'énergie pour fonctionner, fournie par les molécules ATP (Adénosine Triphosphate) produites par l'oxydation des molécules de glucose (respiration cellulaire). L'apport en dioxygène est couvert par la seule ventilation pulmonaire. L'apport en glucose est fait par le glucose circulant dans le sang et absorbé par l'intestin grêle et stocké dans le foie sous forme de glycogène.
Lors d'un effort physique, le muscle se contracte provoquant un mouvement. Le muscle utilise l'énergie chimique de la molécule ATP mais qui ne sera pas en quantité suffisante. Il faut renouveler cet ATP rapidement par l'apport de dioxygène et de glucose. Cela se produit alors par l'augmentation de la ventilation pulmonaire et par la libération de glucose par le foie ou par une boisson riche en sucre par exemple. L'accélération du rythme cardiaque rend la circulation plus rapide pour l'acheminement de ces deux sources essentielles à la fabrication d'ATP lors de la respiration cellulaire.

Le déplacement

I / La notion de « plan d'organisation ».

Il y a un plan d'organisation commun aux vertébrés : une ceinture pectorale ou pelvienne, un os long pour le bras ou la cuisse, deux os pour les avants-bras ou la jambe, des petits os formant la main ou le pied. Le plan d'organisation des vertébrés varie selon les espèces en relation avec l'adaptation à leur milieu de vie.

II / Des structures adaptées aux différents modes de déplacement.

Les modes de déplacement sont associés à une anatomie et une morphologie particulière.

1) La marche et la course.

La marche est une succession de déséquilibre. La course impose un temps court ou les deux pieds ne sont pas en contact avec le sol. Selon les espèces, ce plan d'organisation des membres peut varier. Les plantigrades ont le pied entièrement sur le sol (ours, éléphant, homme). Les digitigrades ont seulement les doigts reposant sur le sol (chat, lapin). Les onguligrades marchent avec l'ongle reposé sur le sol (cochon, cervidés, cheval). En relation avec une adaptation à la course, le nombre de doigts est réduit, le pied est allongé, une musculature puissante et un système respiratoire et circulaire permettant des échanges gazeux respiratoires optimisés.

2) Le saut.

Il es composé de trois étapes : propulsion, détente et réception. Les membres postérieurs sont plus longs que ceux antérieurs, pattes en forme de Z avec un pied très long (lièvre).

3) La reptation.

Ondulations rapides du corps afin de pouvoir ramper. Le corps est allongé, pas de pattes ou des pattes latérales (lézard), colonne vertébrale souple, possède des écailles, des griffes.

4) Le vol.

Il y a trois phases dans le vol : l'envol, le vol et l'atterrissage. Chez les oiseaux et les chauves-souris, les ailes sont des membres, tandis que chez les insectes elle est une expansion de la carapace. L'adaptation au vol se détermine par la légèreté du squelette et des organes. Ils ont des os creux et des sacs aériens. Ils ont une forme aérodynamique.

5) La nage.

Pour nager, les poissons utilisent les mouvements de la queue et ondulations du corps. Mouvements des pattes chez la grenouille ou chez les insectes, pattes palmées, membres aplatis. Ces animaux ont une forme hydrodynamique et la surface de leur corps est glissante.

Alimentation et santé
Que veut dire "bien manger" ?

• La brochure INPES expliquant les reconmmandations du Programme national Nutrition-Santé (PNNS) "Au moins 5 fruits et légumes par jour".
• La campagne "Fruits et légumes : au moins 5 par jour" du PNNS
• La fiche de la nutritionniste Caroline Le Marchand-Duros : "5 fruits et légumes par jour : pourquoi ?"

Cavité buccale adulte

• explication avant de la nécessité d'aller "voir" dans un animal mort comment il est fait...pour les besoins de la connaissance, un peu d'hitoire des sciences !
• discussion sur les pratiques abusives sur les animaux...question d'éthique !
• c'est moi qui dissèque, pas eux, je fais toutefois souffler dans un petit tuyau introduit dans la trachée pour visualiser le fonctionnement des poumons.
• je n'oblige pas les élèves à regarder. S'ils sont impressionnés, alors ils vont dans une autre classe avec des documents. L'expérience me montre toutefois que ces élèves [...] la plupart du temps, [...] reviennent à la fin de la dissection pour voir !
• je leur donne des mouchoirs parfumés car le lapin, même très frais, sent toujours un peu !
• je filme en caméra fixe pour pouvoir réutiliser ensuite.
• pour ma part, rien avant le cycle 3 !

Les commentaires de Myriam VIAL (2014)
IA-IPR Sciences de la Vie et de la Terre, Académie de Lyon

Education à la responsabilité
vis-à-vis des espèces animales introduites en classe

La dissection du lapin est un classique à l'école élémentaire mais aussi au collège notamment dans le cadre de l'étude des grandes fonctions (digestion, excrétion, respiration). Il y a un site de référence quant aux pratiques manipulatoires de manière générale : il émane d'un travail de l'Inspecteur général Guy Ménant et est hébergé par le site de l'Académie de Toulouse. Voir auss les ressources nationales d'Eduscol et la plaquette Risque et sécurité en sciences de la vie et de la Terre et en biologie-écologie, ONS, octobre 2006), le site est actualisé en fonction des besoins, par exemple au moment de la grippe aviaire.
Voici le lien vers le site Eduscol avec les textes de référence. Le tout est inclus dans une réflexion plus globale sur l'éducation à la responsabilité.

Derniers décrets sur les dissections animales à des fins scientifiques

La règle des 3R dans la directive du 28 novembre 2014 du ministère de l'Education nationale à l'attention des recteurs d'Académie, concernant les dissections animales en cours de sciences, en lien avec les directives européennnes (2010) et nationales (2013) relatives à la protection des animaux utilisés à des fins scientifiques. Le ministère demande de réduire les dissections animales en SVT, aux « invertébrés qui n'entrent pas dans le champ d'application du nouveau dispositif réglementaire à l'exception des céphalopodes ». Il est précisé toutefois que l'utilisation de « vertébrés faisant l'objet d'une commercialisation destinée à l'alimentation » est autorisée. En résumé, la dissection sur la souris est terminée. Voir aussi le décret du  01 février 2013 sur la protection des animaux utilisés à des fins scientifiques.

1) L'utilisation d'aliments par l'organisme.

Les aliments peuvent être constitués de sels minéraux, d'eau, de vitamines, de glucides, de lipides et de protides. On retrouve les glucides majoritairement dans les aliments sucrés, les protéines essentiellement dans les viandes, poissons, œufs, les lipides surtout dans les matières grasses. Les vitamines et les sels minéraux sont concentrés dans les fruits et légumes, qui contiennent également des fibres végétales.

2) La digestion.

Quand les aliments sont ingérés, ils passent dans la bouche, au niveau de la langue et des 3 glandes salivaires qui vont dégager un premier enzyme (un catalyseur chimique) qui contribue à hydrolyser et à déstructurer les aliments. Puis, ils passent dans l’œsophage en direction de l'estomac où des sucs gastriques (ensemble d'autres catalyseurs enzymatiques) vont continuer à agir. Puis les aliments passent dans le duodénum où ils vont subir l'action des enzymes pancréatiques pour se poursuivre dans l'intestin grêle où le suc intestinal va faire son effet mais surtout là ou se produit l'absportion des nutriments. Puis le trajet se poursuit dans le gros intestin et finalement les aliments seront excrétés par l'anus via le rectum.

3) L'utilisation des nutriments.

Les nutriments sont des molécules qui constituent une source d'énergie et de matière pour l'organisme.

Les nutriments servent à la synthèse de molécules complexes (source de matière) :

• La synthèse de protéines se fait à partir d'acides aminés.
• La synthèse de glucides se fait à partir de glucose.
• La synthèse de lipides à partir d'acides gras.

Les nutriments permettent aussi au fonctionnement des cellules des différents organes (source d'énergie), notamment le glucose pour le fonctionnement des cellules musculaires ou nerveuses.

4) L'absorption.

Les nutriments passent de l'intestin au sang et à la lymphe à travers la paroi de l'instestin grêle, grâce à l'existence de structures absorbantes, les villosités, qui leur permettent de passer dans les capillaires sanguins et les vaisseaux lymphatiques.

La paroi d'une villosité est constituée des cellules intestinales (ou enterocyte, dont on distingue ici le noyau, un par cellule !). La membrane d'un entérocyte présente des microvillosités augmentant la surface d'absorption. A la base des entérocytes, on distingue un capillaire sanguin contenant des hématies.

Schéma de l'organisation de l'appareil digestif
Source : site des laboratoires UPSA - Citrate de Bétaïne - Comprendre la digestion

La paroi de l'intestin présente des replis. Chaque repli est recouvert de villosités.
Source : Site de Jean-Pierre Berger, cours sur la digestion

Coupe schématique d'intestion grêle, avec détails des villosités
Source : cours de Gérard Chevrier

1) Trajet de l'air dans les organes.

L'air rentre par les fosses nasales où des muqueuses couvertes de cils retiennent poussières et microbes. Il passe ensuite dans le pharynx, le larynx et la tranchée. Cette trachée se divisent en deux bronches, chacune se dirigeant vers un poumon. Les bronches se divisent elles-mêmes en bronchioles.

2) Ventilation pulmonaire.

La ventilation pulmonaire est associée à l'inspiration et à l'expiration. Les mouvements ventilatoires ne viennent pas des poumons mais sont liés aux mouvements de la cage thoracique et du diaphragme. L'organisme absorbe du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone. Ces échanges gazeux sont liés à la respiration cellulaire.

3) Les échanges gazeux.

Le dioxyde de carbone passe dans l'alvéole quand le dioxygène passe dans le sang. Les cellules des organes utilisent le dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone. C'est la respiration cellulaire qui permet la récupération d'énergie par l'oxydation de matière organique.

Source : Assistance scolaire personnalisée - Collège - MAIF

Un sac alvéolaire est formé d'alvéoles. La paroi d'une alvéole es trichement vascularisée, ce qui permet les échanges gazeux respiratoires
Source : Assistance scolaire personnalisée - Collège - MAIF

Le sang est le liquide qui assure la circulation des nutriments, du gaz, des molécules et des anticorps. Le sang est constitué de cellules et de plasma.

1) Fonctions de la circulation.

Le sang transporte des nutriments, du dioxygène et du dioxyde de carbone. Il fait circuler les hormones et certains de ces constituants permettent la cicatrisation et la fabrication d'anticorps.

2) Rôle et fonctionnement du cœur.

La partie gauche du cœur est riche en dioxygène & la partie droite est riche en dioxyde de carbone. La contraction du cœur (ou systole) s'alterne avec le relâchement du cœur (ou diastole). Ces différentes phases constituent le cycle cardiaque ou la révolution cardiaque.

Le cœur a besoin de nutriments et de dioxygène car c'est un muscle. Le pouls correspond à la contraction des ventricules. La tension correspond à la pression du sang dans les artères.

Les artères & les veines transportent le sang.

IV / L'excrétion urinaire.

C'est l'élimination des déchets du corps sous l'action de l'appareil urinaire. L'appareil urinaire est constitué de deuxs reins, des bassinets reliés aux uretères qui rejoignent la vessie. Les molécules excrétées sont de l'urée, de l'amoniaque et de l'acide urique.

• Faut-il un mâle et une femelle pour faire des petits ?
• Quand ils s'accouplent, que font-ils ?
• Est-ce que la femelle de l'escargot a des spermatozoïdes ?
• Est ce que tous les animaux ont des spermatozoïdes et des ovules ?
• Est ce que les animaux à poils, à plumes, à écailles, à peau nue pondent des oeufs ?
• Est ce qu'il faut deux sexes : ovule et spermatozoïde ?

Observer la nidification et les comportements associés
Suivre « en direct » l’éclosion d’oisillons de différentes espèces

Observez ici les Faucons pèlerins en direct

Les images sont transmises en direct et 24h/24h depuis la cathédrale des Saints Michel et Gudule, à Bruxelles. La caméra est installée à 1 m du nid et est télécommandable depuis le poste d’observation situé sur le parvis.

• D'après Tavernier R. et Lamarque J. (2006, p. 324)
  [...] De nos jours, la vie quotidienne étale le spectacle de la sexualité : affiches de film, kiosques à journaux, informations télévisées avec allusions fréquentes à la prostitution, au viol,..., publicités faisant appel à l'érotisme [...], liberté de langage [ndlr. notamment radiophonique].... Ces images [...] peuvent entrainer de l'anxiété (la sexualité serait-elle liée à la violence ?) et surtout donnent une image fausse de la sexualité humaine, donnent une image fausse de la sexualité humaine, sans amour et sans respect. L'école peut-elle continuer à ignorer ces faits de civilisation ?
  Choisir de ne pas parler de ce sujet, c'est laisser à la rue la responsabilité de cette éducation puisque, en pratique, de nombreuses familles se sentent mal préparées à assumer cette responsabilité. Une attitude réticente ou gênée des adultes devant les interrogations des enfants peut faire naître le sentiment que, sur ce sujet, les échanges avec les "grandes personnes" sont interdits.
  
• Voir aussi Vincent Peillon se penche sur l'éducation à la sexualité, Le Figaro du 24 octobre 2012.

Objectifs éducatifs
- Fournir à chaque enfant l'occasion de parler de la reproduction humaine, devant ses camarades et en présence d'un adulte, dans une ambiance saine et détendue.
- Organiser des connaissances souvent décousues et issues d'une information empirique fragmentaire
- Préparer l'enfant à son avenir (puberté, menstruation), en l'aidant à comprendre les différences entre les deux sexes, en montrant qu'elles supposent une complémentarité (et pas une inégalité), les aidant ainsi à assumer psychologiquement l'appartenance à son sexe.

• Voir aussi le Guide pédagogique « Aborder les sujets sensibles avec les élèves », Sivane HIRSCH et al., 2015.

Cycle de développement : de la fécondation jusqu'à maturité sexuelle
les transformations de la puberté, caractères sexuels secondaires, déterminisme hormonal.
fécondation interne, développement direct, vivipare.

Description du rapport sexuel (éducation à la sexualité)

A. Anatomie des appareils reproducteurs des deux sexes

Fallopio Gabriello 16th century portrait by unknown artist

Sciences et sociétés Un peu d'histoire des hommes de sciences.... Gabriele Falloppio ou Gabriele Falloppia (né v. 1523 à Modène - mort le 9 octobre 1562 à Padoue), est connu dans les lettres françaises sous le nom de Gabriel Fallope et dans la République des Lettres sous son nom latin Fallopius. Il était naturaliste, botaniste, anatomiste et chirurgien italien du XVIe siècle, considéré comme un important anatomiste et médecin de son époque. Il a étudié l'appareil reproducteur des deux sexes, et décrit les trompes de Fallope, organes qui mènent de l'ovaire à l'utérus.

Spermatogenèse et ovogenèse (par méiose), déterminisme hormonal, comparaison des processus
(tous les chiffres sont des chiffres moyens. Il ne faut pas négliger les variations intraspécifiques et individuelles)

Human Ovary with Fully Developed Corpus luteum and several visible Corpora albicantia

This normal ovary was removed in the course of a hysterectomy for uterine disease. The bright yellow corpus luteum is fully developed, as it would be in the mid-luteal phase of the menstrual cycle following ovulation. The corpus luteum produces progesterone, which supports the endometrium's ability to accommodate the implanted conceptus. If a conceptus implants, the corpus luteum grows even bigger, to form the so-called "corpus luteum of pregnancy." If no pregnancy occurs, the corpus luteum shrinks dramatically to become a corpus albicans. This ovary also sports several corpora albicantia from previous months' cycles, one of which is marked. Source : Euthman (2008) sur le site Flickr.com

Exercice : sachant la durée de vie des gamètes mâles et femelles, sur le schéma du cycle menstruel, déterminer la période de fécondité.

C. De la fécondation à la nidation (mitoses) : première semaine du développement embryonnaire
L'odyssée de la vie (Youtube video : 14min)
L'odyssée de la vie - Les jumeaux (Youtube : 1min38)

D. Contraception et aide à la procréation (Education à la santé)

Choisir ou non d'avoir un enfant (contraception réversible et irréversible (stérilisation s.s.); pourcentages d'efficacité).
Contraception et lutte contre les inections sexuellement transmissibles (IST).
Procréation médicalement assistée : par FIV ou par fécondation in vivo (insémination articifielle ou ovulation par stimulations hormonales).

E. Etapes du développement et de la croissance embryonnaire (durant la gestation ou grossesse)

En moyenne, 270 à 280 jours après le début des dernières règles (aménorrhée = arrêt des règles).
avec deux phases : organogenèse embryonnaire (jusqu'à deux mois) et croissance et maturation foetale (de 2 à 9 mois). Maturation notamment du système nerveux, avec des multiplications cellulaires intenses entre 12 et 18 semaines). On passe d'un être vivant de quelques millimètres à un être de 30 cm (longueur du tronc à l'encéphale).

EXERCICE : sur le document, déterminer l'âge de l'embryon en fonction de sa longueur (3,5 cm, soit environ 7-8 semaines).

Mise en place du système circulatoire (coeur et vaisseaux), nerveux, génital (bourgeon génital qui se différencie à la 10eme semaine environ en pénis ou clitoris, en testicules ou ovaires, différenciation externe visible par échographie, mais également interne).
Mise en place d'annexes embryonnaires (organes temporaires, en relation avec un embryon sans réserves) :
- placenta (ayant un rôle de fixation, de respiration, de nutrition et d'excrétion, caractéristique des mammifères vivipares),
- cordon (contenant deux veines et une artère ombilicale) et amnios (poche des eaux). Possibilité de détecter le début de grossesse par l'hormone HCG fabriqué par le placenta (hormone embryonnaire comparable à la LH), que l'on retrouve dans le sang de la mère.

Alimentation par assimilation placentaire (après la naissance, on passe à une assimilation intestinale) et respiration placentaire (pas de mélange de sang), on passe à une respiration pulmonée. Barrière placentaire sélective et risques liés aux infections ou à la consommation de substances (médicaments, hormones et toxiques) portées par la mère - Education à la santé : relations mère-foetus

Pour la mère : au premier trimestre : gonflement des seins, sommeil, fatigue, vomissements et irritabilité parfois. Puis le volume de l'utérus augmente, une prise de poids moyenne de 1 kg par mois, et les premiers mouvements du foetus sont perceptibles. Le masque et la ligne de grossesse apparaissent également. 2500 kcal/jour, avec certains aliments et comportements à éviter, et un maintien recommandé de la vie active.

Suivi médical de la grossesse : par échographie (imagerie avec doppler, formation des organes, rythme cardiaque perceptible) et parfois une amniocentèse est pratiquée (prélèvement de liquide amniotique à la 15ème semaine et culture de cellules embryonnaires, avec des risques de fausse couche). Détermination du caryotype : on dénombre les chromosomes et le sexe de l'enfant (46,XX ou 46,XY). On peut détecter des anomalies dans le nombre de chromosomes

EXERCICE : syndrome de Down (47,XX ou 47,XY : trisomie 21), probabilité de 1/5.000 ou syndrome de Turner (45, X0) probabilité de 1/3.000). L'amniocentèse ne détecte pas les anomalies chromosomiques de remaniement intra ou interchromosomiques (exemple de la drépanocytose, mutation génétique).

Denture d'une enfant de six ans

Source : Banque d'images du Lycée G. Fauré de Foix

• Dans le cas de la mitose, les ceulles filles sont génétiquement, en première approximation, identiques à la cellule mère (sauf phénomène de remaniement chromosomique).
• Dans le cas de la méiose, la réduction chromosomique conduit à deux cellules filles qui possèdent la moitié du patrimoine génétique de la cellule mère (sauf phénomène de remaniement chromosomique ou d'aneuploïdie). Ces cellules sont dites haploides.

• deux individus de sexes opposés et génétiquement différents (de la même espèce) et ayant atteint leur maturité sexuelle (sauf parthénogenèse : reproduction monoparentale comme chez l'Escargot)
• émission de cellules reproductrices via les testicules ou ovaires, dans le milieu de vie (le plus souvent aquatique avec fécondation externe) ou dans les voies reproductrices de la femelle en milieu aérien (fécondation interne).
• Rencontre de ces cellules
• Fusion des deux cellules : fécondation, avec assemblage de deux contenus chromosomiques des parents, pour reconstituer le contenu chromosomique de l'espèce mais différent des parents (différent mais parent !). La cellule oeuf va ainsi présenter des caractéristiques des deux parents mais aussi des nouvelles.

1) ce qui est préalable à la fécondation.

Il faut (on constate la présence) des appareils producteurs avec au moins un testicule et un ovaire. D'autres organes génitaux peuvent s'y ajouter afin de permettre la reproduction (oviducte, utérus, vagin pour la femelle, spermiducte, pénis pour le mâle).
Les spermatozoïdes et ovules (cellules reproductrices) sont composés d'un noyau et d'un cytoplasme, comme toute cellule mais ils ont la particularité d'avoir un nombre de chromosomes « n » (cellule haploide) tandis que les autres cellules de l'organisme possèdent un nombre de chromosomes « 2n ».

2) Différentes étapes possibles pour aboutir à la fécondation.

Des comportements sexuels variés comme des signaux visuels, auditifs, olfactifs ou encore tactiles.
Puis plusieurs formes de reproduction sont possibles :

• accouplement et fécondation interne : les spermatozoïdes mâles passent directement chez la femelle (mammifères, oiseaux)
• accouplement et fécondation externe : après l'accouplement, la femelle dépose ses ovules et le mâle dépose ses spermatozoïdes sur les ovules (batraciens).
• Pas d'accouplement mais fécondation interne. Le mâle dépose ses spermatophores sur le sol et la femelle se fait inséminer elle-meme en se posant dessus sur le sol (scorpion).
• Pas d'accouplement et fécondation externe : les rencontres entre ovules et spermatozoïdes se font par hasard dans l'eau (ex des oursins)

3) La fécondation : un événement fondamental.

La cellule-oeuf est ainsi le résultat de cette fécondation. Un seul spermatozoïde peut pénétrer dans l'ovule (sauf dans les cas de polyspermie qui conduisent à la dégénérescence de la cellule oeuf).

1) Qu'est-ce qu'un œuf ?
Dans le langage courant, en référence à la reproduction des oiseaux et/ou à notre alimentation, il désigne un œuf avec coquille type œuf de poule... voire œuf de poisson. Pourtant, il peut s'agir aussi d'un œuf microscopique dans le corps de la femelle. C'est pourquoi, les scientifiques parlent plutôt de cellule-oeuf.

2) Les modalités de développement.
La cellule-oeuf se divise (multiplication par division cellulaire de type mitose) et les cellules produites se différencient pour donner un embryon.

• Chez les ovipares, les animaux qui pondent des œufs, l'embryon se developpe grâce aux réserves nutritives contenues dans l'oeuf. Tous les animaux ne prennent pas soin de leurs œufs durant le développement embryonnaire. Tout dépend des espèces.
• Chez les ovovivipares, les œufs se développent dans le corps de la femelle grâce aux réserves nutritives contenues dans l'oeuf. Il s'agit d'une sorte de couvaison interne (comme les vipères).
• Chez les vivipares, l'oeuf est fixé dans l'utérus (nidation interne) et l'embryon se développe en relation avec la mère. C'est par le placenta que se font les échanges respiratoires et nutritifs entre la mère et l'embryon.

- l'hermaphrodisme :
cela concerne quelques animaux possédants les organes reproducteurs males et femelles (escargot), ils doivent néanmoins s'accoupler pour accomplir une fécondation, mais cette dernière est optimisée dans la mesure où chaque individu-parent pourra l'accomplir dès que la maturité de ses cellules sexuelles le permettra.

- la parthénogenèse :
Elle intervient chez certains animaux pour donner naissance à une descendance à partir d'une seule gamète femelle. La reproduction sexuée existe néanmoins. Chez les abeilles par exemple, les œufs fécondés donnent des ouvrières ou reines, les œufs non fécondés donnent via la parthénogenèse des mâles (ou faux bourdon).

Développement et croissance chez quelques animaux

I/ Des définitions pour distinguer les concepts.

• La croissance (phénomène quantitatif) : c'est l'augmentation irréversible de la masse ou de la matière. Chez les animaux, elle se déroule de la naissance à l'âge adulte alors que chez les végétaux, elle ne s'arrête jamais.
• Le développement (phénomène qualitatif) : c'est la façon dont va évoluer l'être de la cellule-œuf jusqu'à sa mort. Chez les animaux, on distingue ainsi le développement embryonnaire (formation d'un individu), juvénile (taille et maturation des organes), adulte (maturité sexuelle) et sénile (fonctions diminuées).
  Chez les végétaux, le développement embryonnaire est court (de la fécondation à la plantule dans la graine) et le développement post-embryonnaire correspond au passage de la plantule à la plante développée.

II / Une succession d'étapes communes.

Chez les animaux, on distingue 3 étapes communes : un développement embryonnaire, une croissance et un développement juvénile avec chez certaines espèces des métamorphoses, puis le vieillissement.

III) Le développement diffère selon les espèces en fonction de l'aspect du petit à la naissance.

• on parle de développement direct quand le petit se transforme sans changer de forme (ex. homme, chat, poule, escargot), on parle alors de « jeune ».
• on parle de développement indirect quand le petit est différent de l'adulte par sa forme. On parle alors de larve (papillon, crabe, grenouille, puce). Les transformations vécues afin d'atteindre la forme adulte sont appelées des métamorphoses. Ces métamorphoses peuvent être progressives (ex. : grenouille) ou marquées (ex. : papillon). On distingue alors trois stades :
  - Stade larvaire : la larve est enfermée dans un exosquelette. À chaque mue, quand elle se débarrasse de son exosquelette, la larve a une poussée de croissance. Un nouvel exosquelette se reforme et cela se fait autant de fois que cela est nécessaire selon les espèces. La dernière mue est la « mue nymphale ».
  - Stade nymphal : Durant ce stade, la larve ne se nourrit pas et ne se déplace pas. La larve se transforme peu à peu en adulte. La larve mue pour le stade de la mue imaginale.
  - Stade imaginal ou adulte : À ce stade, l'adulte est capable de se reproduire.
  Chez le papillon, ces 3 stades ont des noms spécifiques : chenille pour la larve, chrysalide pour la nymphe et papillon pour l'adulte.

3) La croissance diffère selon les espèces avec la présence ou l'absence d'un exosquelette.

Chez les animaux avec une peau non rigide, la croissance est continue. (truite, criquet, chat, serpent)
Chez les animaux avec exosquelette, la croissance se situe entre la perte d'une mue et la formation d'une nouvelle. Cette croissance est donc discontinue (coccinelle).

Remarque : Chez le crapaud, qui a un stade larvaire, la croissance est continue. La présence d'un stade larvaire ne détermine pas le mode de croissance (continue ou pas).

4) Deux représentations des étapes de la vie des êtres vivants

• La représentation linéaire indique les étapes d'une vie de sa conception à sa mort.

Exemple du papillon :
Cellule-œuf --> développement embryonnaire et éclosion --> chenille --> développement larvaire --> nymphe --> développement nymphal --> papillon adulte.

Exemple de la souris :
Cellule-œuf --> développement embryonnaire --> embryon, souriceau --> naissance --> jeune souriceau --> développement juvénile --> souris adulte --> sénescence et mort.

• La représentation cyclique indique le cycle de vie de l'espèce qui se perpétue.

• L'homme produit des millions de spermatozoïde dans ses testicules où ils sont stockés dans l'épididyme. Mélangé aux sécrétions des vésicules séminales (à côté de la vessie) et de la prostate (sous la vessie et les vésicules séminales), il devient du sperme. Lors de l'érection, le sperme peut être évacué via l'urètre s'il y a éjaculation.
• Chez la femme, l'ovulation se déroule tous les 28 jours lors de l'expulsion d'un ovule d'un des deux ovaires. Cet ovule est propulsé dans la trompe de fallope en direction de l'utérus. Sa durée de vie est de 24h. S'il n'est pas fécondé durant ce laps de temps, il dégénère.

Les appareils reproducteurs masculin et féminin.
Source : Site de l'Académie de Poitiers

La croissance et le développement chez l'Homme

I / On retrouve les mêmes étapes que chez les autres êtres vivants.

La croissance et le développement embryonnaire dure 9 mois où se mettent en place les différents organes. Le système nerveux, le développement musculaire et osseux ne sont pas achevés. L'accroissement post-embryonnaire ou juvénile se déroule entre la naissance et la fin de l'adolescence. La croissance est continue mais pas régulière, avec notamment une poussée de croissance lors de la puberté. Durant l'adolescence, les garçons et les filles ont de profonds changements physiques et comportementaux.

II / Les caractéristiques du développement pubertaire.

Des changements se produisent dans les caractères physiques (développement musculaire chez les garçons, augmentation de la taille chez les garçons et filles et élargissement du bassin chez les filles par exemple), des caractères sexuels primaires (augmentation de la masse des testicules et agrandissement du pénis, première règles, augmentation de la masse des ovaires) et caractères sexuels secondaires (mue de la voix, développement des seins), ainsi que des modifications dans le comportement (personnalité).

III / Le développement de la denture.

Deux dentitions successives : tout d'abord les dents de lait à partir de 6 mois jusqu'à environ 3 ans. Les dents définitives sont déjà là à l'état de bourgeons et résorbent les racines des dents de lait qui tombent. Les dents de sagesse poussent à l'âge adulte, ce qui fera 32 dents.

IV / La croissance osseuse.

Le squelette du bébé est cartilagineux. Il s'ossifie avec le temps. Cela dépend de trois facteurs :

• facteurs externes : alimentation, qualité du sommeil profond, etc.
• facteurs internes : hormones de croissance.
• facteurs génétiques héréditaires.

Instructions officielles (BOEN, 2008)

Les stades du développement d’un être vivant (végétal ou animal).
Les conditions de développement des végétaux et des animaux.
Les modes de reproduction des êtres vivants.

Corrélations programmes de l'enseignement secondaire (collège et lycée)

Classe de sixième
Classe de quatrième

• Plante herbacée vivace et glabre (15-25 cm).
• Bulbe gros, ovoïde.
• Tige dressée, cylindrique.
• Feuilles généralement par 2, glauques, linéaires, obtuses, carénées, plus courtes que la tige.
• Fleur blanche hermaphrodite, solitaire et terminale, sortant d’une spathe arquée, membraneuse et plus longue que le pédoncule ; tépales blancs, les 3 internes marqués d’un croissant vert en dehors, striés de vert à l’extrémité en dedans, plus courts que les 3 externes, ovales et souvent un peu étalés ; étamines à filets très courts, à anthères dressées, lancéolées et acuminées.
• Fruit : petite capsule trigone, verte, charnue et subglobuleuse.
• Pollinisation : entomogame.
• Dissémination : endozoochore.
• Milieu de vie : Forêts, taillis, haies, broussailles, prairies, berges des rivières.
• Floraison : Janvier-Mars
• Altitude : 0-1 600 m
• Assez rare : Ouest, Centre, Pyrénées ; rarement subspontané. – Eurasiatique tempéré.

Source : http://erick.dronnet.free.fr/belles_fleurs_de_france/galanthus_nivalis.htm

Ce qui différencie les algues vertes des autre plantes vertes, c’est l'absence de tiges feuillées. Dans les plantes vertes à tiges feuillées, on distingue ensuite deux groupes : les mousses et les plantes à feuille nervurées (voir classification des plantes vertes ci-contre et ci-dessous).

• Les plantes annuelles : tiges, feuilles et racines disparaissent et elles passent l’hiver sous forme de graines.
• Les plantes vivaces : elles vivent plusieurs années, l’appareil tiges racines et parfois feuilles restent visibles pendant l’hiver.
• Les plantes bisannuelles qui vivent deux ans. Parmi elles, certaines vont rester apparentes sous forme de rosette de feuilles, d'autres restent souterraines sous forme de rhizome, de tubercule (tige souterraine qui se gonfle de réserves), de racine souterraine ou de bulbe.

Video Youtube, Mise en ligne le 18 sept. 2009
Time-lapse Phaseolus Runner Bean. Filmed by Neil Bromhall.

This sequence shows an example of hypogeal germination where the cotyledons remain underground and the epicotyl elongates, pushing the plumule upwards where it breaks through the soil.

Peanut seeds cut in half showing the embryo
with cotyledons and primordial root.
Source : Cariño, Spain (2012)

Les graines contiennent :
- un embryon, composé de feuilles (ou gemmule), d'une tige (ou tigelle) et d'une radicelle.
- des réserves (1 ou 2 sacs de réserves d'appelés cotylédons).
- une peau que l’on appelle le tégument.

La graine est à l’état déshydratée, ce qui contribue à son état de dormance. Elle reste en vie ralentie pendant une ou plusieurs années en fonction des espèces et des conditions de milieu. la température et l’hydratation permettent d’activer toutes les réactions biochimiques d'utilisation des réserves. L'hydratation permet aussi le gonflement de la graine et l’éclatement des téguments. Chez certaines espèces, le tégument doit passer dans le tube digestif d’un animal pour permettre la germination.
La germination conduit à la croissance des racines. Puis la tige s’allonge et les deux premières feuilles apparaissent. Ce développement initial n’est possible que grâce à l'oxydation des réserves nutritives des cotylédons (hétérotrophie) et la photosynthèse (autotrophie) prend le relais lorsque les feuilles chlorophylliennes deviennent aériennes.

Observation microscopique des grains de pollen (grossissement x150)

Expérience de germination de grains de pollen
Le pollen de Lis, fraîchement disséminé, est mis à germer, in vitro, sur un milieu très facile à préparer (saccharose 10% dans l'eau + extrait de pistil). Après deux ou trois heures, de nombreux grains présentent un tube pollinique bien développé. On peut alors en prélever quelques-uns, et les observer au microscope.

Description de l'appareil végétatif : plante herbacée vivace, à bulbe écailleux, de la famille des Liliacées (Monocotylédons). Les fleurs apparaissent à l'extrémité d'une tige.

Observation des pièces florales. Il s'agit d"une fleur trimère : 3 sépales pétaloïdes et 3 pétales identiques et parfumés. Réalisation de coupes transversales de l'ovaire et des anthères.

Etablissement de la formule florale du Lis.

La pollinisation est le processus qui conduit au dépôt des grains de pollen sur le stigmate de la fleur, par le vent ou les animaux, et plus récemment par l'Homme pour les espèces importantes pour l'agronome. A la suite de la pollinisation, le tube pollinique s’allonge à travers les tissus de pistil jusqu’à atteindre l’ovule contenu dans l’ovaire. Ce qui conduit le spermatozoïde vers la cellule reproductrice femelle contenue dans l’ovule de la fleur. Le tube se développe grâce à l’hydratation du pistil. Il véhicule donc les gamètes mâles jusqu’aux gamètes femelles contenues dans l’ovule.

Il y a chez les plantes à fleurs une double fécondation conduisant à la formation d’un embryon et d’un tissu de réserve. Suite à cette fécondation, l’ovaire va donner un fruit plus ou moins charnu, et l'ovule une graine contenant l'embryon.

Remarque : dans le langage courant, ce qu’on appelle fruits et légumes n’a pas le même sens qu’en botanique : le fruit est sucré alors que le légume ne l’est pas. En botanique, le fruit est le résultat du développement de l’ovaire et de l’ovule après fécondation. La tomate et le concombre sont donc des fruits. Par ailluers, la carotte n’est pas un légume, c’est une racine souterraine gorgée de réserves. Les botanistes appellent parfois légumes le fruit produit par les plantes de la famille des légumineuses (ou fabacées) comme le pois, le haricot, les fèves.....

ACTIVITE : TP sur le fruit d'une légumineuse

C'est sur les racines que l'insecte est redoutable en déterminant des renflements ou nodosités des radicelles et les tubérosités des racines. Celles-ci deviennent noires, se mortifient et se désagrégent à la fin de l'année. La vigne, privée de ses racines, ne tarde pas à mourir.

I / Prélèvements et devenir des éléments nutritifs.

1) Synthèse et utilisation de la matière organique.

Les organes de la nutrition et leur fonction : Une plante possède un appareil végétatif et un appareil reproductif. Il est étudié ici l'appareil végétatif composé de racines, de tiges et de feuilles. Cette caractéristique est à l'origine du groupe des végétaux dans la classification du vivant, distinct des champignons et des algues. La première étape dans la nutrition de la plante est l'absorption d'eau et de sels minéraux par les poils absorbants à l'extrimité des racines. La plante absorbe aussi du CO2 et rejette de l'O2 et de l'H2O (évapotranspiration), qui sont des échanges gazeux. Ces échanges gazeux se font à la surface de la feuille, grace à l'existence d'orifices stomatiques. La circulation à l'intérieur de la plante se produit via les « vaisseaux de bois » pour la sève brute, et via les vaisseaux du liber pour la sève élaborée.

Les besoins des végétaux pour la fabrication de leur matière :
La photosynthèse c'est la synthèse par l'être vivant de matière organique en présence de lumière et de matière minérale (eau et CO2). Les chloroplastes sont des structures à l'intérieur des cellules qui permettent de convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique. Les molécules organiques produites (le glucose essentiellement) contiennent l'énergie nécessaire à la plante pour sa respiration cellulaire, sa croissance et son développement. Le glucose est ainsi utilisé pour la fabrication de lipides. Conjugué à l'absorption de nitrates prélevés dans le sol, il permet également la fabrication de protides. La sève élaborée contient tous ces composés organiques synthétisés par la plante (le glucose, les lipides et les protides). Sa circulation permet d'en distribuer à toutes les parties de la plante, l'excédent pouvant être mis en réserve dans les tubercules, les bulbes, les graines selon les espèces.

2) Besoins selon les stades de développement.

Lors de la germinations, la plante est hétérotrophe : elle utilise de l'eau, des sels minéraux et de la matière organique en réserves pour produire son énergie. À l'apparition des premières feuilles vertes, elle devient autotrophe et absorbe de l'eau, des sels minéraux et du CO2.

II / La respiration cellulaire.

Comme pour tous les cellules vivantes, elle existe dans les cellules végétaux, avec des processus biochimiques identiques à ceux des animaux. Ces réactions biochimiques permettent à la plante de produire de l'énergie à partir de l'oxydation de molécules organiques ( le glucose est oxydé en présence de dioxygène (O2), ce qui génère du CO2).

Experiment to show how water travels in plants...
Source :Kerry Harrison, 2011 - Blog and articles : Plants need food

Source : Banque de schéma SVT de l'Académie de Dijon

1) Une succession d'étapes communes.

• Végétaux se développant à partir d'une graine : graine --> plantule --> jeune plante (développement des racines, de la tige puis des feuilles) --> plante adulte (développement des feuilles, fleurs, fruits et nouvelles graines) --> mort.
• Végétaux se développant à partir d'un organe de réserve : organe de réserve (tubercule, bulbe, rhizome) --> bourgeon --> jeune plante (développement et croissance des racines, tiges puis feuilles) --> plante adulte (développement et croissance des racines, tiges, feuilles, fleurs, fruits, graines) --> reconstitution d'un nouvel organe de réserve --> mort de la partie aérienne.

2) De la graine à la plantule : la germination.

La germination débute par le développement de la radicule (première racine), puis le système racinaire se ramifie. La tige commence à sortir. La jeune plante devient alors à ce stade une plantule utilisant les réserves de la graine pour se développer (hétérotrophie). À l'apparition des premières feuilles, elle devient autotrophe, et fabrique sa propre matière organique (voir ci-dessus). La plantule possède des méristèmes (zones de multiplication et de différenciation cellulaire), un se situe au sommet de la tige et permet de développer la partie aérienne de la plante, un autre situé à l'extrémité de la racine est responsable du développement de la partie souterraine. Les méristèmes permettent donc la croissance de la plante et fonctionne durant toute la vie de l'individu. D'autres méristèmes se chargent de la croissance en épaisseur de la plante comme chez les arbres notamment.
Afin de germer, la plante a besoin d'eau, d'O2 et d'une température convenable à l'espèce. Les graines ne germent qu'après une période dite de dormance qui contribue au passage des saisons défavorables à l'activité biologique (résistance au gel ou à la sécheresse).

3) De la plantule à la plante développée.

La plante a une croissance discontinue ou continue (suivant les espèces et les climats) jusqu'à la mort de la plante. Cette croissance se traduit par un allongement des tiges et l'apparition de feuilles grâce aux bourgeons, par un accroissement en épaisseur (comme la coupe d'un tronc d'arbre, avec au printemps la fabrication de grosses cellules claires, et en été-automne la fabrication de petites cellules sombres), par l'allongement et la ramification des racine. Des fleurs et des fruits sont aussi produites.
Pour croître, une plante a besoin de lumière et de matière minérale (eau, CO2, ions) pour la photosynthèse de matières organiques (glucides et hormones de croissance par exemple) et la respiration cellulaire (qui se produit en continue). Photosynthèse et respiration nécessitent une température convenable.

IV / Cycle de développement et cycle saisonnier.

? Chez les plantes et les animaux, le cycle de développement, qui va de la cellule-œuf à l'état adulte, a des durées variables. Il peut être en lien ou non avec le cycle saisonnier. Cycle de reproduction et cycle saisonnier sont donc différents. Luminosité et température saisonnières peuvent avoir des effets sur la reproduction et sur le cycle de développement de l'espèce.

À l'âge adulte, la reproduction peut avoir lieu :

• une seule fois pour les espèces à durée de vie courte, ou pour les plantes annuelles (haricot) ;
• chaque année quand la reproduction est liée au cycle saisonnier, comme chez les plantes vivaces (tulipe), les arbres (noisetier), les animaux (cervidés...) ;
• plusieurs fois au cours de l'année, cette reproduction est limitée par le temps de gestation de la femelle et sa période de fécondation (poule).

Exemple du cycle de vie du haricot :

source : site "Jardinons à l'école"
Groupement national interprofessionnel des semences et plants (GNIS)

La reproduction sexuée des plantes à fleurs

1) Qu'est-ce qu'une plante à fleurs ?

On qualifie de plantes à fleurs, tous végétaux produisant des fleurs, comme la tulipe, le maïs, le cerisier, le sapin. La fleur porte les organes sexuels de la plante.

Le sapin qui ne produit pas de fruit, mais des graines nues, contrairement à ceux précédemment cités, est pourtant une plante à fleur. Le fait de ne pas produire de fruit n'exclue pas la possibilité d'être une plante à fleur. Enfin les végétaux comme les algues, mousses, fougères ne sont pas des plantes à fleurs puisqu'elles n'en font pas.

Tous les végétaux produisant des fleurs, produisent des graines. Ainsi dans le cas d'une plante à fleur produisant des fruits, les graines sont contenues dans le fruit issu du développement de l'ovaire; l'ovule, enfermé dans un ovaire, devient la graine. ce sont des angiospermes (de « angio » grec, enveloppe).
Dans le cas d'une plante à fleur ne produisant pas de fruits, comme le sapin et tous les conifères, l'ovule est à nu (c'est à dire non enfermé dans un ovaire). Ces plantes sontr des gymnospermes (de « gymnos » grec, nu).

La graine chez les angiospermes est le produit de la double fécondation, point de départ d'un nouvel être vivant. Le fruit, produit seulement par les angiospermes, est issu du développement de l'ovaire après la double fécondation. Il contient les graines. Chez les gymnosperme la graine est le produit de la fécondation de l'ovule nu (il n'y a pas d'ovaire).

II / De la fleur au fruit.

Dans une fleurs, les étamines sont les organes mâles et le pistil l'organe femelle. Chaque étamine comprend un filet avec à son extrémité une anthère contenant les grains de pollens. Le pistil comporte un stigmate qui « détecte » les grains de pollens de la même espèce que sa fleur. Ce stigmate est supporté par le style à la base duquel se trouve l'ovaire contenant lui-même l'ovule chez les angiospermes.
Quand la fleur fane, et si l'ovule a été fécondé, l'ovaire devient alors un fruit et l'ovule une graine (chez les angiospermes, car chez les gymnospermes, l'ovule est nu). Peu à peu, étamines, sépales, pétales tombent laissant place au fruit, issu du développement de l'ovaire et contenant la ou les graines.

II / Des gamètes à la graine.

Pour qu'il y ait un fruit, il faut une pollinisation et une fécondation.

1. La pollinisation

• Pour les plantes monoïques (fleurs mâles et fleurs femelles sont portées par le même plant (maïs)), la fécondation croisée est possible entre fleurs du sexe opposé du même plant.
• Pour les plantes « dioïques » (fleurs mâles et fleurs femelles ne sont pas portées par le même plant (kiwi)), la fécondation ne peut se faire qu'avec des fleurs de sexe opposé et n'étant pas du même plant.

1. La fécondation

1. Différents types de fruits

1. La dissémination des graines et des fruits

Source : Les sciences à l'école, Académie de Bordeaux

Source : Site BIOWEB, cours de biologie en ligne

Source : Site BIOWEB, cours de biologie en ligne

ANIMATION Flash

LA DOUBLE FECONDATION CHEZ LES ANGIOSPERMES
Source : Site Biologieenflash.net de Claude Perrin

• À partir de racines.
• À partir de tiges aériennes (stolons) qui, dès qu'elles touchent le sol, s'enracinent et donne un nouveau plant.
• À partir de tiges souteraines renflées (tubercules de la pomme de terre). La plante qui va naître du tubercule va avoir des racines au bout desquelles de nouveau tubercules identiques aux premiers apparaitront.
• À partir de tiges souterraines rampantes (rhizomes), à l'origine notamment de tubercules.
• À partir de bulbes. Le bulbe se développe en plante aérienne qui va fabriquer de la matière dans un ou plusieurs autre(s) bourgeon(s) bulbeux qui seront un ou des bulbe(s) de remplacement.

• Bouturage : se pratique en ôtant une partie de la plante d'origine (tige, rameau, feuille), à l'enterrer afin de donner une nouvelle plante.
• Marcottage : cela consiste à enterrer une tige restant en liaison avec la plante mère. Une fois l'apparition de nouvelles racines, on peut séparer la plante mère et la nouvelle plante.
• Eclatage : cela se fait en fragmentant une plante (comme des rhizomes ou des tubercules), et en les replantant en terre. Ces fragments donneront de nouvelles plantes.
• Greffage : c'est un bouturage particulier où le greffon est placé sur un autre végétal appelé porte-greffe.

Instructions officielles (BOEN, 2008)

L’adaptation des êtres vivants aux conditions du milieu.
Places et rôles des êtres vivants ; notions de chaînes et de réseaux alimentaires.
L’évolution d’un environnement géré par l’Homme : la forêt ; importance de la biodiversité

Corrélations programmes de l'enseignement secondaire (collège et lycée)

Classe de sixième, de cinquième
Classe de quatrième

Un écosystème en évolution, depuis un trou d'eau de ruisselement (donc une eau minéralisée), avec colonisation progressive par les airs et par les sols. La matière organique en décomposition essentiellement sous l'action des bactéries et de larves de chironome (les décomposeurs) , et la minéralisation qui en résulte fournit aux végétaux des substances nutritives pour leur développement et leur croissance par production de matière organique (les producteurs). Certains végétaux peuvent flotter, avoir leurs racines fixées dans la vase (Renoncule, Nénuphars, ou potamots) ou des racines minuscules sans contact avec le sol (lentilles d'eau, voir son mode de colonisation rapide et indice biotique associé). D'autres sont complètement immergées comme le Myriophylle. En observant l'appareil foliaire des végétaux supérieurs, il est possible d'identifier les adaptations structurales des feuilles aériennes, flottantes ou immergées. Les algues microspcopiques se développent dans la mare, comme la filamenteuse Spirogyre. En fonction des saisons, et de la hauteur et de la quantité d'eau, des pentes de la mare, les ceintures végétales sont plus ou moins importantes et diversifiées, en relation également avec leurs besoins en eau : les Carex, les Joncs, les Massettes, les Phragmites, les Iris ou les Renoncules (voir page 5, BTI n°430, oct. 1997).

Les bactéries, hétérotrophes, consomment donc le dioxygène dissous dans l'eau mais lorsque le milieu est trop riche en matière organique, la décompostion devient difficile et il y a risque d'asphyxie du milieu ! Lentement la mare se comble alors et les etres vivants finissent par disparaitre par eutrophisation naturelle ou accélée par les actvités humaines. L'entretien d'une mare (en enlevant régulièrement les débris végétaux et en partie la vase) permet de ralentir ou d'enrayer le phénomène.

Les producteurs nourissent les hétérotrophes herbivores comme la Daphnie, le Cyclops, l'Hydrophile adulte, la Limnée, la Planorbe, le Ver de vase (c'est une larve d'Insecte) ou les tétards (consommateurs primaires). Les hétérotrophes carnivores comme le Nèpe, Ranatre, le Gerris (ou Araignée d'eau), Notonecte, Naucore, le Dytique, la larve de Libellule (avec son masque dépliable) ou encore la Grenouille, le Triton et même le Héron, des passereaux, des poules deau, mais aussi des Couleuvres ou des Rats..., constituent des consommateurs secondaires (des prédateurs).

Un jour, sur ses longs pieds, allait, je ne sais où,
Le Héron au long bec emmanché d'un long cou.
Il côtoyait une rivière.
L'onde était transparente ainsi qu'aux plus beaux jours ;
Ma commère la Carpe y faisait mille tours,
Avec le Brochet son compère.
Le Héron en eût fait aisément son profit :
Tous approchaient du bord ; l'oiseau n'avait qu'à prendre
Mais il crut mieux faire d'attendre
Qu'il eût un peu plus d'appétit :
Il vivait de régime et mangeait à ses heures.
Après quelques moments, l'appétit vint : l'Oiseau,
S'approchant du bord, vit sur l'eau
Des tanches qui sortaient du fond de ces demeures.
Le mets ne lui plut pas ; il s'attendait à mieux,
Et montrait un goût dédaigneux,
Comme le Rat du bon Horace.
« Moi des tanches ! dit-il ; moi, Héron, que je fasse
Une si pauvre chère ? Et pour qui me prend-on ? »
La tanche rebutée, il trouva du goujon.
« Du goujon ! c'est bien là le dîner d'un Héron !
J'ouvrirais pour si peu le bec !aux Dieux ne plaise ! »
Il l'ouvrit pour bien moins : tout alla de façon
Qu'il ne vit plus aucun poisson.
La faim le prit : il fut tout heureux et tout aise
De rencontrer un limaçon.

Ne soyons pas si difficiles :
Les plus accommodants, ce sont les plus habiles :
On hasarde de perdre en voulant trop gagner.
Gardez-vous de rien dédaigner ;
Surtout quand vous avez à peu près votre compte.

Pour comparer les écosystèmes entre eux, il est possible de faire des estimations de quantité de matière organique produite de la biocénose en kg par hectare, dans un biotope donné : c'est la biomasse de l'écosystème qui se repartit entre producteurs primaires, consomateurs et décomposeurs. On constate qu'il y a des pertes de matières de 10% en moyenne entre chaque niveau de la pyramide (exemple de la prairie ou de la forêt). Ces pertes correspondent à de la matière organique non assimilée, rejetée dans les excréments, ou utilisée pour produire de l'énergie nécessaire au mouvements, à l'entretien des cellules de l'organisme et perdue sous forme de chaleur.

Exemple de la Belette qui utilise 1% de la matière ingérée pour se construire (MO produite), 10% est excrétée (NA) et 89% est utilisée par la respiration (R).

Cycle biogéochimique du carbone

Deux mergules face au soleil de minuit, Groenland Est.
© David Grémillet.

CNRS (15 mai 2012): La planète se réchauffe, particulièrement au niveau des pôles. Comment les organismes réagissent-ils face à cette hausse des températures ? Une équipe internationale 1 menée par un chercheur CNRS du Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive 2 vient de mettre en évidence que les mergules nains, les oiseaux marins les plus abondants de l'Arctique, adaptent leur comportement de pêche en fonction du réchauffement actuel des eaux de surface en mer du Groenland. Leurs taux de reproduction et de survie ne sont pour l'instant pas affectés. Un réchauffement plus important pourrait néanmoins menacer cette espèce. Ces travaux sont publiés le 21 mai 2012 dans la revue Marine Ecology Progress Series. Ils ont notamment bénéficié des soutiens de l'Institut polaire français (IPEV) et d'un programme américano-norvégien.

Marine Ecology Progress Series (21 mai 2012): ABSTRACT: Climate models predict a multi-degree warming of the North Atlantic in the 21st century. A research priority is to understand the effect of such changes upon marine organisms. With 40 to 80 million individuals, planktivorous little auks Alle alle are an essential component of pelagic food webs in this region that is potentially highly susceptible to climatic effects. Using an integrative study of their behaviour, physiology and fitness at 3 study sites, we evaluated the effect of ocean warming on little auks across the Greenland Sea in 2005 to 2007. Contrary to our hypothesis, the birds responded to a wide range of sea surface temperatures via plasticity of their foraging behaviour, allowing them to maintain their fitness levels. Predicted effects of climate change are significantly attenuated by such plasticity, confounding attempts to forecast future effects of climate change using envelope models.
Marine Ecology Progress Series (21 mai 2012). D. Grémillet, J. Welcker, N.J. Karnovsky, W. Walkusz, M.E. Hall, J. Fort, Z.W. Brown, J.R. Speakman & A.M.A. Harding (2012). Little auks buffer the impact of current Arctic climate change. Marine Ecology Progress Series. 21 mai 2012.

• Régime végétarien s'il ne se nourrit que de végétaux (vache, antilope).
• Régime carnivore s'ils ne se nourrissent que d'autres animaux (félins, canidés).
• Régime omnivore s'ils mangent des végétaux et des animaux (homme, raton-laveur).

Certains animaux changent de régime alimentaire selon les saisons (renard), d'autres ont un régime très strict, comme le ver à soie qui ne mange que des feuilles de mûrier.

1. Les producteurs primaires : les végétaux chlorophylliens sont autotrophes. La photosynthèse leur permet de faire la synthèse de leur matière organique et font la synthèse du glucose à partir d'eau et de CO2 et en présence de lumière. Ils sont les premiers producteurs de matière organique dans un réseau trophique (dans l'univers marin, le producteur est le phytoplancton).
2. Les consommateurs consomment d'autres êtres vivants. Ils sont hétérotrophes puisqu'ils se nourrissent d'autres êtres vivants. On parlera de consommateur primaire, secondaire, tertiaire, etc. selon le niveau qu'on lui attribue dans la "chaîne alimentaire". Un être vivant est consommateur est également un producteur. Ainsi la chenille est un consommateur primaire puisque végétarien mais un producteur secondaire. En effet, les mésanges mangent des chenilles. Les mésanges sont ainsi des consommateurs secondaires et des producteurs tertiaires dans cette chaîne alimentaire.
3. Les décomposeurs ont la particularité d'utiliser la matière organique morte (végétaux, cadavres ou excréments) pour construire leur matière organique. Ils sont hétérotrophes. Certains sont visibles, comme les vers et champignons, et détritivores car ils décomposent la matière organique ; d'autres invisibles comme les bactéries et champignons microscopiques. Les décomposeurs transforment la matière organique en matière minérale.

4) Un flux continu de matière et d'énergie.

Quand un geai mange une chenille, une partie seulement de cette chenille sert à construire de la matière organique du geai. Le reste est utilisé pour fournir de l'énergie (pour respirer par exemple) ou encore est rejeté sous forme de déchets et de gaz respiratoires (CO2). Il faudra donc beaucoup de chenille pour un geai. Le rendement est dit « mauvais ». C'est pourquoi les "chaines alimentaires" sont parfois représentées sous formes de pyramides.

5) Quelques relations particulières.

Il existe d'autres types de relations trophiques entre les êtres vivants, différentes de celles entre une proie et son prédateur. Par exemple la relation hôte-parasite. Le parasitisme caractérise un animal ou végétal qui vit (en se nourrissant, en s'abritant ou en se reproduisant) aux dépens d'un autre. Parfois cette relation est peu grave, parfois elle peut entraîner jusqu'à la mort (champignons sur un arbre, puces sur un animal, plasmodium responsable du paludisme (mort)).

Autre exemple : la symbiose lorsque deux êtres vivants ont une relation durable avec un bénéfice pour les deux.
Exemples : Le lichen, association entre une algue unicellulaire et un champignon : les bactéries de l'intestin humain (exemple d'Escherichia coli) qui favorisent la digestion, la régulation du système immunitaire ou empêchent la colonisation par des organismes pathogènes ; L’Acacia cornigera ou le Barteria sont des arbres myrmécophiles, c'est à dire qu'ils ne peuvent survivre qu’avec une colonie de fourmis ; Les termites peuvent La dégrader totalement la cellulose du bois grâce à l'association symbiotique avec des protistes, des bactéries et des archées ; La vache possède également dans son estomac des bactéries symbiotiques capables de digérer la cellulose ; Le mycorhize est une symbiose entre les racines d'un végétal et un champignon ; La plupart des légumineuses peuvent réaliser des symbioses avec des bactéries de type Rhizobium.

III / Le cycle du carbone.

Les végétaux chlorophylliens incorporent le dioxyde de carbone (matière minérale) dans leur matière organique. Ce carbone organique peut alors être ingéré par ceux mangeant la plante et par tous ceux qui suivront dans la chaine alimentaire. Comme ces hétérotrophes consommateurs rejettent du dioxyde de carbone (respiration), le carbone organique constituant les plantes chlorophylliennes est minéralisé en CO2, qui ese retrouve dans l'atmosphère.

Houilles et pétroles résultent de l'accumulation dans le temps et à l'abri de l'action des décomposeurs de matières organiques vivantes. Ce sont des énergies non-renouvelables car elles résultent d'un piégeage et la sédimentation de la matière organique ancienne. Leur utilisation intensive conduira à leur épuisement à plus ou moins long terme et à des modifications de la composition de l'atmosphère en CO2. L'homme modifie donc les écosystèmes par les rejets et les prélèvements qu'il effectue.

L’ÉCOSYSTÈME : UN ÉQUILIBRE FRAGILE.

Le nombre d'individus d'une espèce est limité par la quantité de nourriture disponible et par le nombre de ses prédateurs. Un déséquilibre sur un maillon de la chaine peut affecté la chaine toute entière. Parfois, les déséquilibres sont dus aux activités humaines : introduction de nouvelles espèces, surexploitation, rejet de substances nocives.

I / L'eutrophisation.

L'eutrophisation est la modification et la dégradation d'un milieu aquatique, lié en général à un apport excessif de substances nutritives qui augmentent la production d’algues et d'espèces aquatiques, ainsi parfois que la turbidité, en privant parfois le fond et la colonne d'eau de lumière. Par extension elle désigne la prolifération d'algues vertes et leur fermentation en profondeur.

Cette eutrophisation, phénomène naturelle dans les eaux d'un étang, est parfois accélérée par les rejets de l'activité humaine, comme l'utilisation d'engrais en agriculture, qui va rejeter nitrates et phosphate et entrainer la prolifération des animaux qui s'en nourrissent (bactéries, algues). En effet, si la nourriture est abondante, les animaux se reproduisent plus. Le dioxygène est rapidement consommé entrainant alors un déficit dans le milieu. Les animaux ayant besoin d'oxygène meurent tandis que les autres continuent de proliférer. Les algues fermentent et provoquent des gaz nauséabonds comme le méthane dans certains marées.

II / Surexploitation des ressources en eau.

Prélever de l'eau, pour irriguer les cultures par exemple, peut entrainer une détérioration de la biocénose. L'eau utilisée n'est pas assez vite remplacée par les eaux de pluies. Le niveau baisse, le taux de sel augmente, provoquant la mort des êtres vivants de ce milieu.

III / La déforestation.

La déforestation c'est la régression des surfaces couvertes par la forêt pour l'extension de terres agricoles, l'urbanisation et l'exploitation de certaines essence forestières (comme le chêne liège). Ce sont les forêts tropicales qui sont les plus atteintes par ce phénomène comme la forêt amazonienne au Brésil afin d'étendre le réseau agricole. Leur destruction entraînerait une augmentation des gaz à effet de serre (CO2) puisque le dioxyde de carbone n'est plus absorbé. Ce phénomène pourait avoir des conséquences sur le réchauffement climatique.

IV / L'effet de serre

1) Définition de l'effet de serre naturel et ses effets.

La terre reçoit des rayonnements de la part du soleil. Une partie est absorbée par le sol et l'atmosphère, tandis que le reste est rejeté vers l'espace sous formes d'infrarouges. Sur Terre (comme sur Vénus ou Mars) certains gaz atmosphériques, comme le dioxyde de carbone ou l'ozone, absorbent ces infrarouges et les réemettent vers la sruface terrestre. Il y a un effet de serre naturel qui maintient ainsi la basse atmosphère à une température globale moyenne de surface de 15°C. Mais l'augmentation de ces gaz entrainent une plus forte capacité atmosphérique à conserver les infrarouges. D'où une augmentation probable de la température moyenne de surface.

2) Conséquences supposées de l'effet de serre.

Le réchauffement pourrait entraîner la fonte des glaces aux pôles et donc une élévation du niveau de la mer et en même une augementation de la fréquence et de l'intensité des sécheresse, accompagnées d'évènements climatiques extrêmes comme les canicules, les tempêtes et les cyclones. Les conséquences sur les écosystèmes sont en cours d'évaluation.

Symbiotic bacteriae on Alnus.
Photo: Sten Porse

Les algues vertes sont de retour en Bretagne Elles sont la bête noire des écologistes et des éleveurs, en raison de leur forte toxicité et des dangers qu'elles présentent pour la santé. Depuis peu, elles sont réapparues à Brest et dans la baie de Lannion. En cause : des niveaux de nitrate excessifs dans le sol et des températures extrêmement douces. Source : TF1 Vidéo, 21 avril 2012, Durée : 1 min 36

Amazonie : la déforestation s'accélère Source : Blaise Mao, 2 décembre 2008 - Géo.fr

Instructions officielles (BOEN, 2008)

Présentation de la biodiversité : recherche de différences entre espèces vivantes. Présentation de l’unité du vivant : recherche de points communs entre espèces vivantes.
Présentation de la classification du vivant : interprétation de ressemblances et différences en termes de parenté.

Corrélations programmes de l'enseignement secondaire (collège et lycée)

Classe de seconde (2010)

• des données historiques fiables
  (lettres, registres, états-civils,...)
• sur quelques siècles
• identification d'ancêtres

• des données indirectes
  (caractères hérités, traces incomplètes, rares, fossiles,...)
• sur des centaines de millions d'années
• identification de parents

Les échelles d'espace varient en géologie, du réseau cristallin, en majorité silicaté (de composition atomique Si,O, Al, Mg, Fe), à un globe aplati aux pôles (rayon moyen de 6400 kilomètres) et composé de roches majoritairement solides, entouré d'enveloppes fluides, dont l'atmosphère, de 400 km d'épaisseur.

L'objectif de ce cours est de se représenter la structure du globe, de comprendre sa dynamique, l'objectif éducatif étant de discuter des logiques scientifiques qui permettent de développer une prévision et une gestion des risques volcaniques et sismiques dans les régions où les populations sont exposées. C'est un exercice de modélisation, c'est-à-dire de construction d'une représentation de la planète fondée sur des observations et des mesures que l'on met en cohérence autour d'un modèle permettant d'imaginer le futur à partir de la compréhension des phénomènes actuels et passés.

Actuellement, le modèle de Terre proposé par les géochimistes et les géophysiciens est une planète en couches concentriques de température et de compositions chimiques différentes, avec une croûte et un manteau entièrement solide et un noyau liquide à l'extérieur et solide à l'intérieur. On dit que la Terre est différenciée.

Voir l'histoire des modèles de Terre, Vincent DEPARIS, Site Planet-Terre, 2001.

EXERCICE : colorier la croûte en marron, le manteau en vert (olivine !) et le noyau de Fe et de soufre, en rouge

La croûte est composée de granites (majoritairement sur les continents, silicates d'aluminium) et de basaltes (majoritairement sur les océans, silicates de Fe et de Magnésium). Le manteau est formé d'une roche qui contient un minéral composé de silicium, d’oxygène, de magnésium et de fer, l'olivine associé à des pyroxènes. L'épaisseur de la croûte est comprise entre 3 et 70 kilomètres. Le noyau est formé de fer à 98% et de nickel.

Entre 1908 et 1950, on réalise progressivement une échographie de l'intérieur de la Terre grâce à l'étude de la propagation des ondes sismiques, rallenties dans les zones chaudes et accélérées dans les zones froides. Cette échographie révèle que les 100 premiers kilomètres (croûte + manteau supérieur) forment un ensemble de roche que l'on appelle la lithosphère qui a un comportement cassant. On parle souvent de plaque lithosphérique.

La tectonique des plaques est le modèle qui décrit le mouvement de cette couche solide à la surface du globe (avec des vitesses de l'ordre du cm/an (de 1 à 10 centimètres par an en fonction des régions) qui peuvent être étudiées par des reconstitutions de la vitesse de sédimentation, de l'évolution de l'aimantation des roches basaltiques, ou encore, de manière instantannée, par des données GPS.

Sur la carte de la surface du globe, si on représente les épicentres (c'est à dire des points à la vertical du lieu de rupture que l'on appelle le foyer sismique (ou hypocentre)), on constate que les séismes ne sont pas répartis au hasard à la surface de la planète. Cette carte est le résultat d'une étude statistique sur une période de temps de 20 à 30 ans.

Noter que la magnitude du séisme est la grandeur qui caractérise l'intensité d'un séisme à son foyer. La notion a été introduite en 1935 par l'Américain Charles Francis Richter pour les séismes locaux californiens afin d'estimer l'énergie libérée au foyer d'un tremblement de terre et pouvoir ainsi comparer les séismes entre eux. L'estimation de la magnitude locale est relativement simple : il s'agit du logarithme de l'amplitude (A) de l'inscription d'un sismographe étalonné (amplitude maximale des ondes P), compte tenu de sa distance à l'épicentre (D). Par définition, lorsque A=1 mm pour D=100 km, la magnitude vaut 1. La magnitude est exprimée sur l'échelle ouverte de Richter.

Cette répartition forme des lignes qui délimitent des ensembles relativement stables tectoniquement, il n'y a pas de cassure ou fracture ou peu. On peut distinguer 12 zones relativement et statistiquement stables, à la fois océaniques et/ou continentales, qui forment des plaques. Les séismes se produisent à la jonction, au frontière de ces plaques. A partir de cette connaissance cartographique et sismique, on peut donc prévoir ou estimer des zones à risques pour les populations en fonction des régions du globe. On peut avoir des zones très actives et des zones moins actives, en mettre en relation avec la densité de population pour faire une estimation des risques.

• des ruptures liées à l'écartement des plaques (zone de divergence lithosphérique)
• des ruptures liées au rapprochement des plaques (zone de convergence lithosphérique)
• des ruptures liées au glissement horizontal des plaques (zone de mouvement transformant; comme en Californie)

Cartes de la sismicité de la France (magnitude > 2) sur la période 1980-2010 Source : Bureau Central Sismologique Français

La répartition de la population en France (Photographie de la luminosité)

1. Nommer les principales régions sismiques et asismiques de le France métropolitaine
2. Dénombrer le nombre de séismes de magnitude supérieure à 4,9 entre 1980 et 2010
3. Comparer les cartes de la sismicité et des reliefs. Associer à chaque région sismique un élément de relief. Commenter.
4. Comparer les cartes de la sismicité et de la répartition de la population. Nommer deux régions à risque sismique fort. Qualifier le risque sismique en Bourgogne et en Corse.

If you are under the impression that there have been an unusual number of horrific earthquakes of late, often contradicting scientific expectations, you are correct. The rate of occurrence of ‘great’ earthquakes — those of magnitude 8 or larger — since December 2004 is about 2.5 times the average rate over the preceding century. Five quakes of magnitude 8.5 or greater have struck since the magnitude-9.2 Sumatra–Andaman earthquake on 26 December 2004 [...]

The record over the past 110 years suggests that such spates of activity may be a statistical fluctuation. [...] from 1950 to 1965, Earth was wracked by seven earthquakes of magnitude 8.5 or greater, including the largest yet recorded — magnitude 9.5 in Chile in 1960. [...] Population growth means that more people are now, and will be, exposed to earthquake hazards than during 1950–65 [...].

The recent great earthquakes have all hit near subduction zones: regions in which oceanic plates are diving under other plates.Here, friction causes sticking and slipping of the rocks that results in intermittent earthquakes. Geophysicists thought that in certain regions of these plate boundaries, warm rock or slippery sediments should prevent the build up of friction enough to avoid a large quake. We thought that regions that had ruptured recently wouldn’t rupture again for years, and that segments where a long time had passed since the last big event were most likely to slip in the near future. We under-estimated the extent to which one earthquake can trigger another [...]

There is no straightforward theory that predicts how often or when such a great aftershock might occur. [...] earthquakes have brought sobering lessons about our ability to issue early warnings. Some researchers have argued that quakes grow from an initial rupture that has some kind of signature indicating how large the final rupture will be. Recent earthquakes have undermined that hope. [...]

Re-evaluation of risk assessments for other areas where ridges are subducting, from Peru to Tonga to Vanuatu, is under way. [...] We must now consider this type of event in risk assessments, because it shows that large tsunami-generating events could happen nearer to the ocean trench than previously thought. [...]

Unfortunately, we often advance our understanding of earthquakes through bitter experience. But progress is being made [...].Part of the solution is a wider spread of instrumentation [...] A major effort is under way to improve our understanding of great-earthquake risk off the coasts of Oregon and Washington in the United States, where a magnitude-9 earthquake last struck in 1700.

D'après le site de Dominique Decobecq :

Après quelques mois de repos, l'Etna entre de nouveau en activité le 14 décembre 1991. Commençe la plus longue éruption de l’Etna du XXe siècle (473 jours).

— Le 25 décembre les coulées de lave menacent le village de Zafferana et son approvisionnement en eau.
Des bulldozers mettent en place des digues en terre afin de dévier la coulée et de protéger les habitations. La police installe des barrages pour décourager les curieux.
— Le 29 décembre. Le front de lave mesure 400 m de large et 10 m de haut. Une partie des structures d'approvisionnement en eau sont ensevelies. Des vergers sont menacés. On évacue quelques maisons isolées. Le débit journalier de la lave est estimé à 1 million de m3.
Les habitants de Zafferana s'inquiètent car la lave s'épanche de façon souterraine, dans des tunnels de lave ce qui conserve sa température et sa fluidité et lui permet de s'écouler très loin.
— Le 31 décembre elle descend jusqu'à 1 250 m d'altitude.

Face à cette menace les autorités prennent la décision de construire une immense digue de terre.
— Le 3 janvier le front de lave descend jusqu'à 1 000 m.
En janvier et en février l'activité de l'Etna se maintient ; les coulées de lave s'écoulent toujours dans des tunnels de lave et ressortent un peu plus loin.
En mars, les coulées arrivent à 800 m d’altitude. Heureusement, elles se superposent et ne vont pas plus loin.
— Le 8 avril, la lave passe au-dessus du barrage construit durant le mois de janvier. Quelques jours plus tard la lave avance et, après avoir franchi d'autres barrages édifiés en toute hâte, atteint la côte de 750 m d'altitude.
— Le 9 mai la lave s'écoule rapidement et avance sur des vergers. Les habitants de Zafferana accusent l'état italien d'incompétences ; nous sommes en période électorale.
Les habitants d'un autre village, Milo, expriment leur mécontentement : ils ont peur que la coulée déviée descendent sur leur territoire. Les écologistes ont un autre avis, pour eux, lors d'une éruption la coulée de lave doit s'épancher naturellement sans aucune intervention de l'homme.
Les volcanologues imaginent d'autres moyens que les barrages et proposent d'endiguer la coulée à sa source. Des bulldozers essayent d'entamer le bord du tunnel, puis, des artificiers font sauter avec de la dynamite la paroi restante mais le chantier est perturbé par d'autres coulées de lave. Des hélicoptères de l’armée américaine tentent d'obstruer le tunnel de lave en amont. Une ouverture est alors réalisée dans la voûte du tunnel principal. Les hélicoptères déposent près du bord des blocs de béton d'une tonne. Ceux-ci sont ensuite enchaînés les uns aux autres. Puis les techniciens essayent de les faire tomber à l'intérieur du tunnel de lave pour le boucher.
Mais rien n'y fait l'Etna continue d'épancher ses laves. L'éruption s'arrêtera après plus d’un an d'activité le 30 mars 1993.
Camions, pelleteuses, créations de pistes, hélicoptères, abattage d'arbres, déplacement de beaucoup de terre...autant de nuisances crées par l'Homme, qui somme toute, sont peut être plus dévastatrices que la coulée elle-même et sans doute beaucoup plus coûteuse !!!

Auteur : Alain De Goër de Herve
Collection : Itinéraires De Découverte Régionaux
Édition : Ouest-France - Edilarge
Format : Papier (livre entier)
Parution : 19 mars 1997

EXERCICE : Education aux médias :
Volcan de la Fournaise (Ile de la Réunion)

« ... Le volcan La Pétée à la Fournaise est rentré en éruption à 19H10 précisément. A peine quelques minutes plus tard, nous étions les premiers à vous révéler cette information. Après 9 mois de sommeil et plusieurs fausses alertes le spectacle est une fois de plus grandiose. Patrick Smitt et Gilles Lallemand. »

« Le grondement du volcan est assourdissant, la lave est projetée à plus de 25 mètres de haut. Une heure ce matin, la caméra de David Cigale enregistre pour vous les premières images de l'éruption du Piton de la Fournaise. Un peu avant 19H30 hier soir une faille de 400 mètres de long s'est ouverte en contrebas du Château Fort : 4 bouches éruptives alimentent des coulées qui se dirigent vers les pentes du Grand Brûlé. »

LES VOLCANS

D'après le dictionnaire de géologie (Foucault et Raoult, 6eme édition, Dunod), un volcan est un lieu où des laves (magma en fusion) et des gaz chauds atteignent la surface terrestre (ou celle de la Lune, ou d'autres planètes comme Venus ou Mars), soit à l’air libre, soit sous l’eau. Par refroidissement, ces laves donnent des roches volcaniques (ou roches effusives). L'aspect d'un volcan et les caractéristiques de ses éruptions dépendent de la composition chimique de la lave et de sa teneur en gaz. Un volcan peut-être en activité permanente ou discontinue, à l'échelle humaine ou à l'échelle des temps géologiques. Certaines zones volcaniques sont dites éteintes lorsqu'aucune manisfestation volcanique directe ou indirecte n'a été détectée depuis plusieurs millénaires.

Différents types d'éruptions volcaniques.

Une éruption volcanique, c'est la remontée du magma à la surface par l'intérmédiaire de fissures débouchant parfois sur des cratères. Les éruptions peuvent être de types effusives (pour les volcans qualifiés par certains de volcans rouges en raison de larges épanchements de laves) ou explosives (pour les volcans qualifiés de volcans gris en raison des épaisses fumées et poussières éruptives). Ces différents dynamismes éruptifs sont en relation avec la composition chimique de la lave et sa teneur en gaz dissous.

• Si elle est riche en silice, elle est qualifiée de lave acide, et elle est visqueuse et ne permet pas l'évacuation des gaz dissous, créant une sorte de bouchon, qui entraîne une éruption explosive.
• Si elle est pauvre en silice, elle est plus fluide et entraîne une éruption effusive où la lave s'écoule sur les flancs du volcan.

Un volcan n'est pas forcément que explosif ou effusif. Il peut être les deux. Les éruptions explosives se caractérisent par des projections (cendres et blocs), des coulées peu étendues (voire pas du tout), et parfois des nuées ardentes ( = grand volume de gaz brûlants à très forte pression transportant, à la suite d’une violente explosion, des masses considérables de débris de lave (des cendres aux blocs) et se déplaçant à grande vitesse (100 km/h et plus). Les roches magmatiques déposées sont des ignimbrites qui peuvent en quelques minutes ou quelques heures couvrir des surfaces de plusieurs dizaines ou centaines de km 2). Dans ce cas, le volcan est en forme de dôme, d'aiguille ou de cratère. Les éruptions effusives se caractérisent par quelques projections et fontaines de laves, des coulées étendues, la forme du volcan est un cône mixte ou un cratère, ou bien un cône très abaissé.

3) Origine du magma et de la lave.

Le magma prend naissance localement dans le manteau supérieur du globe terrestre par une fusion partielle de roches mantelliques (de nature péridotitique). Sous l'effet très local d'une augmentation de température, d'une baisse de pression et/ou d'une hydratation, les roches subissent une fusion partielle et les liquides produits, de densité plus faible que les roches encaissantes, remontent en fissurant l'encaissant. Ces liquides peuvent d'accumuler en profondeur (formant des réservoirs de magma) ou arriver jusqu'à la surface en fracturant les roches. En se solidifiant au contact de l'air ou de l'eau, la roche produite est un basalte, dans le cas d'un magma peu acide (lave fluide et éruption effusive), ou une andésite dans la cas d'une lave visqueuse (éruption explosive).

4) Déclenchement d'une éruption volcanique.

De multiples facteurs entrent en jeu : la présence de failles, la nature du magma, les gaz, la présence de réservoirs, les variations de pression et de température peuvent entrainer une éruption. La fracture entraine une dépressurisation lâchant les gaz et une remontée du magma. (un peu comme lors de l'ouverture d'une bouteille de champagne).

Les convergences ou les divergences des plaques entrainent la formation du magma, par des variations locales de pression, de température et d'hydratation au sein de roches mantelliques.

LES PLAQUES LITHOSPHÉRIQUES ET LEURS MOUVEMENTS

I. Localisation comparée des séismes et des volcans.

Volcans et séismes sont localisés dans les zones actives du globe terrestre. Les séismes sont généralement situés au niveau de fosses océaniques, des dorsales océaniques et chaînes de montagnes. Le volcanisme continental se trouve dans les mêmes zones géographiques que les séismes continentaux et aux bordures des continents. Le volcanisme océanique se trouve au niveau des dorsales océaniques.

A noter le volcanisme de point chaud : Certains volcans, à l'inverse ne font pas partie de cette dynamique des zones actives terrestres, comme les volcans d'Hawaï. On parle alors de volcanisme de point chaud car issus d'une anomalie thermique d'origine profonde, sans lien direct avec la tectonique des plaques lithosphériques.

Animation permettant de superposer les cartes des séismes et volcanisme pour mettre en évidence les plaques tectoniques
Animation réalisée par claude Perrin, site biologie en flash

Voir aussi le site collège Jean Vilar Sciences

II. Un modèle expliquant la dynamique de la lithosphère.

1) La notion de plaque lithosphérique

C'est l'enveloppe externe du globe. Elle est solide, comme toutes les autres enveloppes du globe mais rigide. Elle est composée de la croûte terrestre qui a des parties océaniques et continentales et du manteau supérieur. Elle repose sur l’asthénosphère (ou manteau inférieur) moins rigide. La lithosphère forme des plaques lithosphériques se déplaçant les unes par rapport aux autres.

Aux frontières de ces plaques apparaissent des chaines de montagnes, des dorsales ou des fosses océaniques, qui sont des zones actives du globe. Le globe comporte 12 plaques aux tailles variées, qui sont soient océaniques, soient continental-océanique.

2) Les mouvements des plaques

Il existe 3 mouvements de plaque : divergents, convergents ou coulissants (faille de San Andreas, Californie). Les plaques divergent au niveau des dorsales océaniques (zone en extension) et convergent aux autres frontières (montagnes et fosses).

• Divergence au niveau des dorsales : Quand deux plaques s'écartent, du magma fluide et basique est produit par dépression et remonte à la surface. Il renouvelle le fond océanique en «expansion » ; Mais s'il y a augmentation de la surface océanique au niveau des dorsales, il faut disparition ailleurs. Cela se produit alors au niveau des fosses océaniques ou zones de subduction.
• Convergence dans les zones de subduction : La divergence produite au niveau de la dorsale s'accompagne d'un enfoncement de la plaque océanique, plus dense, sous la plaque continentale, ou une autre plaque océanique plus légère ! La plaque océanique disparaît dans le manteau au niveau d'une zone de subduction. Elle se déshydrate alors, ce qui provoque Il y a la fusion partielle des roches mantelliques environnantes. Le magma produit, de nature visqueuse, remonte et provoque des éruptions explosives, accompagnées de séismes.
• Convergence dans les chaines de montagne : Deux plaques lithosphériques de nature continentale, peuvent entrer en collision, et former une montagne (exemple de la chaine des Alpes). Ayant la même densité, l'une ne peut passer sous l'autre. Il se produit de nombreux chevauchements, et des plissements. Ce raccourcissement est associé un épaississement local de la lithosphère.