Différences entre les pages « Les pollutions invisibles » et « La diversité spécifique, l'assurance de la fonctionnalité »

 
 
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{{Tuto Details
 
{{Tuto Details
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|Main_Picture=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__La_diversit_sp_cifique_l_assurance_de_la_fonctionnalit_Sans_titre.png
 
|Licences=Attribution (CC-BY)
 
|Licences=Attribution (CC-BY)
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|Description=Dans cette expérience, nous allons tester une eau d’aspect ordinaire à l’aide de produits du quotidien et réaliser des réactions chimiques pour mieux comprendre les phénomènes de pollutions invisibles dans nos cours d'eau.
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|Description=Les espèces, dans l’écosystème dans lequel elles vivent, vont assurer des rôles et des fonctions qui sont propres à chacune d’entre elles. Plusieurs espèces, dans un même écosystème, vont assurer des rôles ou des fonctions proches. Or, si la diversité spécifique (en nombre d’espèces) diminue dans un écosystème, une partie des rôles ou des fonctionnalités ne vont plus, au moins en partie, avoir lieu normalement.
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|Disciplines scientifiques=Life Sciences
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Cette fiche est réalisée dans le cadre d'un partenariat avec l'agence de l'eau Loire - Bretagne.
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|Difficulty=Technical
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|Disciplines scientifiques=Chemistry, Life Sciences
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|Duration=35
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|Difficulty=Easy
 
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|Duration=20
 
 
|Duration-type=minute(s)
 
|Duration-type=minute(s)
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|Tags=Pollution, eau, microscopique
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|Tags=Agence de l'eau, bon état, 20000 lieues
 
}}
 
}}
 
{{Introduction
 
{{Introduction
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|Introduction=Une eau transparente et sans odeur est-elle forcément une eau propre ?
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|Introduction=Cette expérience est une illustration de l'une des raisons pour lesquelles la diversité en termes de nombre d’espèce est importante dans les écosystèmes.
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En effet, dans les écosystèmes, chaque espèce assure, lors de son cycle de vie, un certain nombre de fonctions.
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Par exemple, une espèce A de larve d’insecte aquatique consomme des champignons qui poussent sur des feuilles d’arbres tombées dans l’eau, ce qui découpe les feuilles en morceaux de grande taille.
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Une espèce B consomme les champignons sur les morceaux de feuilles de grande taille, ce qui les découpe à nouveau, en morceaux plus petits.
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Et ainsi de suite.
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Certaines espèces assurent, en terme écosystémique, des fonctions relativement proches.
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Par exemple, une espèce A’ peut aussi consommer des champignons sur des feuilles de taille similaire à l’espèce A et les découper aussi en morceaux grossiers.
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Lorsque qu’un écosystème est perturbé, certaines espèces peuvent disparaître.
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Lors de cette expérience, nous allons comprendre pourquoi il existe un risque de voir certaines fonctions ne plus être assurées lorsque des perturbations touchent un écosystème et suivant la diversité spécifique.
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Ici pour simplifier la compréhension, nous avons limité la notion des fonctions assurées par les espèces au sein des écosystèmes à la notion de régime alimentaire.
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De la même façon, les espèces sont en fait des groupes taxonomiques importants (souvent la classe) et sont là seulement à titre illustratif.
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Cette fiche expérience s’intègre dans le Parcours 3 : Solutions et techniques d'étude.  Elle est réalisée dans le cadre d'un partenariat avec l'agence de l'eau Loire - Bretagne. La fiche mise en page est disponible en version PDF et téléchargeable [https://www.wikidebrouillard.org/images/4/40/La_diversite_specifique_-_l_assurance_de_la_fonctionnalite_Fiche_18.pdf ici].
 
}}
 
}}
 
{{Materials
 
{{Materials
 
|ItemList={{ItemList
 
|ItemList={{ItemList
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|Item=Bocal en verre
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|Item=Ciseaux
 
}}{{ItemList
 
}}{{ItemList
−
|Item=Vinaigre blanc
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|Item=Tableau velleda
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}}{{ItemList
+
}}
−
|Item=Bicarbonate
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|Tuto_Attachments={{Tuto Attachments
−
}}{{ItemList
+
|Attachment=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle.pdf
−
|Item=Bouilloire
+
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}}{{ItemList
+
|Attachment=La_diversite_specifique_-_l_assurance_de_la_fonctionnalite_Fiche_18.pdf
−
|Item=Cuillère à café
 
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}}{{ItemList
 
−
|Item=Encre effaçable
 
−
}}{{ItemList
 
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|Item=Eau
 
 
}}
 
}}
 
}}
 
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{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
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|Step_Title=Réunir le matériel
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|Step_Title=Préparer les cartes
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|Step_Picture_00=Encre_invisible_IMG20200319165311.redimensionne.jpg
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|Step_Content=Description des tâches à réaliser :
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*Télécharger les fichiers  en cliquant sur le lien suivant : [https://www.wikidebrouillard.org/images/0/01/La_diversit_sp_cifique_l_assurance_de_la_fonctionnalit_19b_Cartes-diversite-fonctionnelle.pdf Fichier en version PDF];
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*Imprimer les cartes ;
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*Découper les différentes cartes ;
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*Faire deux lots :
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**Un lot A avec la richesse spécifique importante ;
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**Un lot B avec la richesse spécifique faible.
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|Step_Picture_00=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png
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|Step_Picture_01=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png
 
}}
 
}}
 
{{Tuto Step
 
{{Tuto Step
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|Step_Title=Préparer "l'eau mystère"
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|Step_Title=Distribuer le jeu de carte A
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|Step_Content=Faire chauffer de l’eau à l’aide de la bouilloire avant de la verser dans le bocal.  
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|Step_Content=Distribuer face cachée les cartes du lot A. L’idéal est d’avoir au minimum une dizaine de cartes.
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|Step_Picture_00=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png
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}}
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{{Tuto Step
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|Step_Title=Révéler les cartes
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|Step_Content=Chaque participant.e révèle sa ou ses cartes.
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Il.Elle présente ensuite l’organisme figurant sur sa carte, son régime alimentaire et le numéro de la perturbation à laquelle ce dernier est sensible.
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Voici la liste des régimes alimentaires et leur définition :
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- Déchiqueteur. Une fois tombées à l’eau, les feuilles d’arbres sont colonisées par des champignons microscopiques (hyphomycètes). Certains macro-invertébrés coupent en morceaux les feuilles pour consommer les champignons ;
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 +
- Prédateur. Il s’agit de macro-invertébrés qui se nourrissent d’autres macro-invertébrés en les attrapant vivants ;
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-  Racleur. Les organismes ayant ce type de régime alimentaire mangent les micro-organismes qui poussent sur les éléments présents dans le cours d’eau (pierres, morceaux de bois…). Ces micro-organismes forment le plus souvent une couche transparente d’aspect gélatineux, nommée biofilm ;
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- Piqueur. Il s'agit de macro-invertébrés qui se nourrissent en piquant, soit les plantes aquatiques pour aspirer de leur sève, soit les animaux afin d’aspirer leurs fluides. Dans les deux cas, l’animal, de la même façon que la plante, peut survivre à la piqûre (si l’intensité, la fréquence et l’état sanitaire de la plante ou de l’animal le permettent). Il s’agit donc d’un comportement différent de la prédation.
  
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{{Warning|Attention à utiliser un bocal supportant les fortes températures, comme par exemple un pot de confiture vide.}}
 
  
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Ensuite,  il convient de regarder quels sont les régimes alimentaires présents dans le groupe et combien d’espèces partagent le même régime alimentaire.
  
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Percer la cartouche d'encre effaçable, la vider dans le bocal d'eau très chaude, puis remuer à l'aide de la petite cuillère.
 
  
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Quatre perturbations figurent sur les cartes (A, B, C et D). Ces quatre perturbations sont théoriques. Il est possible de donner des exemples de perturbations réelles pour illustrer son propos :
  
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Que se passe-t-il ?
 
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|Step_Picture_00=Encre_invisible_IMG20200319165431.redimensionne.jpg
 
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|Step_Picture_01=Encre_invisible_IMG20200319165443.redimensionne.jpg
 
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}}
 
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{{Tuto Step
 
−
|Step_Title=Réaliser l'expérience
 
−
|Step_Content=Ajouter un peu de vinaigre dans le bocal. Que remarque-t-on ?
 
  
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- Des perturbations de débit (étiage important, prélèvements d’eau important, ou au contraire pluie torrentielle) ;
  
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Que se passe-t-il si l’on ajoute à nouveau du bicarbonate et qu’on mélange le tout ?
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- Des perturbations des habitats (prélèvement des granulats, arrachages des herbiers, curage du cours d’eau, retrait de la litière, arasement de la ripisylve…)
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|Step_Picture_00=Encre_invisible_IMG20200319165542.redimensionne.jpg
 
−
|Step_Picture_01=Encre_invisible_IMG20200319165616.redimensionne.jpg
 
−
|Step_Picture_02=Encre_invisible_IMG20200319165633.redimensionne.jpg
 
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}}
 
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{{Notes
 
−
|Observations=•  Sous l'effet de l'eau chaude, on obtient un liquide transparent, l'encre n'est plus visible.
 
  
−
•  Quand on ajoute du vinaigre au mélange, la couleur de l'encre réapparaît.
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- Des pollutions (rejet agricole organique, épandage dans un champ à proximité de pesticides, d'engrais, etc.) ;
  
−
•  Si l'on ajoute du bicarbonate, la couleur disparaît à nouveau.
+
- Des modifications du cours d’eau (talutage, creusement du lit mineur, modification du chenal d’étiage, calibrage…).
−
|Avertissement=Il est très important d'utiliser de l'encre effaçable (cette propriété est indiquée sur l'emballage).
 
−
|Explanations=On appelle pigments les éléments qui donnent leurs couleurs à des produits comme l'encre. Dans cette expérience, en ajoutant de l'eau chaude, on a transformé le pigment bleu de l'encre, en le rendant incolore.
 
  
−
Ce pigment change de couleur selon l'acidité : quand on ajoute un produit acide comme le vinaigre, le mélange devient acide, et le pigment redevient bleu. En ajoutant du bicarbonate, qui est basique (le contraire d'acide en chimie), le mélange finit lui aussi par devenir basique et le pigment redevient donc incolore.
 
−
|Deepen=La molécule du pigment qui colore l'encre a été modifiée par l'eau chaude, le mélange est alors devenu incolore grâce à la forme basique de l’eau. L’eau est ampholyte, c’est à dire qu’elle se comporte en acide en présence de base, et en base en présence d’acide. Ici, le pigment de l’encre est un acide, donc l’eau adopte un comportement basique et fait disparaître la couleur bleue en modifiant la molécule du pigment.
 
  
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Voir « Pistes pour animer l’expérience ».
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|Step_Picture_00=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png
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}}
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{{Tuto Step
 +
|Step_Title=Définir et appliquer les perturbations
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|Step_Content=L’animateur.rice choisit une des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).
  
−
L’eau chaude accélère la réaction. Sans chaleur, la réaction serait beaucoup plus longue. Ici, la chaleur est donc un catalyseur.
 
  
 +
Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.
  
−
Dans cette expérience, les molécules modifiées sont sensibles au pH (autrement dit à l'acidité du milieu). Quand on ajoute le vinaigre, qui est un acide, la solution devient acide, et les molécules subissent une nouvelle transformation : elles reprennent leur état d’origine et le mélange est à nouveau bleu.
 
  
−
Quand on ajoute un produit basique comme ici le bicarbonate de sodium, il réagit avec le mélange et fait disparaître la couleur de l’encre à nouveau, car on neutralise l’acidité du vinaigre. On obtient ainsi une solution basique, ce qui provoque la disparition de la couleur bleue.
+
Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.
  
 +
L’animateur.rice choisit une deuxième des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).
  
−
Si on ajoute encore du vinaigre, il va se trouver en plus grande quantité que le bicarbonate de sodium (il n'y a plus assez de bicarbonate de sodium pour "occuper" tout le vinaigre). Le vinaigre va donc une fois de plus réagir avec la molécule modifiée, qui retrouvera son état d'origine et va encore colorer le mélange en bleu.
+
Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.
  
−
La composition des encres bleues effaçables est souvent secrète, et diffère selon les marques. Leur couleur bleue est obtenue avec des dérivés d'aniline, notamment le bleu d'aniline. Les effaceurs vendus dans le commerce contiennent du bisulfite de sodium, qui réagit avec le bleu d'aniline en formant un produit incolore. Il s'agit d'une réaction d'oxydo-réduction.
 
  
 +
Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.
  
−
Cette expérience montre que tous les produits contenus dans l’eau ne sont pas forcément visibles. C’est notamment le cas de nombreux polluants, que l’on ne peut détecter qu’en réalisant des analyses. Certains produits, qu’on appelle des réactifs, révèlent la présence de polluants invisibles en provoquant une réaction chimique qui colore l'eau.
 
  
−
<br />
+
Discuter avec les participant.e.s de l’effet des perturbations sur ce groupe d’espèces.
−
|Applications=Chacun d'entre nous possède une multitude de produits pour des utilisations différentes. Avant de les utiliser ou de les mélanger, il est important de connaître leur composition et les réactions qu'ils peuvent créer.
+
|Step_Picture_00=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png
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}}
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{{Tuto Step
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|Step_Title=Distribuer le jeu de carte B
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|Step_Content=Distribuer face cachée les cartes du lot B. L’idéal est d’avoir au minimum une dizaine de cartes.
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|Step_Picture_00=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png
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}}
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{{Tuto Step
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|Step_Title=Révéler les cartes
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|Step_Content=Chaque participant.e révèle sa ou ses cartes, puis présente l’organisme figurant sur  chacune de ses cartes son régime alimentaire et le numéro de la perturbation à laquelle ce dernier est sensible.
  
−
Le vinaigre est un bon exemple, on peut l’utiliser de nombreuses manières : pour le ménage, en cuisine... Il peut servir à enlever des taches, mais doit être utilisé avec précautions, car il fait blanchir certaines surfaces comme le granit.
 
  
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Comparer avec la situation précédente en termes de nombre d’espèces.
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|Step_Picture_00=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png
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}}
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{{Tuto Step
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|Step_Title=Définir et appliquer les perturbations
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|Step_Content=L’animateur.rice choisit une des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).
  
−
Un grand nombre d’éléments invisibles peuvent être présents nos cours d'eau, et certains sont très polluants. Pourtant, la plupart du temps, on pourrait croire que l'eau est « propre » lorsqu’on l’observe à l’oeil nu. Cependant si l’on examine l’eau au microscope, ou qu'on réalise des analyses, on peut souvent s’apercevoir que l'eau n'est pas aussi propre qu’elle en a l’air.
 
  
−
La pollution de l'eau est présente sur toute la surface de la Terre et touche l’eau sous toutes ses formes (cours d'eau, océans, pluie, neige, glaces polaires..).  
+
Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.
  
  
−
Une activité ou un produit de l’activité humaine qui libère des produits dangereux pour l’environnement ou la santé est appelé une source de pollution.  
+
Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.
  
  
−
'''<big>Les principales sources de pollution de l’eau</big>'''
+
L’animateur-rice choisit une deuxième des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).
  
 +
Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.
  
−
'''La pollution domestique'''
 
  
−
Elle provient des habitations et des bâtiments collectifs (écoles, commerces, hôpitaux...).
+
Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.
  
−
En moyenne, un français consomme 137 litres d'eau par jour, dont la quasi totalité est rejetée. Ce sont des eaux usées issues de la cuisine, de la salle de bain mais également des toilettes. Elles contiennent de nombreux polluants : des graisses, savons, détergents, matières en suspension, matières organiques ou minérales dissoutes, et plusieurs milliards de bactéries.
 
  
 +
Discuter avec les participant.e.s de l’effet des perturbations sur ce groupe d’espèces.
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|Step_Picture_00=La_diversit__sp_cifique__l_assurance_de_la_fonctionnalit__19b_Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png
 +
}}
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{{Notes
 +
|Observations=Faire la comparaison entre les deux situations :
  
−
Les déchets ménagers font aussi partie de la pollution domestique. Un français jette environ 1kg de déchets par jour (plastiques, métaux, piles, ampoules)… Leur rejet dans la nature pollue les rivières et les nappes souterraines. Par exemple, une bouteille plastique peut mettre jusqu'à 1000 ans à se dégrader, et pollue la nature pendant toute sa durée de vie.
+
- Quel est le groupe (A ou B) ayant le mieux résisté ? ;
  
 +
- Quel a été l’effet de la première perturbation sur le groupe A ? ;
  
−
'''La pollution agricole'''
+
- Sur le groupe B ? ;
  
−
Elle représente la première source de pollution des ressources en eau. Les pollutions agricoles regroupent les pollutions liées à la culture, mais également à l'élevage. Les principales sources de pollution sont les engrais, les lisiers et les purins d'élevage ainsi que les produits phytosanitaires.
+
- Quel a été l’effet de la deuxième perturbation sur le groupe A ? ;
  
−
Les engrais utilisés par l'agriculture contiennent de l'azote, et ses dérivés les nitrites et les nitrates. A l'échelle nationale, l'agriculture représente 33 à 66% de la pollution en azote de l'eau.
+
- Sur le groupe B ?
  
  
−
'''La pollution industrielle'''
+
Une fois les conclusions tirées, il est possible de refaire la manipulation afin de vérifier les conclusions.
 +
|Avertissement=Pour que cette expérience fonctionne, il faut bien mélanger les cartes et bien prendre le temps de a discussion avec les participant.e.s.
 +
|Explanations=Dans le premier groupe, le nombre d’espèces est important. À chaque fois, quatre espèces différentes possèdent le même régime alimentaire. Lorsqu’une perturbation se produit dans l’écosystème, certaines espèces vont disparaître, mais comme d’autres partagent le même régime alimentaire, il y a peu de risques que celles-ci disparaissent de l’écosystème.
  
−
Les pollutions liées au industries et les polluants qu’elles génèrent varient beaucoup en fonction du type d’activités. Les principales industries produisant des polluants sont les usines agroalimentaires (matières organiques, graisses), les usines de fabrication de papier, la chimie et l'industrie du cuir (divers produits chimiques), la métallurgie et les traitement des surfaces (métaux), le transport (hydrocarbures), les centrales nucléaires (déchets radioactifs et eaux chaudes utilisées dans les circuits de refroidissement).
 
  
 +
Dans le deuxième groupe, le nombre d’espèces est faible. Ici seules deux espèces possèdent le même régime alimentaire. Lorsqu’une perturbation se produit dans le milieu, il y a un risque important qu’un des régimes alimentaires ne soit plus représenté dans le milieu.
  
−
'''<big>Les principaux types de polluants</big>'''
+
À plus forte raison lorsque deux perturbations adviennent.
 +
|Deepen=Dans les écosystèmes, les espèces peuvent être regroupées par traits fonctionnels.
  
  
−
'''Les matières organiques''' ont durant très longtemps constitué les principaux polluants des milieux aquatiques. Elles proviennent des déchets domestiques (ordures ménagères, excréments), agricoles (lisiers) ou industriels (papeterie, tanneries, abattoirs, laiteries, …). Leur présence peut, en forte concentration, engendrer une asphyxie de la faune aquatique (manque d'oxygène), qui menace particulièrement les poissons.
+
Par exemple, pour des plantes, on peut regrouper l’ensemble des espèces ayant le même type racinaire au sein d’un premier trait, puis regrouper les espèces ayant des surfaces de feuilles équivalentes au sein d’un deuxième trait, etc.
  
  
−
Les '''hydrocarbures''' sont présents dans les rejets des usines, garages et stations services, et dans l’eau qui ruisselle sur les routes. En trop grande quantité, ils peuvent s’avérer très toxiques pour la faune et la flore aquatiques. Les pollutions aux hydrocarbures ne sont malheureusement pas rares. Plusieurs fois par an, le milieu marin subit des marées noires dues aux accidents ou aux rejets (parfois volontaires) d’hydrocarbures par des navires pétroliers.
+
Pour les macro-invertébrés, un trait peut être le régime alimentaire, comme nous l’avons vu dans cette fiche. Un insecte (Plécoptère) et un crustacé (Gammare) peuvent être présents dans le même groupe (déchiqueteur par exemple) pour cette caractéristique. Un autre trait peut être l’habitat utilisé (végétaux, cailloux, sable…). Le plécoptère et le gammare peuvent différer de ce point de vue là, le premier vivant plutôt sur des cailloux, le second dans les végétaux. Ils mangent donc la même chose, mais pas au même endroit dans la rivière !
  
  
−
La '''pollution métallique''' est un problème très préoccupant, en raison de sa toxicité mais de son accumulation dans la chaîne alimentaire : un humain qui consomme un poisson contaminé accumule non seulement les métaux contenus dans ce poisson mais également ceux contenus dans les proies que celui-ci avait mangées auparavant. Les métaux qui peuvent polluer l’eau, tels que l’aluminium, l’arsenic, le chrome, le cuivre, et les métaux lourds (mercure, plomb...), sont très dangereux pour la santé humaine. Ils proviennent des rejets d'usines, de l'épandage sur les sols agricoles, des boues de stations d'épuration, des eaux de ruissellement, et ne sont pas biodégradables.
+
La même espèce peut être regroupée avec des espèces différentes dans des traits différents, en fonction de la caractéristique de celle-ci qui sera considérée.
  
  
−
La '''pollution chimique''' provient de l'insuffisance des stations d'épurations, de l'absence des réseaux d'assainissement, du lessivage des sols, des ruissellement de la pluie sur la route et les toits des industries. Depuis le début des années 1950, de nombreuses régions industrielles subissent des pluies acides dues à la pollution de l'air par des gaz et des particules. Ces pluies endommagent fortement les forêts, les sols, les lacs et les rivières.
+
Une fois les traits renseignés pour les différentes espèces, il est possible d’avoir une image des différents processus ayant lieu dans un écosystème, comme la capacité à dégrader la litière (les feuilles mortes des arbres), la capacité d’une prairie à aller chercher les éléments nutritifs en profondeur, etc.
  
  
−
La '''pollution thermique''' est de plus en plus présente. Elle est causée par les eaux de refroidissement de certaines industries. L'eau est pompée dans les cours d'eau ou dans le milieu marin, puis rejetée avec une température plus élevée de 4 à 5°C. Cela déséquilibre le milieu naturel et la vie des espèces aquatiques (reproduction...).
+
Cette pratique scientifique se nomme l’écologie fonctionnelle.
  
  
−
La '''pollution radioactive''' est rare, mais des accidents nucléaires comme celui survenu dans la centrale de Tchernobyl en 1986 peuvent avoir des conséquences désastreuses sur la santé humaine et l’environnement.
+
Ici, deux notions entrent en jeu :
  
 +
- La '''diversité spécifique''' représente le nombre d’espèces présentes dans un milieu donné ;
  
−
'''<big>Evaluer la qualité d’une eau</big>'''
+
- La '''diversité fonctionnelle''' peut être définie comme la diversité des traits fonctionnels, ces traits étant des composantes du phénotype des organismes qui influencent des processus écosystémiques.
  
 +
Dans un écosystème, les espèces vont assurer des fonctions qui sont similaires (par exemple plusieurs espèces dégradent la litière) mais chaque espèce va réaliser cette fonction de façon un peu différente.
  
−
On note la qualité d'une eau à l'aide de tableaux de critères dont la qualité est représentée par 5 couleurs :
+
Plus la diversité spécifique est importante et plus la diversité fonctionnelle l’est aussi, plus les processus sont stables et pérennes. Lorsqu'advient une perturbation, certaines espèces seront capables d’y faire face et si certaines disparaissent, la redondance fonctionnelle fait que les processus vont pouvoir continuer à avoir lieu. Ce phénomène constitue donc aussi, entre autres, le moteur de la résilience des écosystèmes.
  
−
- Le bleu indique que l’eau est de très bonne qualité
 
  
−
- Le vert indique que l’eau est de bonne qualité
+
Dans les écosystèmes peu diversifiés, la moindre perturbation peut avoir des conséquences importantes sur les processus écosystémiques.
 +
|Applications=Selon le service public Eau-France :
  
−
- Le jaune indique que l’eau est de qualité moyenne
+
– 79 % des habitats d’eaux courantes (rivières) présentent un état de conservation globalement défavorable sur la période 2007-2012 ;
  
−
- Le rose indique que l’eau est de mauvaise qualité
+
– 60 % des habitats d’eaux courantes (rivières) présentent une tendance au déclin entre 2007 et 2012 ;
  
−
- Le rouge indique que l’eau est de très mauvaise qualité
+
– 95 % des habitats d’eaux dormantes (lacs, mares) présentent un état de conservation globalement défavorable sur la période 2007-2012 ;
  
 +
– 58 % des habitats d’eaux dormantes (lacs, mares) présentent une tendance au déclin entre 2007 et 2012 ;
  
−
Les études de la qualité des eaux se composent de trois parties : l'échantillonnage (c’est le prélèvement de l'eau), l'analyse et l'interprétation des résultats.
 
  
−
Pour déterminer la pollution chimique et physique, on utilise la méthode du SEQ'eau, basée sur les paramètres chimiques (concentration en nitrites, nitrates, ammonium et phosphates), et physiques (température, pH, conductivité, salinité, taux d’oxygène...). On compare les résultats à un tableau de référence, où la qualité est représentée par une couleur.  
+
Même si ces chiffres ne traduisent pas directement la qualité fonctionnelle des écosystèmes, il est évident que les habitats aquatiques ont à faire face, en plus de leur raréfaction, à de nombreuses perturbations.
  
−
Pour évaluer la qualité globale d'une eau, on considère le paramètre dont la qualité la plus mauvaise. En général il s’agit de la concentration en nitrates.
 
  
 +
Or, ces habitats assurent de nombreuses fonctions, comme le recyclage des nutriments issus du milieu terrestre ou la purification de l’eau.
  
−
Il existe également des méthodes d'analyses biologiques pour mesurer la pollution de l'eau. L'IBGN (Indice Biologique Global Normalisé) se base sur la diversité et les espèces de macro-invertébrés présents dans l'eau. L'IPR (Indice Poisson Rivière), l'indice diatomées, l'indice macrophytiques sont également des méthodes d'analyses biologiques de l'eau qui se basent sur la présence d’organismes vivants appelés « bioindicateurs ».
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Ces perturbations remettent donc en cause au moins en partie les fonctions des écosystèmes aquatiques selon les mécanismes que nous avons vus lors de cette expérience.
  
  
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Les méthodes microbiologiques permettent de déterminer la concentration en microorganismes qui peuvent causer des maladies : virus, bactéries, ou champignons, nombreux dans les eaux de notre planète. Les bactéries susceptibles de provoquer des maladies, comme'' Pseudomonas'', ''Escherichia coli'' ou ''Legionella'' figurent parmi les micro-organismes les plus recherchés.
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Par conséquent, il est important de préserver la biodiversité. Au-delà de diversité spécifique, c’est aussi la diversité fonctionnelle qui est en jeu.
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|Related=D’autres activités sur la même thématique sont disponibles sur le Wiki :
  
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- [[Détermination des invertébrés d'eau douce]], afin d'apprendre à connaître les êtres-vivant qui sont utilisés dans cette fiche ;
  
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- [[Indices biologiques de qualité de l'eau]], afin de comprendre comment est construit l'un des critères du bon état écologiques des cours d'eau ;
  
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- [[Bon état écologique]], qui présente ce que signifie un écosystème en bon état.
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|Objectives=- Comprendre l'impact d'un produit sur les molécules et la notion de réaction chimique
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|Objectives=- Mettre en scène un écosystème aquatique ;
  
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– Illustrer les réactions acides-bases et montrer qu'elles sont réversibles,
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- Comprendre un des effets des perturbations sur les écosystèmes ;
  
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- Montrer qu’un produit peut être présent dans l’eau sans être visible, et faire le lien avec les différentes pollutions de l’eau
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- Appréhender une partie du fonctionnement de la biodiversité.
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|Animation=L'animateur·trice peut présenter cette expérience en mode "défi, trouver l'eau du robinet" :
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|Animation=Afin de rendre ludique cette expérience dont le contenu théorique est très dense, essayer de raconter l’histoire du cours d’eau et des perturbations sous forme de conte.
  
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Parmi 3 échantillons (une bouteille contenant de l'eau, une bouteille contenant un mélange d’eau et d’encre déjà invisible, une bouteille contenant du vinaigre), le défi est de retrouver l'eau du robinet, une eau potable.
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Il apparaît important de bien maîtriser les notions afin de pouvoir prendre le temps de discuter avec les participant.e.s durant cette expérience.
  
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On mettra à disposition des participants des bocaux et différents produits pour observer les réactions du liquide à tester. Parmi ces produits, on peut proposer un ou plusieurs acides faibles qui révéleront la présence de l'encre en faisant réapparaître la couleur bleue : le vinaigre, mais aussi du jus de citron par exemple.
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Lors de l’animation, le choix des perturbations est laissé à l’appréciation de l’animateur.rice. Pour cela, s’appuyer sur le recueil de représentations ou sur un cas concret.
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|Notes=Un article très détaillé sur les réactions et produits en jeu dans cette expérience est disponible ici : http://atchimiebiologie.free.fr/effaceur/effaceur.html
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|Notes=Duru et al., Functional ecology for evaluating and predicting the aptitude of permanent grassland to provide services, Fourrages(2013),213,21-34 ([https://www.researchgate.net/profile/Claire_Jouany/publication/297313555_Functional_ecology_for_evaluating_and_predicting_the_aptitude_of_permanent_grassland_to_provide_services/links/5c3d9bd292851c22a375dbb8/Functional-ecology-for-evaluating-and-predicting-the-aptitude-of-permanent-grassland-to-provide-services.pdf https://www.researchgate.net/profile/Claire_Jouany/publication/297313555_Functional_ecology_for_evaluating_and_predicting_the_aptitude_of_permanent_grassland_to_provide_services/links/5c3d9bd292851c22a375dbb8/Functional-ecology-for-evaluating-and-predicti])
  
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Jonathan Lenoir, Écologie Fonctionnelle, Unité CNRS ”Écologie et Dynamique des Systèmes Anthropisés” de l’université de Picardie Jules Verne (https://jonathanlenoir.files.wordpress.com/2013/12/ecologie-fonctionnelle.pdf)
  
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Vidéo de l'expérience Couleurs qui changent menée par les animateurs des petits débrouillards sur la chaine Youtube ''Jus de citron'' :
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Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cologie_fonctionnelle
  
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https://www.youtube.com/watch?v=cYDrdExxAoQ&index=1&list=PLh-wFno1NyFxivBpvZvyaSwoFYvksYP3n
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Eau France, l’état de la biodiversité aquatique : https://www.eaufrance.fr/letat-de-la-biodiversite-aquatique
 
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Version du 2 février 2023 à 11:54

Les espèces, dans l’écosystème dans lequel elles vivent, vont assurer des rôles et des fonctions qui sont propres à chacune d’entre elles. Plusieurs espèces, dans un même écosystème, vont assurer des rôles ou des fonctions proches. Or, si la diversité spécifique (en nombre d’espèces) diminue dans un écosystème, une partie des rôles ou des fonctionnalités ne vont plus, au moins en partie, avoir lieu normalement.

Auteur avatarNathanaël Latour | Dernière modification 2/05/2023 par Quentin G.

La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit Sans titre.png
Difficulté
Technique
Durée
35 minute(s)
Disciplines scientifiques
Science de la vie
Les espèces, dans l’écosystème dans lequel elles vivent, vont assurer des rôles et des fonctions qui sont propres à chacune d’entre elles. Plusieurs espèces, dans un même écosystème, vont assurer des rôles ou des fonctions proches. Or, si la diversité spécifique (en nombre d’espèces) diminue dans un écosystème, une partie des rôles ou des fonctionnalités ne vont plus, au moins en partie, avoir lieu normalement.
Difficulté
Technique
Durée
35 minute(s)
Disciplines scientifiques
Science de la vie
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Licence : Attribution (CC-BY)

Introduction

Cette expérience est une illustration de l'une des raisons pour lesquelles la diversité en termes de nombre d’espèce est importante dans les écosystèmes.

En effet, dans les écosystèmes, chaque espèce assure, lors de son cycle de vie, un certain nombre de fonctions.

Par exemple, une espèce A de larve d’insecte aquatique consomme des champignons qui poussent sur des feuilles d’arbres tombées dans l’eau, ce qui découpe les feuilles en morceaux de grande taille.

Une espèce B consomme les champignons sur les morceaux de feuilles de grande taille, ce qui les découpe à nouveau, en morceaux plus petits.

Et ainsi de suite.


Certaines espèces assurent, en terme écosystémique, des fonctions relativement proches.

Par exemple, une espèce A’ peut aussi consommer des champignons sur des feuilles de taille similaire à l’espèce A et les découper aussi en morceaux grossiers.

Lorsque qu’un écosystème est perturbé, certaines espèces peuvent disparaître.


Lors de cette expérience, nous allons comprendre pourquoi il existe un risque de voir certaines fonctions ne plus être assurées lorsque des perturbations touchent un écosystème et suivant la diversité spécifique.


Ici pour simplifier la compréhension, nous avons limité la notion des fonctions assurées par les espèces au sein des écosystèmes à la notion de régime alimentaire.

De la même façon, les espèces sont en fait des groupes taxonomiques importants (souvent la classe) et sont là seulement à titre illustratif.


Cette fiche expérience s’intègre dans le Parcours 3 : Solutions et techniques d'étude. Elle est réalisée dans le cadre d'un partenariat avec l'agence de l'eau Loire - Bretagne. La fiche mise en page est disponible en version PDF et téléchargeable ici.
  • Fichiers
Ciseaux
Item-ciseaux Pair of scissors with black handle 2015-06-07.jpg
Un paire de ciseaux est un outil comportant deux lames mobiles articulées qui glissent l'une sur l'autre pour trancher les matériaux minces.
Tableau velleda
[[File:]]
Tableau blanc

Étape 1 - Préparer les cartes

Description des tâches à réaliser :

  • Télécharger les fichiers en cliquant sur le lien suivant : Fichier en version PDF;
  • Imprimer les cartes ;
  • Découper les différentes cartes ;
  • Faire deux lots :
    • Un lot A avec la richesse spécifique importante ;
    • Un lot B avec la richesse spécifique faible.
La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png
La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png



Étape 2 - Distribuer le jeu de carte A

Distribuer face cachée les cartes du lot A. L’idéal est d’avoir au minimum une dizaine de cartes.

La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png




Étape 3 - Révéler les cartes

Chaque participant.e révèle sa ou ses cartes.


Il.Elle présente ensuite l’organisme figurant sur sa carte, son régime alimentaire et le numéro de la perturbation à laquelle ce dernier est sensible.


Voici la liste des régimes alimentaires et leur définition :

- Déchiqueteur. Une fois tombées à l’eau, les feuilles d’arbres sont colonisées par des champignons microscopiques (hyphomycètes). Certains macro-invertébrés coupent en morceaux les feuilles pour consommer les champignons ;

- Prédateur. Il s’agit de macro-invertébrés qui se nourrissent d’autres macro-invertébrés en les attrapant vivants ;

- Racleur. Les organismes ayant ce type de régime alimentaire mangent les micro-organismes qui poussent sur les éléments présents dans le cours d’eau (pierres, morceaux de bois…). Ces micro-organismes forment le plus souvent une couche transparente d’aspect gélatineux, nommée biofilm ;

- Piqueur. Il s'agit de macro-invertébrés qui se nourrissent en piquant, soit les plantes aquatiques pour aspirer de leur sève, soit les animaux afin d’aspirer leurs fluides. Dans les deux cas, l’animal, de la même façon que la plante, peut survivre à la piqûre (si l’intensité, la fréquence et l’état sanitaire de la plante ou de l’animal le permettent). Il s’agit donc d’un comportement différent de la prédation.


Ensuite, il convient de regarder quels sont les régimes alimentaires présents dans le groupe et combien d’espèces partagent le même régime alimentaire.


Quatre perturbations figurent sur les cartes (A, B, C et D). Ces quatre perturbations sont théoriques. Il est possible de donner des exemples de perturbations réelles pour illustrer son propos :


- Des perturbations de débit (étiage important, prélèvements d’eau important, ou au contraire pluie torrentielle) ;

- Des perturbations des habitats (prélèvement des granulats, arrachages des herbiers, curage du cours d’eau, retrait de la litière, arasement de la ripisylve…)

- Des pollutions (rejet agricole organique, épandage dans un champ à proximité de pesticides, d'engrais, etc.) ;

- Des modifications du cours d’eau (talutage, creusement du lit mineur, modification du chenal d’étiage, calibrage…).


Voir « Pistes pour animer l’expérience ».

La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png




Étape 4 - Définir et appliquer les perturbations

L’animateur.rice choisit une des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).


Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.


Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.

L’animateur.rice choisit une deuxième des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).

Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.


Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.


Discuter avec les participant.e.s de l’effet des perturbations sur ce groupe d’espèces.

La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-01.png




Étape 5 - Distribuer le jeu de carte B

Distribuer face cachée les cartes du lot B. L’idéal est d’avoir au minimum une dizaine de cartes.

La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png




Étape 6 - Révéler les cartes

Chaque participant.e révèle sa ou ses cartes, puis présente l’organisme figurant sur chacune de ses cartes son régime alimentaire et le numéro de la perturbation à laquelle ce dernier est sensible.


Comparer avec la situation précédente en termes de nombre d’espèces.

La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png




Étape 7 - Définir et appliquer les perturbations

L’animateur.rice choisit une des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).


Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.


Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.


L’animateur-rice choisit une deuxième des quatre perturbations (1, 2, 3 ou 4).

Mettre à la défausse les cartes présentant des espèces sensibles à la perturbation choisie.


Faire le bilan du nombre de régimes alimentaires restant et du nombre d’espèces qui dépendent de ces régimes alimentaires.


Discuter avec les participant.e.s de l’effet des perturbations sur ce groupe d’espèces.

La diversit sp cifique l assurance de la fonctionnalit 19b Cartes-diversite-fonctionnelle-02.png




Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Faire la comparaison entre les deux situations :

- Quel est le groupe (A ou B) ayant le mieux résisté ? ;

- Quel a été l’effet de la première perturbation sur le groupe A ? ;

- Sur le groupe B ? ;

- Quel a été l’effet de la deuxième perturbation sur le groupe A ? ;

- Sur le groupe B ?


Une fois les conclusions tirées, il est possible de refaire la manipulation afin de vérifier les conclusions.

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Pour que cette expérience fonctionne, il faut bien mélanger les cartes et bien prendre le temps de a discussion avec les participant.e.s.

Explications

Dans le premier groupe, le nombre d’espèces est important. À chaque fois, quatre espèces différentes possèdent le même régime alimentaire. Lorsqu’une perturbation se produit dans l’écosystème, certaines espèces vont disparaître, mais comme d’autres partagent le même régime alimentaire, il y a peu de risques que celles-ci disparaissent de l’écosystème.


Dans le deuxième groupe, le nombre d’espèces est faible. Ici seules deux espèces possèdent le même régime alimentaire. Lorsqu’une perturbation se produit dans le milieu, il y a un risque important qu’un des régimes alimentaires ne soit plus représenté dans le milieu.

À plus forte raison lorsque deux perturbations adviennent.

Plus d'explications

Dans les écosystèmes, les espèces peuvent être regroupées par traits fonctionnels.


Par exemple, pour des plantes, on peut regrouper l’ensemble des espèces ayant le même type racinaire au sein d’un premier trait, puis regrouper les espèces ayant des surfaces de feuilles équivalentes au sein d’un deuxième trait, etc.


Pour les macro-invertébrés, un trait peut être le régime alimentaire, comme nous l’avons vu dans cette fiche. Un insecte (Plécoptère) et un crustacé (Gammare) peuvent être présents dans le même groupe (déchiqueteur par exemple) pour cette caractéristique. Un autre trait peut être l’habitat utilisé (végétaux, cailloux, sable…). Le plécoptère et le gammare peuvent différer de ce point de vue là, le premier vivant plutôt sur des cailloux, le second dans les végétaux. Ils mangent donc la même chose, mais pas au même endroit dans la rivière !


La même espèce peut être regroupée avec des espèces différentes dans des traits différents, en fonction de la caractéristique de celle-ci qui sera considérée.


Une fois les traits renseignés pour les différentes espèces, il est possible d’avoir une image des différents processus ayant lieu dans un écosystème, comme la capacité à dégrader la litière (les feuilles mortes des arbres), la capacité d’une prairie à aller chercher les éléments nutritifs en profondeur, etc.


Cette pratique scientifique se nomme l’écologie fonctionnelle.


Ici, deux notions entrent en jeu :

- La diversité spécifique représente le nombre d’espèces présentes dans un milieu donné ;

- La diversité fonctionnelle peut être définie comme la diversité des traits fonctionnels, ces traits étant des composantes du phénotype des organismes qui influencent des processus écosystémiques.

Dans un écosystème, les espèces vont assurer des fonctions qui sont similaires (par exemple plusieurs espèces dégradent la litière) mais chaque espèce va réaliser cette fonction de façon un peu différente.

Plus la diversité spécifique est importante et plus la diversité fonctionnelle l’est aussi, plus les processus sont stables et pérennes. Lorsqu'advient une perturbation, certaines espèces seront capables d’y faire face et si certaines disparaissent, la redondance fonctionnelle fait que les processus vont pouvoir continuer à avoir lieu. Ce phénomène constitue donc aussi, entre autres, le moteur de la résilience des écosystèmes.


Dans les écosystèmes peu diversifiés, la moindre perturbation peut avoir des conséquences importantes sur les processus écosystémiques.

Applications : dans la vie de tous les jours

Selon le service public Eau-France :

– 79 % des habitats d’eaux courantes (rivières) présentent un état de conservation globalement défavorable sur la période 2007-2012 ;

– 60 % des habitats d’eaux courantes (rivières) présentent une tendance au déclin entre 2007 et 2012 ;

– 95 % des habitats d’eaux dormantes (lacs, mares) présentent un état de conservation globalement défavorable sur la période 2007-2012 ;

– 58 % des habitats d’eaux dormantes (lacs, mares) présentent une tendance au déclin entre 2007 et 2012 ;


Même si ces chiffres ne traduisent pas directement la qualité fonctionnelle des écosystèmes, il est évident que les habitats aquatiques ont à faire face, en plus de leur raréfaction, à de nombreuses perturbations.


Or, ces habitats assurent de nombreuses fonctions, comme le recyclage des nutriments issus du milieu terrestre ou la purification de l’eau.

Ces perturbations remettent donc en cause au moins en partie les fonctions des écosystèmes aquatiques selon les mécanismes que nous avons vus lors de cette expérience.


Par conséquent, il est important de préserver la biodiversité. Au-delà de diversité spécifique, c’est aussi la diversité fonctionnelle qui est en jeu.

Vous aimerez aussi

D’autres activités sur la même thématique sont disponibles sur le Wiki :

- Détermination des invertébrés d'eau douce, afin d'apprendre à connaître les êtres-vivant qui sont utilisés dans cette fiche ;

- Indices biologiques de qualité de l'eau, afin de comprendre comment est construit l'un des critères du bon état écologiques des cours d'eau ;

- Bon état écologique, qui présente ce que signifie un écosystème en bon état.

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

- Mettre en scène un écosystème aquatique ;

- Comprendre un des effets des perturbations sur les écosystèmes ;

- Appréhender une partie du fonctionnement de la biodiversité.

Pistes pour animer l'expérience

Afin de rendre ludique cette expérience dont le contenu théorique est très dense, essayer de raconter l’histoire du cours d’eau et des perturbations sous forme de conte.

Il apparaît important de bien maîtriser les notions afin de pouvoir prendre le temps de discuter avec les participant.e.s durant cette expérience.

Lors de l’animation, le choix des perturbations est laissé à l’appréciation de l’animateur.rice. Pour cela, s’appuyer sur le recueil de représentations ou sur un cas concret.

Sources et ressources

Duru et al., Functional ecology for evaluating and predicting the aptitude of permanent grassland to provide services, Fourrages(2013),213,21-34 (https://www.researchgate.net/profile/Claire_Jouany/publication/297313555_Functional_ecology_for_evaluating_and_predicting_the_aptitude_of_permanent_grassland_to_provide_services/links/5c3d9bd292851c22a375dbb8/Functional-ecology-for-evaluating-and-predicti)

Jonathan Lenoir, Écologie Fonctionnelle, Unité CNRS ”Écologie et Dynamique des Systèmes Anthropisés” de l’université de Picardie Jules Verne (https://jonathanlenoir.files.wordpress.com/2013/12/ecologie-fonctionnelle.pdf)

Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cologie_fonctionnelle

Eau France, l’état de la biodiversité aquatique : https://www.eaufrance.fr/letat-de-la-biodiversite-aquatique

Dernière modification 2/05/2023 par user:Quentin G..

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