Les animaux de la mare
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Les animaux de la mare Pour l'étude des manifestations de la vie de quelques animaux d'eau douce (cycle 1-cycle2) et des écosystèmes aquatiques (cycle 3- cycle2) I - Informations utiles pour reconstituer en aquarium un écosystème aquatique d'eau douce Récipients : Une grande cuve rectangulaire, de préférence en verre, est nécessaire pour assurer de bonnes conditions d'observations et une surface d'aération optimale. Il est possible d'utiliser les malles 19 et 20 qui contiennent des aquariums équipés pour l'élevage. Les élevages menés en parallèle, de production de nourriture ou pour isoler les grands carnivores, peuvent être menés dans de grands bocaux ou des pots à confiture. Situation de l'aquarium : Il ne doit pas être installé dans un endroit trop exposé à la lumière et trop chaud car cela entraînerait la mort des animaux et un développement d'algues excessif. Les changements de température brusque doivent être évités. La température de l'eau doit être comprise entre 15 et 20°C. Compenser l'évaporation avec de l'eau qui doit être à la température de celle de l'aquarium. Substrat : Mettre dans le fond une première couche de sable de rivière d'environ 3 cm d'épaisseur. Il doit être lavé à plusieurs eaux pour éliminer au maximum la vase et la terre qui pourraient fermenter dans l'aquarium. Recouvrir la couche de sable d'une couche de gravier puis, disposer sur celle-ci des cailloux et des pierres de différentes tailles qui serviront d'abris et de supports. Disposer une ou deux branches (et/ou des plantes) émergentes pour permettre à certaines espèces de sortir de l'eau. Eau : Remplir l'aquarium au ? de son volume avec de l'eau prélevée dans le milieu d'origine des animaux. Lors de la mise en eau, il faut éviter de remuer le sable ; Pour cela, il est possible de la faire couler le long des parois de l'aquarium ou sur une grosse pierre du fond afin de briser le jet. Il ne faut jamais changer l'eau mais se contenter de remplacer celle qui s'évapore, si possible avec de l'eau issue du milieu d'origine des animaux, ce qui permet d'ajouter dans le même temps de la nourriture. Cependant, s'il s'avère indispensable de changer l'eau de l'aquarium, il faudra alors la siphonner et la remplacer par une nouvelle eau du milieu d'origine. Il est important d'oxygéner l'eau à l'aide d'un bulleur. Végétaux : Les plantes vertes immergées sont indispensables, car sous l'action de la lumière, elles rejettent de l'oxygène dans l'eau. La plupart des animaux aquatiques respirent en absorbant cet oxygène dissous dans l'eau. Elles servent également de nourriture à certaines espèces. La végétalisation de l'aquarium s'effectue à l'aide de plantes à faibles racines (Renoncule aquatique, Myriophylle, Elodée) ou sans racines (Cératophylle, Fontinale). Les plantes doivent rester verticales (les lier en petites touffes et les lester à un caillou attaché à leur extrémité). Certaines doivent dépasser de la surface afin d'offrir à certains animaux un passage entre le milieu aquatique et le milieu aérien. Par exemple, ceci est nécessaire aux larves de libellules au moment de leur métamorphose. Il n'est pas nécessaire de mettre une trop grande quantité de plantes, d'autant que celles-ci rejettent du CO2 durant la nuit. Elles doivent être rincer abondamment, avec l'eau du milieu, avant leur installation dans l'aquarium pour ne pas introduire des hôtes indésirables (parasites, larves carnivores) qui peuvent s'y fixer. Nourriture : En général, l'aquarium doit fonctionner de façon autonome. Cependant, il peut être nécessaire d'ajouter des proies et des végétaux en respectant tous les régimes alimentaires des animaux présents. Il faut éviter de trop leur donner à manger car ce qui ne sera pas consommé fermentera et polluera l'eau. Toute la nourriture distribuée doit être entièrement absorbée au bout d'une heure. Un petit élevage de zooplancton (daphnies, cyclopes) peut être mené en parallèle pour servir de nourriture aux animaux de l'aquarium. Il peut se dérouler dans quelques bocaux, dans de l'eau à 1520°C. La nourriture utilisée pour les élever sera composée de petits bouts de viande rouge et de fragments de carottes crues. Peuplement : Le peuplement définitif de l'aquarium se fera directement ou de préférence, si l'on peu, quinze jours après son installation de manière à permettre au plancton (animal et végétal) et au milieu biologique de se développer. - les nettoyeurs Ils nettoient les parois de l'aquarium et filtrent l'eau. • • • • • Les Les Les Les des débris. Les filtreurs : moules d'eau douce (anodonte), Sphaeridés gastéropodes : Limnées, Planorbes, Physidés aselles se nourrissent des détritus présents sur le fond du milieu. gammares crevettes d'eau douce se nourrissent aux dépends des plantes de l'aquarium et chironomes (vers de vase) se nourrissent des débris organiques. Les aselles, les gammares et les chironomes sont des proies éventuelles pour les carnassiers. - les carnassiers sociables nèpes, ranatres, gyrins, larve d'éphémères, notonectes + 1 larve de libellule Il doivent être introduits en proportions raisonnables. - les grands carnassiers Les dytiques et les larves de libellule doivent être conservées de façon isolée afin d'éviter de véritables ravages dans l'aquarium. II - Informations sur l'écosystème Voir document général III - Informations sur la biologie de quelques animaux d'eau douce Observer les animaux, rechercher des informations et élaborer des fiches pour quelques animaux. Chaque élève ou groupe d'élèves fait la fiche d'un animal. Le contenu de la fiche (dessins et photos faits par les élèves, trouvés dans des documents, informations, sa nourriture et sa façon de manger, sa naissance, sa croissance, sa locomotion, sa respiration...) peut être imposé par l'enseignant ou mieux fixé par la classe en fonction des observations et des questions (relations avec la maîtrise de la langue et les TICE). Afin d'observer les animaux selon leurs caractéristiques biologiques il est possible d'utiliser le matériel de la Malle 16 Observation animaux de la mare (4 Module deux verre (4 mm) 15/15 cm) et de la Malle 17 Recherche d'insectes (2 Collecteurs d'insectes + 1 "Géoscope" loupe à très fort grossissement et à éclairage à main + 1 loupe Jeulin métal + 4 Grande loupe Celda noire + 1 Pince forte + 1 Pince effilée + 3 Boîtes loupes Nathan). La capture des animaux dans le milieu naturel peut s'effectuer à l'aide du troubleau qui peuvent accompagner les malles 16 et 17. a - Respirer Les animaux aquatiques n'ont pas le même mode de respiration. A partir de l'observation des hôtes de l'aquarium, il sera possible de mettre en évidence les points communs et les différences existants entre les différentes espèces. Il peut s'agir, par exemple, de l'appareil respiratoire (branchies, poumons) Grâce à l'observation des animaux de l'aquarium, les enfants pourront se rendre compte qu'il faut distinguer 2 grands groupes : - les animaux qui vivent dans l'eau mais qui viennent faire provision d'air à la surface • • o o o o la respiration pulmonaire Une Limnée ne peut pas en principe, utiliser l'oxygène dissout dans l'eau, elle doit donc de temps en temps venir à la surface remplir d'air son poumon. Elle vient à la surface de l'eau, incline son corps vers la droite puis ouvre son orifice pulmonaire. Cette ouverture produit un léger bruit, assez sec , que l'on peut parfois entendre. la respiration de certains insectes et de leurs larves aquatiques la Nèpe et la Ranâtre La Nèpe et la Ranâtre mettent en contact avec l'air un long tube respiratoire (siphon) qui prolonge le dernier anneau de l'abdomen. Ces insectes respirent l'oxygène de l'air à l'aide d'orifices respiratoires (stigmates). le Dytique (larves et adultes) Il respire en venant soulever à la surface l'extrémité postérieure de ses élytres. Il allonge alors son abdomen et le dernier anneau dépasse des élytres, ce qui permet une liaison directe entre l'atmosphère et l'espace situé entre l'abdomen et les élytres. Le corps porte dans cette région dorsale des orifices respiratoires (stigmates) qui l'absorberont petit à petit. Le renouvellement d'air terminé, le Dytique ramène le dernier anneau sous les élytres et plonge en ramant très vivement. Une bulle d'air est alors souvent visible à l'extrémité de l'abdomen. La Notonecte et la Naucore ont également une respiration aérienne. Elles se tiennent en surface comme le dytique, l'extrémité de l'abdomen sortant légèrement de l'eau, à la différence près que la Notonecte a toujours le ventre à l'air. Lorsque la provision d'air est terminée, une bulle d'air, à l'aspect argenté, apparaît sous le thorax. l'Hydrophile Il aborde la surface de l'eau par la tête et flotte sous celle-ci. Les antennes se dirigent en arrière, sous les yeux, et se plient à angle droit derrière l'œil. Les quatre derniers articles sont recouverts de poils spéciaux non mouillables (hydrofuges). Il se crée ainsi une liaison entre l'atmosphère et la base des derniers articles des antennes. Par différents mouvements, l'Hydrophile va faire glisser une certaine quantité d'air le long des antennes qui va venir s'accumuler sous le thorax, entre le premier anneau du thorax et les élytres. Cette partie du corps est également pourvue de poils non mouillables. Lorsque l'Hydrophile a terminé sa provision d'air, il quitte la surface de l'eau et nage avec une bulle d'air sous le thorax qui prend ainsi un aspect argenté. l'Argyronète Cette araignée réalise une véritable cloche de plongée. En effet, elle tisse une toile dans laquelle elle emprisonne de l'air. C'est à l'intérieur de cette habitation que se tient l'araignée. Etant ainsi dans l'air, bien qu'au fond de l'eau, elle n'est pas obligée, comme les autres animaux à respiration aérienne, de venir respirer en surface. La qualité de l'air ainsi enfermé ne s'altère pas car, par suite du phénomène de diffusion, sa composition est toujours celle de l'air dissout dans l'eau. - les animaux qui vivent dans l'eau et respirent dans l'eau • La respiration branchiale : les poissons Il est possible d'observer les mouvements de la bouche et des opercules chez un poisson dans un aquarium. La bouche s'ouvre ; elle se remplit d'eau ; la bouche se referme ; l'opercule se soulève de chaque côté, un courant d'eau sort par les ouïes et le cycle recommence. Un courant d'eau intermittent s'établit de la bouche vers les ouïes. Il passe par les fentes ménagées entre les branchies. L'eau est toujours renouvelée au niveau des branchies, ce qui permet les échanges d'O2 et de CO2 entre le sang et l'eau. • o o la respiration de certains insectes et de leurs larves aquatiques le plus souvent trachéenne la larve de Chironome Elle ne possède pas de branchies évidentes et le système trachéen est clos. La respiration de cette larve semble être avant tout une respiration cutanée de l'oxygène dissous dans l'eau. les larves d'Ephémères L'observation de l'appareil respiratoire peut se faire à l'aide d'un loupe ou bien encore à l'aide de la o fonction macro d'une webcam. En fait, les lamelles branchiales sont reliées à un tronc trachéen. La larve d'Ephémère est une larve à branchies , lesquelles par diffusion, captent l'oxygène dissous dans l'eau. Les branchies sont présentes sur l'abdomen de part et d'autre du corps. Remarque : Ces branchies ne sont pas, comme celles des poissons, un lieu d'échange de l'oxygène et du gaz carbonique entre le sang et l'eau. Ce sont de simples appareils qui captent l'oxygène dissous dans l'eau. L'oxygène capté s'engage dans les troncs trachéens et arrive au contact des tissus. Les larves de Libellules Les larves de certaines Libellules ont des lamelles rectales qui, par diffusion, puisent l'oxygène dissous dans l'eau. A la pointe de l'abdomen, se trouvent 5 valves pointues (3 grandes et 2 petites) ; lorsqu'elles sont écartées, un courant d'eau alternatif se produit dans le rectum de la larve. L'eau baigne dans ce rectum, des lamelles dans lesquelles se ramifient les troncs trachéens. - cas particulier de la Grenouille La Grenouille, inféodée aux milieux humides, respirent aussi bien avec leurs poumons qu'avec leur peau. La Grenouille pratique une double respiration : pulmonaire et cutanée. En respiration pulmonaire, l'air pénètre par les narines qui sont hors de l'eau. En l'absence de côtes et de cage thoracique, cet air est déglutit à l'aide de mouvements de la gorge. Les Grenouilles peuvent rester immerger très longtemps. Dans ce cas, seuls les échanges cutanés sont possibles. La peau de la Grenouille absorbe l'oxygène dissous dans l'eau. Il s'agit de la respiration cutanée. Celle-ci est possible dans l'eau mais également dans une atmosphère suffisamment humide hors de l'eau (terre, gangue muqueuse). La peau doit être constamment humide. b - Se déplacer - la nage • • • par battements : la Grenouille La nage de la grenouille se rapproche de la brasse que les élèves pratiquent lorsqu'ils vont à la piscine. par ondulations : la Sangsue Elle nage de préférence le jour et par temps chaud. Des ondulations se produisent dans un plan vertical et semblent se déplacer de l'avant vers l'arrière, alors que l'animal progresse de l'arrière vers l'avant. Par battements et ondulations : les Poissons - l'arpentage de la Sangsue Ce mode de déplacement repose sur 2 principes : la fixation alternative des deux extrémités du corps par les ventouses et l'allongement et le raccourcissement du corps. L'allongement porte la ventouse antérieure vers l'avant. Le raccourcissement tire la ventouse postérieure vers l'avant. - la locomotion de la Limnée L'observation d'une Limnée qui se déplace contre la vitre de l'aquarium permet de constater qu'il n'y a aucunes contractions musculaires dans la sole du pied. En fait, la progression est assurée par les battements d'innombrables cils vibratiles appartenant à l'épiderme du pied. La Limnée glisse parfois sous la surface de l'eau. Elle étale son pied sous et contre la surface. Ceci est possible car la sole du pied est déprimée et elle sécrète du mucus, sur lequel la Limnée glisse. En simplifiant, nous pouvons dire qu'elle rampe. - la locomotion des Insectes aquatiques et de leur larves • • o o la marche ex : Libellule, Nèpe... Les pattes de ces animaux aquatiques fonctionnent comme celles des animaux terrestres. la nage par réaction Lorsqu'elle veut se déplacer rapidement, la larve d'Aeschne se propulse comme une fusée à réaction. Un jet d'eau violent sort de l'anus tandis que la larve fait un bond dans l'eau, les pattes collées aux flancs. par battements des pattes battements non synchronisés à droite et à gauche : Hydrophile nage lente et zigzagante battements synchronisés à droite et à gauche : Dytique, Notonecte, Gyrin... Les pattes fonctionnent comme des avirons ; la nage est rapide et en ligne droite. o par contorsion du corps C'est le cas des larves de Diptères (moucherons, moustiques). c - Se nourrir - La nutrition des animaux végétariens Ils broutent les plantes aquatiques (certains gastéropodes, les Gammares) et/ou des algues microscopiques (Limnées, Planorbes) - La capture des proies par les animaux aquatiques prédateurs Ces animaux chassent généralement à l'affût. Cependant les dytiques (larves et adultes) peuvent capturer leurs proies à la course grâce à leur forme hydrodynamique. Ces prédateurs possèdent des organes de capture qui servent à saisir rapidement les proies : les mandibules, le masque des larves de Libellule, les pattes ravisseuses (Nèpe, Ranatre), la ventouse de la sangsue, le rostre (Naucore, Notonecte, Nèpe, Ranatre). Cas du Dytique : Dépourvue de bouche, la tête du dytique est munie de mandibules très longues et très fines. Chacune de ces mandibules renferme un fin canal qui vient s'ouvrir près de la pointe. Un second canal va, dans la tête, de la base de la mandibule à l'œsophage. Ces deus canaux se raccordent lorsque la mandibule est fermée ; lorsqu'elle est ouverte, ils ne sont pas en continuité. Le Dytique referme ses mandibules sur sa proie ce qui lui permet d'injecter à sa proie des liquides toxiques et digestifs. - Les filtreurs Il s'agit des bivalves et de certaines larves d'insectes (quelques Trichoptères et diptères). Ces animaux se nourrissent de fines particules organiques en suspension dans l'eau. Ils filtrent l'eau selon différents procédé. Les Sphaeridés possèdent deux siphons alors que les larves de Trichoptères (qui utilisent la filtration comme mode de nutrition) possèdent un filet-piège. - Les détritivores Ce sont les Crustacés (Gammares, Aselles), les larves d'Ephémères et de Diptères, certains Gastéropodes. d- Recevoir des informations Comment les prédateurs repèrent-ils leurs proies ? Les animaux prédateurs reçoivent des informations grâce à la vue, l'odorat (non différencié du goût pour les animaux vivants dans l'eau) et le son ou les vibrations dans l'eau. Comment les animaux de la mare réagissent-ils à la lumière ? Certains animaux sont sensibles à la lumière et peuvent soit la fuir (ceux qui vivent au fond des mares), soit être attirés (zooplancton). e - Se reproduire - les Limnées En aquarium, les Limnées pondent très souvent sur les vitres, ce qui permet d'observer les pontes à l'œil nu ou à la loupe. Il est même possible d'utiliser la fonction macroscopique de la webcam pour réaliser une observation collective sur l'écran. Les œufs sont des sphères brillantes, unies entre elles par une coque albumineuse. L'ensemble forme un boudin de 3 à 5 centimètres de longueur et de 4 à 5 millimètres de diamètre. Après un certain temps de développement, on aperçoit une larve qui nage dans la coque en tournant sur elle-même, grâce à un organe cilié. Finalement des coques sortent de petites Limnées. Leur coquille reste longtemps fort transparente et permet l'observation des pulsations du cœur. - les Gammares et les Aselles Les femelles de ces Crustacés conservent leurs œufs entre leur corps et des lamelles incubatrices. Les jeunes Gammares éclosent avec leur forme définitive. IV - Propositions d'activités Ces activités ne pourront avoir un sens pour les élèves , seulement s'ils ont réalisé auparavant, ou du moins en parallèle, les activités relevant de la biologie des animaux de l'aquarium. 1- Activités relevant de l'étude de l'écosystème (cycle 3, cycle 2) - faire un premier inventaire du milieu --> observations, schémas composante physique : eau, sable, cailloux, pierres, bois, feuilles composante biologique : végétaux, animaux description, observations et questionnement (nom, insectes ou non...),classement des animaux en fonction de critères choisis par les élèves - identification des animaux à l'aide d'une clé de détermination Quelques animaux par groupe de 2 à 4 élèves. Pour chaque animal les élèves notent le nom de celui-ci, leurs observations et leurs questions éventuelles ; les identifications peuvent être contrôlées par un autre groupe ou par l'enseignant. Mise en commun des résultats --> une liste des animaux, une liste d'observations et de questions - les relations interspécifiques Il s'agit des relations entre les différentes espèces. Qui est mangé par qui ? Rechercher ce que mange chaque animal (animaux, ponte, végétaux) et par qui il est mangé à partir des observations et des recherches documentaires. Etablir des réseaux et des chaînes alimentaires. - évolution du milieu • • o o o o • • Enrichir le milieu en matières organiques, en phosphates et en nitrates --> modéliser le phénomène d'eutrophisation Observer dans la nature et provoquer en classe des déséquilibres éventuels : Augmenter les apports en chaleur et en lumière favorisera le développement des algues vertes ce qui donnera à l'eau une couleur verte. Une oxygénation trop faible de l'eau s'observe par la mortalité importante de certaines espèces (larves d'insectes, poissons). La surdensité de prédateurs aura pour conséquence la disparition de certaines espèces. ressource en nourriture insuffisante. Rôle des décomposeurs et des détritivores. Approche du cycle de la matière organique. 2 - Activités relevant de la biologie des animaux de l'aquarium a - Respirer - Observer et comparer la respiration des animaux qui vivent dans l'eau mais qui viennent faire provision d'air à la surface. Ces animaux ont adopté différentes stratégies que les enfants peuvent facilement observer et décrire sous forme de schémas et de textes. - Observer et comparer la respiration des animaux qui vivent dans l'eau et respirent dans l'eau. Ces animaux ont adopté différentes stratégies que les enfants peuvent facilement observer et décrire sous forme de schémas et de textes. - Placer les animaux là où ils respirent, sur un schéma représentant l'aquarium, et indiquer par une flèche la partie de leur corps qui leur sert à respirer. - Concevoir un tableau présentant les différents modes et lieux de respiration. b - Se déplacer - Placer les animaux là où ils se déplacent, sur un schéma représentant l'aquarium, et indiquer par une flèche la partie de leur corps qui leur sert à se déplacer. - Concevoir un tableau présentant les différents modes de déplacement. c - Se nourrir - Etablir le régime alimentaire de certains animaux par l'observation, par l'expérience, par recherche documentaire - Etudier les différentes stratégies adoptées par les prédateurs aquatiques pour capturer leurs proies. d - Recevoir des informations Comment les prédateurs repèrent-ils leurs proies ? A partir des hypothèses des enfants, il est possible d'étudier la vue, l'odorat (non différencié du goût pour les animaux vivants dans l'eau) et le son ou les vibrations dans l'eau. Pour tester chacune de ces hypothèses, il faut isoler un paramètre (ex : la vue, en supprimant l'influence des vibrations et du goût). Expériences : - repérage de la proie grâce à la vue Dans un petit aquarium, installer le prédateur à étudier puis introduire un tube à essai (ou un récipient transparent étroit) contenant une des proies favorites du prédateur. - repérage de la proie grâce au goût Dans les mêmes conditions, introduire un papier recouvert de la proie écrasée. - repérage de la proie grâce aux vibrations Accrocher un fil de fer d'environ 5 mm de long à un fil de pêche puis le secouer doucement à la surface de l'eau. Comment les animaux de la mare réagissent-ils à la lumière ? Certains animaux sont sensibles à la lumière et peuvent soit la fuir (ceux qui vivent au fond des mares), soit être attirés (zooplancton). e - Se reproduire - observer les oeufs des Limnées et le développement des jeunes individus. - Observer la transformation des larves d'insectes en adultes : libellules, diptères (moustiques), éphèmères. - Comparer développement direct (ex :Limnées) et développement indirect (libellules, moustiques). V - Clé de détermination VI - Bibliographie - M. Sire ; L'étang : sa flore, sa faune ; Boubée G. Chauvin ; Les poissons d'eau douce ; Ouest-France S.Duflos ; D'étangs en marais ; Hatier M. Chinery ; Insectes d'Europe, Arthaud Collection Tavernier ; La vie dans la mer, l'étang, la rivière ; Bordas La mare - fiches techniques et pédagogiques ; Espaces et Recherche Le ruisseau - fiches techniques et pédagogiques ; Espaces et recherche La hulotte ; La mare ; n°21 Cité doc ; La mare ; La cité des Sciences Le grand voyage de perle d'eau ; agence de l'eau Loire Bretagne Pollution et épuration de l'eau ; agence de l'eau Loire Bretagne Le milieu naturel en eau douce ; agence de l'eau Loire Bretagne J-P. Astolfi, guide pédagogique, Sciences et Technologies, cycle 3 niveau1 ; collection Gulliver ; Nathan J. Guichard ; Fichier pédagogique, Sciences et Technologies, cycle 3, Hachette A. Ribault, R. Meslin, rmsciences.fr Inspection Académique de la Mayenne - Cité administrative, rue Mac Donald - BP 23851 - 53030 Laval CEDEX 9 - Tél. 02 43 59 92 00 M.A.J. Le 27 novembre 2008 http://www.ia53.ac-nantes.fr/27088578/0/fiche___pagelibre/&RH=53_RPSci
