Respiration : échanges gazeux et occupation des milieux

Respirer, c’est échanger des gaz avec son milieu : la mise en évidence (capteur de dioxygène, eau de chaux, témoin) ; les surfaces d’échange, la diffusion, la ventilation, et pourquoi respirer dans l’eau est plus difficile que dans l’air ; les poumons, les branchies, les trachées et la peau ; la respiration des végétaux, jour et nuit ; le dioxygène disponible et la répartition des êtres vivants dans les milieux.

À propos de cette page

Six problèmes à partir de documents : des grillons dans un bocal, les branchies, le thon et le poisson-chat marcheur dans un milieu pauvre en dioxygène, l’inventaire d’une mare et la larve de moustique, des feuilles de lierre et des carottes à la lumière, le dioxygène d’un étang heure par heure, un aquarium sans pompe à air.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document et je repère les êtres vivants, leur milieu, les conditions (lumière, température) et les mesures (dioxygène, eau de chaux).
Je compare avec le témoin ou entre deux situations : une seule condition doit changer.
Je calcule avec l’unité : écart en points ou en mg/L, quantité dans un volume, pourcentage.
J’explique avec le cours : respiration, surface d’échange, organe respiratoire, photosynthèse, dioxygène dissous.
Je réponds par une phrase avec le mot exact du chapitre.

Problème 1 · Des grillons dans un bocal★★★Facile

Document 1 — Le montage. Deux bocaux identiques et fermés, à 22 °C, contiennent chacun un capteur de dioxygène et une coupelle d’eau de chaux. Le bocal A contient dix grillons ; le bocal B ne contient aucun être vivant.

Bocal	Dioxygène au départ	Dioxygène après 30 min	Eau de chaux
A	20,9 %	20,3 %	troublée
B	20,9 %	20,9 %	limpide

Document 2 — La suite. On laisse les grillons 30 minutes de plus dans le bocal A : le dioxygène passe de 20,3 % à 19,7 %.

1. Le bocal témoin est le bocal .
Le bocal B : identique, mais sans être vivant.
2. En 30 minutes, le dioxygène du bocal A a baissé de point(s).
20,9 − 20,3 = 0,6 point.
3. L’eau de chaux troublée montre que les grillons rejettent du .
Du dioxyde de carbone.
4. En une heure, le dioxygène du bocal A a baissé en tout de point(s).
20,9 − 19,7 = 1,2 point : la baisse continue au même rythme.
5. Les grillons absorbent du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone : ils .
Ils respirent.

Problème 2 · Respirer dans un milieu pauvre en dioxygène★★★Moyen

Document 1 — Les branchies. Les branchies d’un poisson sont logées de chaque côté de la tête, sous l’opercule. Chacune porte des centaines de lamelles couvertes de replis microscopiques ; leur paroi ne mesure que quelques millièmes de millimètre, et le sang circule juste dessous, dans le sens opposé à celui de l’eau. Grâce à ce contre-courant, le sang peut capter jusqu’à 80 % environ du dioxygène dissous dans l’eau qui passe. Un poumon humain ne prend qu’environ le quart du dioxygène de l’air inspiré.

Document 2 — Le thon. Le thon nage sans arrêt, bouche entrouverte : c’est sa vitesse qui pousse l’eau sur ses branchies, et il ne pompe presque pas l’eau avec sa bouche et ses opercules. Immobilisé, il s’asphyxie.

Document 3 — Le poisson-chat marcheur. En Asie du Sud-Est, ce poisson vit dans des mares chaudes et vaseuses, pauvres en dioxygène. Au-dessus de ses branchies, il possède un organe ramifié qui lui permet de respirer l’air. Par les nuits humides, il peut ramper hors de l’eau pendant quelques heures pour rejoindre une autre mare.

1. Les lamelles sont une bonne surface d’échange : très étendues, très fines et riches en sanguins.
En vaisseaux sanguins : le sang circule juste sous la paroi.
2. Dans 1 L d’eau qui contient 9 mg de dioxygène, le sang du poisson peut en capter jusqu’à mg.
80 % de 9 mg : 9 × 80 ÷ 100 = 7,2 mg.
3. Chez le thon, c’est la nage qui assure la des branchies.
La ventilation : l’eau est renouvelée parce qu’il avance.
4. Immobile, le thon s’asphyxie, car l’eau au contact de ses branchies n’est plus .
Elle n’est plus renouvelée : son dioxygène s’épuise.
5. Dans sa mare pauvre en dioxygène, le poisson-chat marcheur complète sa respiration en prenant le dioxygène de l’.
De l’air, beaucoup plus riche en dioxygène que l’eau ; il garde pourtant ses branchies de poisson.

Problème 3 · L’inventaire d’une mare★★★Moyen

Document 1 — Les observations des élèves.

Animal	Groupe	Observation
épinoche	poisson	reste sous l’eau en permanence
gammare	crustacé	reste sous l’eau en permanence
sangsue	ver à anneaux, comme le ver de terre	peau fine et humide, reste sous l’eau
triton adulte	amphibien	remonte régulièrement prendre une bouffée d’air
larve de moustique	insecte	suspendue sous la surface, un tube au bout de l’abdomen, le siphon, en contact avec l’air

Document 2 — Une ancienne méthode contre les moustiques. Une fine pellicule d’huile étalée à la surface d’une eau stagnante empêche les larves de moustique d’atteindre l’air avec leur siphon : elles meurent asphyxiées.

1. L’épinoche et le gammare respirent avec des .
Des branchies : un poisson et un crustacé.
2. La sangsue, comme le ver de terre, respire par sa .
Sa peau, fine et humide.
3. Le triton adulte respire l’air avec des , et aussi par sa peau.
Des poumons : c’est un amphibien adulte.
4. La larve de moustique est un insecte : son siphon s’ouvre sur ses .
Ses trachées : elle respire de l’air, d’où l’effet de la pellicule d’huile.
5. Parmi ces cinq animaux de la mare, doivent atteindre la surface pour respirer.
2 : le triton adulte et la larve de moustique. Les trois autres prennent le dioxygène dissous.

Problème 4 · Des feuilles, des racines et la lumière★★★Moyen

Document 1 — Quatre enceintes. Quatre enceintes fermées identiques, à 20 °C, munies d’un capteur de dioxygène. Durée : 1 heure.

Enceinte	Contenu	Éclairage	Dioxygène au départ	Dioxygène après 1 h
A	rien	lumière forte	20,9 %	20,9 %
B	un rameau de lierre	obscurité	20,9 %	20,5 %
C	le même rameau de lierre	lumière forte	20,9 %	21,6 %
D	des carottes sans leurs fanes	lumière forte	20,9 %	20,7 %

Document 2 — Un rappel. Les feuilles du lierre sont vertes ; les carottes, des racines orange, ne contiennent pas de chlorophylle.

1. L’enceinte sert de témoin.
L’enceinte A, sans être vivant : rien ne change.
2. À l’obscurité, le dioxygène a baissé de point(s).
20,9 − 20,5 = 0,4 point : le lierre respire.
3. Dans C, le dioxygène augmente : la l’emporte sur la respiration.
La photosynthèse ; le lierre respire toujours, mais elle rejette plus de dioxygène.
4. Dans D, malgré la lumière forte, le dioxygène baisse de point(s).
20,9 − 20,7 = 0,2 point.
5. Sans chlorophylle, les carottes ne peuvent que , même en pleine lumière.
Que respirer : pas de photosynthèse sans chlorophylle.

Problème 5 · Un étang en été, jour et nuit★★★Difficile

Document 1 — Les mesures. Dans un étang de plaine riche en algues, l’eau reste à environ 22 °C. On mesure le dioxygène dissous toutes les 4 heures, d’un matin au matin suivant.

Heure	6 h	10 h	14 h	18 h	22 h	2 h	6 h
Dioxygène (mg/L)	2,8	4,6	7,0	8,0	5,9	4,1	2,8

Document 2 — Des besoins. Besoins minimaux indicatifs : truite, environ 7 mg/L ; carpe, environ 3 mg/L.

Document 3 — Une observation. Au lever du jour, un pêcheur voit des carpes à la surface, bouche ouverte.

1. Le dioxygène est le plus élevé à h.
À 18 h : 8,0 mg/L, après une journée de lumière.
2. Entre 18 h et 6 h, il baisse de mg/L.
8,0 − 2,8 = 5,2 mg/L.
3. Le jour, il augmente grâce à la des algues.
La photosynthèse, à la lumière.
4. La nuit, il baisse : algues, animaux et bactéries ne font plus que .
Que respirer : personne ne rejette plus de dioxygène.
5. Sur les 7 mesures, sont au-dessous du besoin de la carpe : ce sont celles de l’aube.
2 mesures (2,8 mg/L à 6 h) : c’est pourquoi les carpes viennent chercher, à la surface, une eau plus riche en dioxygène. Une truite ne pourrait pas vivre ici.

Problème 6 · Un aquarium sans pompe à air★★★Difficile

Document 1 — L’aquarium (données fictives). Un aquarium contient 60 L d’eau douce à 25 °C, saturée en dioxygène : 8,3 mg/L. Ses poissons consomment ensemble environ 30 mg de dioxygène par heure.

Document 2 — Le seuil. Ces poissons sont en difficulté au-dessous d’environ 4 mg/L (donnée fictive).

Document 3 — La pompe. Sans pompe, une eau calme se recharge très lentement en dioxygène, par sa seule surface. La pompe à air fait monter des bulles qui brassent l’eau.

1. Au départ, l’aquarium contient mg de dioxygène.
8,3 × 60 = 498 mg.
2. Les poissons peuvent consommer mg avant que l’eau descende à 4 mg/L.
(8,3 − 4) × 60 = 4,3 × 60 = 258 mg.
3. Sans aucune recharge, ce seuil serait atteint en h environ (arrondi à l’unité).
258 ÷ 30 = 8,6 : environ 9 h.
4. La pompe brasse l’eau : une eau se recharge mieux en dioxygène au contact de l’air.
Une eau agitée, comme celle d’un torrent.
5. En été, l’eau monte à 30 °C : saturée, elle ne contient plus que mg de dioxygène dans les 60 L.
À 30 °C, 7,6 mg/L au maximum : 7,6 × 60 = 456 mg. Moins de dioxygène, alors que les poissons en consomment plus quand il fait chaud.

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