Cours théoriques N3 2012-2013 Cours N3 Biologie sous-marine Ludivine Douarin 1 Rappel du programme de l’année • N3-1 : • N3-2 : Prévention des principaux risques et accidents, risques accrus en plongée profonde (partie 1) • N3-3 : • N3-4 : Gestion de la remontée - Utilisation des ordinateurs, consommation d’air / autonomie, Planification • N3-5 : Prévention des principaux risques et accidents (partie 2) : ADD - procédures de secours • N3-6 : • Cours Bio : Connaissance et respect de l’environnement subaquatique, écosystèmes de la Méditerranée - classification Théorie NIII 2012-2013 Réglementation, prérogatives, orientation en plongée Gestion de la remontée - Utilisation des tables L’organisation de la plongée Cours biologie sous-marine 2 Sommaire • La Méditerranée • Le milieu marin • Les écosystèmes de Méditerranée – – – – – Les posidonies Les rochers La faune et la flore de pleine eau L’écosystème coralligène Les fonds sableux • Sensibiliation à la protection de l’environnement aquatique • Vrai/faux Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Pourquoi plonger « bio »? • Connaitre l’environnement dans lequel nous évoluons • Comprendre ses principes et ses fonctionnements • Reconnaître la vie sous-marine • Savoir où la chercher (à défaut de la trouver) • Mieux observer et partager nos découvertes • Respecter et protéger les écosystèmes marins Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine La Méditerranée en chiffres • 2,5 millions de km², soit 0,8% de la surface de l’océan mondial • 46 000 km de littoral – dont 2 056 km de côtes françaises • 21 pays se partagent les rivages de la Méditerranée • Une profondeur moyenne de 1 500 m (max. 5 121 en mer ionienne) • La Méditerranée n’a pas (ou peu) de phénomènes de marée (de 20 à 60 cm) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Température moyenne = 13,7°c à -400m 5 Un « point chaud » de biodiversité • La biodiversité en Méditerranée – 0,8% de l’océan mondial, elle concentre cependant 6% des espèces mondiales – 17 000 espèces recensées (faune et flore) • 2ème place mondiale pour les richesses en espèces endémiques – elle héberge 20-30%d’espèces endémiques (55-70% d’espèces « atlantiques », 5-10% d’espèces « pantropicales ») Théorie NIII 2012-2013 • Variété faune et flore – 3.5% de la faune mondiale – 18% de la flore mondiale Cours biologie sous-marine Une mer en danger? • Un enjeu économique et sociétal – Forte pression démographique sur les rivages de la Méditerranée, qui accentue la pollution – Surexploitation de la Méditerranée (ex: thon rouge) – Mauvaise coordination des 21 pays riverains pour un gestion durable de la Méditerranée • La dégradation de l’habitat – diminution de la superficie des écosystèmes – posidonie – 81 espèces marines menacées d'extinction – Invasion biologiques par des espèces non endémiques qui fragilisent l’écosystème (ex. taxifolia, huitre du Japon) – Réchauffement climatique Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Milieu pélagique : en pleine eau où les espèces ne peuvent ni se poser ni se fixer Milieu benthique : au voisinage du substrat ; où les espèces peuvent s’ accrocher, se poser, nager sur de courtes distances La couche d’eau joue le rôle d’un filtre sélectif qui absorbe les différentes radiations en fonction de leur longueur d’onde. Avec l’augmentation de la profondeur, sont absorbés successivement les radiations rouges, orange, violettes, jaunes et vertes. Le bleu disparaît en dernier. La lumière est indispensable à la croissance des végétaux, base de la chaine alimentaire. Il est facile de constater en plongée la disparition progressive des grandes algues avec la profondeur. 8 Le milieu marin - Définitions • Milieu pélagique : en pleine eau où les espèces ne peuvent ni se poser ni se fixer, constitué de : – Plancton : organismes transportés par le courant • Phytoplancton : d’origine végétale = algues qui nourrissent le zooplancton • Zooplancton : d’origine animale qui se développe en abondance (méduses) – Necton: organismes nageant efficacement même contre le courant (thons, sardines, mammifères marins) • Milieu benthique : au voisinage du substrat ; où les espèces peuvent s’accrocher, se poser, nager sur de courtes distances) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Milieu benthique : on y trouve des organismes fixés (gorgones, éponges) et des organismes mobiles (soles, langoustes…) 9 La chaîne trophique (alimentaire) • Du latin trophe : nourri • Suite des interactions alimentaires qui permettent de nourrir l’ensemble des acteurs d’une biocénose (tous les organismes vivants). • On différencie trois rôles dans la chaine alimentaire : – les producteurs – les consommateurs – les décomposeurs • La chaine trophique repose sur l’équilibre des interactions entre les acteurs. Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine 1- les producteurs représentent les espèce autotrophes. Ils arrivent à générer leur propre matière organique à partir de matière minérale (algues et plantes à fleurs) 2- les consommateurs : regroupés par niveaux, principalement basés sur la taille des consommateurs et sur le régime alimentaire - niveau primaire : consommateurs exclusifs de végétaux (ex: zooplancton, méduses, lamentin) - niveau secondaire : moyens consommateurs (omnivore ou carnassier) (ex : barracuda, mérou, phoque) - niveau tertiaire : grands consommateurs (omnivore ou carnassier)) (ex : orque, grand requin blanc…). N’ont pas de prédateurs 3- Les décomposeurs vivent près des fonds et se nourrissent exclusivement des restes (déchet) de la chaine trophique. Ex: Les échinodermes (Holothurie, ophiure, étoile de mer,…), les arthropodes (Crevettes, crabe,…) 10 La chaine ‘trophique’ (alimentaire) Théorie NIII 2012-2013 Une tonne (106 g = 1000 kg) de phytoplancton donne 100 kg de zooplancton qui donnent 10 kg de hareng qui donnent 1 kg de thon >> le rendement en protéine (énergétique) de la chaine tropique est désastreux Paramètres du milieu • Facteurs abiotiques : – – – – – – Lumière Température Salinité Densité Pression Mouvements de l’eau • Courants • Marée • Vagues • Houle Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine LUMIERE : La moitié de la lumière est absorbée tous les 7 mètres. La lumière est indispensable à la croissance des végétaux, base de la chaine alimentaire -> disparition progressive des grandes algues avec la profondeur => Ecosystème marin : poissons et animaux du zooplancton, adaptés à la vie dans l’obscurité, sont malgré tout dépendants de la surface pour leur alimentation. Ils profitent de la nuit pour se rapprocher de la surface où vit le phytoplancton. TEMPERATURE : Eau froide : + O2 +> + plancton Impact des changements de température sur récifs coralliens PRESSION : 1 bar tous les 10m -> espèces sous-marines adaptées VAGUES : action du vent sur l’eau HOULE : ce qui persiste quand le vent a cessé 12 Différents biotopes fréquentés par les plongeurs • Fonds rocheux • Fonds meubles – – – – – – Sable – Vase – Graviers Tombants Secs Éboulis rocheux Grottes sous marines Coralligène • Récifs coralliens Théorie NIII 2012-2013 • Herbiers • Epaves Cours biologie sous-marine 13 Théorie NIII 2012-2013 ARBRE PHYLOGENIQUE DE LA VIE MARINE Classification : arbre du vivant Règne : Clé de répartition de plus haut niveau. On parle de règne végétal ou de règne animal. Embranchement : Regroupement d’espèces possédant des caractéristiques communes et exclusives. Classe –Ordre –Famille –Genre : constituent les différents niveaux (ou catégories) de regroupement des espèces Espèce : est décrite par le fait que deux individus d’une même espèce ont des caractéristiques semblables et qu’ils peuvent se reproduire et engendrer une descendance féconde Les végétaux n’ont pas d’organes nerveux ni d’organes de sens et de mouvemen t, contrairement aux animaux Condition de vie : lumière Algues (crampons, stipe, fronde, spores) : couleur diffère selon pigments Phanérogames : végétaux supérieurs avec racines et fleurs (posidonie) Cnidaires : corail, gorgones, anémones, méduses Poissons cartilagineux : raies, requins 14 Théorie NIII 2012-2013 15 Théorie NIII 2012-2013 16 Classification des espèces: clé de détermination Être vivant - A besoin d’énergie MOLLUSQUES solaire et de sels minéraux pour vivre - Présence de Mange d’autres êtres vivants Poulpes, seiches, limaces de mer, grande nacre, moules,... chlorophylle = ANIMAUX Avec coquille ou tentacules avec ventouses Présence d’un NON corps mou = VEGETAUX Présence de piquants et ventouses (x5) NON Présence de carapace et pattes articulées NON Présence de vertèbres (os, cartilage) Présence de tiges, racines, feuilles ou fleurs NON Plat, annelé avec ou sans tube Avec tentacules urticants OUI OUI OUI OUI ECHINODERMES CRUSTACES VERTEBRES ALGUES Etoiles de mer, oursin, ophiures, holothurie Crevettes, crabes, langoustes,... Poissons, cétacés, tortues, oiseaux Acétabulaires, codium, ulve, padine, halimède,... VERS PLANTES SUPERIEURES Posidonie, cymodocée, zostère Planaires, spirographe, sabelle,... CNIDAIRES Méduses, anémones, corail, gorgones nombreux EPONGES Éponges orange encroûtante, éponge rognon,... Avec des trous x2 Théorie NIII 2012-2013 ASCIDIES Ascidies, violet, claveline Cours biologie sous-marine Autre différence entre spongiaires et tuniciers : éponges ne se rétractent pas au toucher, contrairement aux ascidies Les écosystèmes de la Méditerranée Ecosystème endémique de la Méditerranée. Véritable forêt sous-marine qui sert d’habitat, de refuge et de nurserie Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Les herbiers de posidonie • Un écosystème unique et précieux! – Premier maillon de la chaîne alimentaire en Méditerranée – Sa production d’oxygène a une rôle primordial pour tous les êtres vivants de la Méditerranée (« poumon de la planète ») – Véritable puits de carbone – Stabilisateur des fonds marins – Support de vie pour 400 espèces! • Un écosystème fragile! – La posidonie est une espèce endémique de la Méditerranée – Très sensibles à la pollution – la posidonie est considérée comme un indicateur de la qualité de l’eau – Les posidonies sont protégées par la loi Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Plantes à fleurs : végétaux supérieurs qui possèdent des racines Constituant des herbiers qui servent de cachette, garde-manger, lieu de reproduction ou encore pouponnières à de nombreuses espèces animales. 19 Les écosystèmes de la Méditerranée Paysage très riche où 2 faces s’opposent: une éclairée où les algues se développent, et une ombragée où les animaux fixes prédominent. Les éboulis sont aussi des refuges et habitats pour les animaux libres Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Les écosystèmes de la Méditerranée Peuplée d’individus microscopiques (plancton) comme de géants des mers (rorqual) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Les écosystèmes de la Méditerranée Paysage sousmarin endémique de la Méditerranée. Prédominance des animaux fixés et des algues calcaires (faible lumière) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Un écosystème unique et fragile! • Un écosystème unique et fragile! – Le coralligène est une construction bâtie principalement par les algues rouges calcifiées – Cet ensemble calcaire forme des cavités et grottes sur lesquelles viennent se fixer des coraux, algues, animaux dessous, sur le côté ou à l’intérieur – Une structure coralligène croit de moins d’1 mm/an! – C’est un écosystème endémique méditerranéen etre 30 et 120 m de profondeur – Cet écosystème est fragile et se développe surtout dans les eaux propres et claires Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Les écosystèmes de la Méditerranée Désert sousmarin en apparence. La vie qui s’y développe est bien adaptée et généralement cachée Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Eponges Cellules filtrantes - Des petits trous pour aspirer l’ l’eau, de gros trous pour la rejeter - Ne se ré tractent pas au toucher réNIII Théorie 2012-2013 Eponges (suite) • • • • • • • • Fixées au substrat A toutes les profondeurs Sur fonds sableux ou durs, sous les pierres, dans les grottes Formes variées : encroûtantes, dressées, en boule, en coupe, en tubes… Filtreurs actifs Sans système nerveux organisé -> absence de rétraction au toucher Prédateurs : nudibranches, poissons Clefs de détermination : vivant fixé, ni tube ni coquille, sans forme définie, trous visibles et non organisés Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vers plats - Plats comme une feuille - Bouche - Yeux rudimentaires - Pas d’ d’appareil circulatoire ou respiratoire (respiration cutané cutanée) - Mais systè système digestif trè très développé veloppé (à un seul orifice – pas d’anus) et organe olfactif - Cerveau rudimentaire Théorie NIII 2012-2013 27 Vers plats (suite) • Quelque espèces pélagiques mais pour la plupart vivent dans le sable, la vase ou sous les pierres • Nombreuses espèces parasites • Carnivores (petits crustacés, annélides, mollusques, larves diverses) • Peu ou pas de prédateurs (sécrétion d’une substance répulsive) • Clefs de détermination : Vivant mobile, ni patte ni coquille, symétrie bilatérale (plus allongé que circulaire), corps plat et fin comme une feuille Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vers annelés tubicoles - Animal vermiforme, de forme annelé annelée - Corps en 3 parties: tête (porte les organes sensoriels, yeux, organes gustatifs), tronc (succession de segments), queue (anus) - Systè Système nerveux (dé (début de céphalisation) phalisation) - Systè Système circulatoire clos, cœ cœur primitif - Respiration cutané cutanée - Systè Système digestif trè très dé développé veloppé Théorie NIII 2012-2013 Echinodermes Pédicelles et piquants - Formes, aspects et comportements trè très diffé différents selon les espè è ces esp - Symé Symétrie pentaradié pentaradiée (d’ (d’ordre 5) - Absence de tête - Oursins, étoiles de mer, comatules, ophiures, holothuries -Tous benthiques (roche, rivage, sable, posidonies) Théorie NIII 2012-2013 Ophiures craignent la lumière Fort pouvoir de régénération A savoir : Chez les Oursins diadèmes, les piquants peuvent mesurer jusqu’à 25 cm de long. Si une variation brutale de luminosité (traduisant l’approche d’un agresseur) est détectée par un Oursin diadème, il dresse tous ses piquant s dans cette direction et les bloque. Ceux‐ci pénètrent très facilement dan s la peau de l’agresseur et se brisent. 30 Cnidaires - Gélatineux avec des tentacules urticants - Cellules urticantes = les cnidoblastes - Forme polype ou méduse – « Polype » : sac + bouche + tentacules – Polype seul (ané (anémone) ou en multitude (corail) méduse polype Théorie NIII 2012-2013 cnidoblastes A l’intérieur du sac : cavité gastrique 31 Cnidaires (suite) • • • • Animal creux qui ne possède qu’un seul orifice Tentacules +/- rétractables A toutes les profondeurs Fixes ou mobiles? – Pélagique (méduses) – Fixé sur un substrat : • • • • • • • • Substrat dur, Dans les failles, Sur le sable, En association (plantes, carapaces crustacés) Embryon de système nerveux Carnivores passifs piégeurs Très photogéniques et qui abritent parfois d’autres espèces plus petites Clefs de détermination : vivant fixé, ni tube ni coquille, avec tentacules urticants Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Les mollusques • Principales classes de mollusques aquatiques : – Gastéropodes – Lamellibranches ou bivalves – Céphalopodes (pied transformé en tentacules situées au niveau de la tête) • Coquille - le plus souvent externe, parfois interne (seiches, calmars, aplysies), à l'exception des limaces de mer et des pieuvres • Corps mou composé de : – – – – • manteau sécrétant la coquille pied musculeux appareil digestif branchies Benthiques sauf calamar (pélagique). Adaptation à tous les milieux (sable, roche, algues) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Lamellibranches : branchies en forme de lamelles 33 Mollusques gastéropodes • Herbivores (patelle) ou carnivores (cônes, porcelaines, limaces de mer) • Chez les nudibranches la coquille a disparue • Tous hermaphrodites Mollusques lamellibranches ou bivalves • essentiellement fouisseurs : pied en forme de "soc de charrue" • Filtreurs • Beaucoup sont hermaphrodites Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Gastéropodes : aplysie, doris dalmatien, porcelaines, limaces de mer 34 Mollusques céphalopodes - Pied s'est transformé transformé en tentacules avec une ou deux rangé rangées de ventouses - Carnivores (bec puissant) - Changent de couleur selon milieu -Théorie SexesNIII sé séparé parés 2012-2013 Crustacés Théorie NIII 2012-2013 Les crustacés (suite) • Deux paires d'antennes, une paire de mandibules, cinq paires de pattes => différence avec les insectes : une paires d'antennes, trois paires de pattes • Carapace de chitine - mues successives • Respiration branchiale • Comportement alimentaire variable (filtreurs, chasseurs, détritivores ou parasites) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine 37 Les poissons (vertébrés) • • • • Groupe hétérogène Tête avec cerveau et organe des sens Tronc avec viscères et deux paires de membres Eventuellement une queue avec axe squelettique et muscles • Nageoires • Peau lisse ou écailles • Respiration par branchies Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine 38 Tunici s ( Ascidies ) Théorieé NIII 2012-2013 39 Les tuniciers (suite) • Fixés au substrat (quelque espèces pélagiques comme les salpes) • Ascidie : outre fixée à la base, munie de 2 ouvertures ou siphons • Sac branchial ou pharynx • Vaisseaux sanguins et cœur • Filtreurs actifs Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine 40 Sensibilisation à la protection de l’environnement aquatique (1/2) • Connaître l’environnement – Connaître et savoir identifier les espèces menacées et protégées – Savoir reconnaître les espèces que vous allez rencontrer – S’informer sur l’écologie des espèces les plus communes du lieu que vous allez visiter – S’informer sur la législation concernant l’environnement marin sur les espèces et les milieux protégés. • Diminuer notre impact sur le milieu, agir pour préserver : – Ne rien jeter à la mer, refuser les emballages inutiles, préférer ceux qui sont réutilisables ou recyclables, demander des bacs de rinçage et non des jets d’eau et surtout pas après chaque plongée… – Connaître la Charte Internationale du Plongeur Responsable Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Sensibilisation à la protection de l’environnement aquatique (2/2) • Site de plongée – – – – – Limiter les palanquées sur le même site, Eviter de plonger toujours sur les mêmes sites Ne pas ancrer le bateau si possible, sinon plutôt sur le sable Mise en place de bouées de mouillage Limiter le ragage en utilisant un parachute pour relever l’ancre ou un orin Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • La Méditerranée contient 10g/l de sel – FAUX. La concentration en sel de la Méditerranée se monte à 37g/l (contre 34g/l pour l’Atlantique) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • Beaucoup de poissons osseux sont hermaphrodites – VRAI: beaucoup de poissons osseux changent de sexe en fonction de l’âge. On distingue: • Les protogynes naissent femelles et certains deviendront mâle (labre, mérou) • Les protandriques naissent mâles et deviennent femelles (dorade, saupe) • Les hermaphrodites synchrones produisent simultanément œufs et spermatozoïdes (serrans) et peuvent s’autoféconder Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • Les crustacés se caractérisent par 1 paire d’antennes et 3 paires de pattes – FAUX. Il s’agit des insectes. Les crustacés se caractérisent par 2 paires d’antennes, une paire de mandibules et 5 paires de pattes Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • Les pieuvres sont munies de 6 tentacules, les seiches et calamars de 8 tentacules – FAUX. La pieuvre possède 8 tentacules – dont la 3ème à droite lui sert d’organe copulateur. Les seiches et calamars possèdent quant à eux 10 tentacules (en fait 8 tentacules et 2 bras) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • L’hippocampe mâle est très infidèle – FAUX. Il s’agit d’un des rares poissons monogames et fidèle en amour. Même s’il semble vivre seul, l’hippocampe vient voir sa femme tous les jours et ne se reproduira qu’avec elle. Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • Le corail est une colonie d’animaux – VRAI. La structure calcaire du corail abritent les polypes, animaux fixes, véritables habitants de HLM. Le corail a une croissance très lente, de 2 à 8 mm par an. Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • Les vers plats (planaire rose) n’ont pas d’anus – VRAI. Ils ingèrent en effet la totalité des aliments qu’ils mangent et ne rejettent donc aucun déchet Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • Les vers plats (planaire rose) font partie de la famille des nudibranches – FAUX. Ils se distinguent des nudibranches (ex: Doris dalmatien) par l’absence d’organes sensoriels sur le tête (tentacules ou rhinophores et par leurs corps extrêmement plat (1 mm) Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine Vrai ou Faux? • La murène est capable de tordre une flèche d’acier, grâce à sa force redoutable – VRAI. Elle fait des nœuds de son corps et peut arracher une tentacule d’un poulpe en en serrant le nœud. Théorie NIII 2012-2013 Cours N3.6 Vrai ou Faux? • La girelle hiberne – VRAI. La girelle s’enfouit la nuit et pour l’hibernation, pour ne réapparaitre que quand la température dépasse 16°c Théorie NIII 2012-2013 Cours N3.6 Vrai ou Faux? • L’hippocampe mâle couve les oeufs – VRAI. L’hippocampe couve les œufs dans une poche ventrale pendant environ 4 semaines, après que la femelle les ait déposés Théorie NIII 2012-2013 Cours N3.6 Vrai ou Faux? • La moule et le poulpe appartiennent au même embranchement – VRAI. La moule et le poulpe appartiennent à l’embranchement des mollusques, qui est le plus important et le plus diversifié parmi les invertébrés aquatiques. Les moules appartiennent à la famille des bivalves et le poulpe, à celle des céphalopodes. Théorie NIII 2012-2013 Cours N3.6 Liens / livres utiles • Commission nationale environnement et biologie subaquatique http://biologie.ffessm.fr/ • DORIS, le site inventaire des espèces sous-marines de la FFESSM http://doris.ffessm.fr/ • Charte internationale du plongeur responsable (Longitude 181) http://www.longitude181.com/charte/charte-fr.html • Subaqua hors-série N°1 Théorie NIII 2012-2013 Cours biologie sous-marine