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Respirer : un échange de gaz commun aux êtres vivants
Animaux, végétaux, champignons : la quasi-totalité des êtres vivants respirent, qu'ils vivent dans l'air, dans l'eau ou dans le sol, le jour comme la nuit. On le vérifie toujours de la même façon : placé dans une enceinte fermée, un être vivant fait baisser la teneur en O₂ (mesurée par un oxymètre) et trouble l'eau de chaux, réactif du CO₂.
Les échanges gazeux à l'échelle de l'organisme
Les échanges se font toujours à travers une surface d'échange : une paroi fine, humide, en contact avec le milieu d'un côté et avec l'intérieur de l'organisme de l'autre. Le dioxygène la traverse par diffusion, sans dépense d'énergie, du milieu où il est abondant vers celui où il est rare ; le CO₂ fait le chemin inverse.
Chez les animaux de grande taille, la surface d'échange doit être immense par rapport au volume du corps : elle est donc repliée (alvéoles, lamelles de branchies) et souvent ventilée par des mouvements qui renouvellent l'air ou l'eau à son contact.
| 1 litre d'air | contient environ 210 mL de dioxygène (21 %) |
| 1 litre d'eau | contient au mieux 7 à 10 mL de dioxygène dissous, soit 30 fois moins |
Les organes respiratoires des animaux
| Poumons | Sacs internes reliés à l'air par la trachée. Mammifères, oiseaux, reptiles, amphibiens adultes… et quelques animaux aquatiques qui remontent respirer en surface (dauphin, baleine, tortue marine). |
| Branchies | Lamelles très fines et très irriguées, baignées par l'eau. Poissons, têtards, crustacés (crabe, crevette), moules, larves de libellule. |
| Trachées | Tubes ramifiés qui s'ouvrent sur les flancs par des orifices, les stigmates, et amènent l'air directement à chaque organe. Insectes, mille-pattes. |
| Peau (tégument) | Échange direct à travers une peau fine et humide. Ver de terre, et une partie des échanges chez la grenouille. |
La respiration des végétaux
Les végétaux respirent comme les animaux, en permanence, par toutes leurs parties : les stomates des feuilles, les lenticelles de l'écorce, la surface des racines. Une graine qui germe, une pomme dans une cave, une fleur coupée consomment de l'O₂ et rejettent du CO₂.
Pourquoi ne s'en aperçoit-on pas le jour ? Parce que la photosynthèse, qui n'a lieu qu'à la lumière, fait exactement l'inverse — elle absorbe du CO₂ et rejette de l'O₂ — et en plus grande quantité. Elle masque la respiration. À l'obscurité, seule la respiration subsiste et devient visible.
| Respiration | Photosynthèse | |
| Qui ? | animaux, végétaux, champignons | végétaux verts, algues, certaines bactéries |
| Quand ? | jour et nuit | à la lumière seulement |
| Gaz absorbé | O₂ | CO₂ |
| Gaz rejeté | CO₂ | O₂ |
| Rôle | libérer de l'énergie | fabriquer de la matière organique |
La respiration cellulaire
Les échanges gazeux ne sont que la partie visible : le dioxygène absorbé est utilisé dans chaque cellule pour libérer l'énergie du glucose. C'est la respiration cellulaire :
Le CO₂ rejeté par l'organisme est le déchet de cette réaction. Plus une cellule travaille, plus elle respire : c'est pourquoi la consommation d'O₂ d'un animal augmente avec son activité, avec le froid (il doit se chauffer), et qu'elle est, par gramme de corps, bien plus élevée chez les petits animaux.
Le transport des gaz dans l'organisme
Chez un animal de grande taille, l'organe respiratoire est loin de la plupart des cellules. Un liquide circulant fait le lien : le sang, mis en mouvement par le cœur, charge l'O₂ dans les poumons ou les branchies et le distribue à tous les organes, d'où il rapporte le CO₂.
Chez les vertébrés, l'O₂ est fixé par l'hémoglobine des globules rouges ; chez les crustacés, par une autre molécule, bleue, l'hémocyanine.
Dioxygène et occupation des milieux
La quantité de dioxygène disponible dans un milieu décide de qui peut y vivre. Dans l'eau, elle dépend de la température (l'eau froide dissout plus de gaz), de l'agitation (les remous rechargent l'eau en O₂) et de la pollution (les bactéries qui décomposent les matières organiques consomment l'O₂).
| Truite | exige plus de 7 mg/L : torrents froids, rapides, bien oxygénés |
| Carpe | se contente de 3 mg/L : étangs chauds et calmes |
| Larve de chironome (ver rouge) | survit à moins de 1 mg/L : vases polluées |
La répartition des espèces le long d'une rivière ou dans un lac reflète donc la teneur en O₂ : on peut lire la qualité d'une eau dans les animaux qui l'habitent.
- Respirer = absorber de l'O₂ et rejeter du CO₂. Presque tous les êtres vivants respirent, jour et nuit (exceptions : certaines bactéries, levures).
- Les échanges se font par diffusion à travers une surface d'échange fine, humide, étendue et irriguée.
- Organes : poumons (mammifères, oiseaux…), branchies (poissons, crustacés), trachées (insectes), peau (ver de terre). L'organe dépend de l'animal, pas du milieu.
- Les végétaux respirent en permanence ; le jour, la photosynthèse (inverse, à la lumière seulement) masque leur respiration.
- Respiration cellulaire : glucose + O₂ → CO₂ + eau + énergie, dans toutes les cellules.
- Le sang transporte les gaz (hémoglobine), sauf chez les insectes où les trachées vont jusqu'aux cellules.
- 1 L d'air : 210 mL d'O₂ ; 1 L d'eau : moins de 10 mL, et encore moins si l'eau est chaude ou polluée → l'O₂ décide de l'occupation des milieux.
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