(suite).

Master : « Métiers de l’Enseignement scolaire »
U. E.
FONDAMENTAUX ET POLYVALENCE
Contenus scientifiques
Hervé ALBERTIN IUFM-UJF
Année universitaire 2010-2011
1
Nutrition animale (Homme essentiellement)
I.
I.
II.
III.
IV.
Dia.
3
Dia.
Dia.
Dia.
Dia.
6
22
39
57
Dia.
61
Dia.
Dia.
62
88
Dia.
105
Reproduction, croissance et développement chez les animaux
Reproduction chez les végétaux
Classification des êtres vivants
Dia.
Dia.
Dia.
107
126
150
Nutrition végétale, écologie et développement durable
Dia.
164
Nutrition végétale
Ecologie, environnement, développement durable
Dia.
Dia.
165
178
Education à la santé et Reproduction humaine
Dia.
211
Dia.
Dia.
Dia.
Dia.
212
222
223
224
Dia.
243
Dia.
Dia.
Dia.
244
254
261
Digestion
Respiration
Circulation sanguine
Adaptations de l’organisme à l’effort
Fonctions de relation
II.
I.
II.
Fonction sensori- motrice
Locomotion animale
Reproduction et classification
III.
I.
II.
III.
IV.
I.
II.
V.
I.
II.
III.
IV.
Education à la santé et alimentation
Education à la santé et sommeil
Education à la santé et articulations
Reproduction humaine
Géologie
VI.
I.
II.
III.
Séismes
Volcanisme
Tectonique des plaques
2
Nutrition animale
(Homme essentiellement)
3
Organisme
Energie
Energie
(chaleur)
Fonctionnement
Maintien de la structure
Matière
Matière
(eau,
déchets)
4
Chapitre : Aliments et Alimentation
5
DIGESTION
6
Un processus en 8 étapes :
- l’ingestion d’aliments
- la propulsion du bol alimentaire
- le broyage mécanique et le malaxage (dents, estomac)
- l’imprégnation des aliments par les secrétions des
glandes digestives (salive, sucs gastriques, sécrétions
intestinales et pancréatiques)
- la simplification moléculaire des aliments en
nutriments par les enzymes
- l’absorption des nutriments par la paroi de l’intestin
grêle
- la déshydratation des résidus dans le gros intestin
- la défécation, évacuation des excréments par l’anus
7
La digestion permet :
- d’une part, une simplification moléculaire des aliments en nutriments,
molécules de base constitutives des aliments.
Elle constitue une étape indispensable au passage de matière nouvelle (oses pour
la famille des glucides, acides aminés pour la famille des protides, acides gras et
alcools pour celle des lipides) dans le milieu intérieur (sang et lymphe) de
l’organisme.
L’eau, les minéraux, les vitamines ne subissent pas de digestion (molécules
élémentaires)
- d’autre part, une transformation des macromolécules spécifiques de l’aliment
ingéré en molécules de nutriments non spécifiques, communes à l’ensemble du
monde vivant.
Ces molécules de nutriments élémentaires permettront à l’organisme, après leur
absorption, de synthétiser ses propres macromolécules caractéristiques.
Ainsi…, les acides aminés digérés de l’ovalbumine (protéine du « blanc » d’œuf)
pourront être utilisés à la synthèse de l’hémoglobine humaine (hétéroprotéine,
transporteur d’O2 dans le sang)
8
Les aliments progressent dans le tube digestif (bouche- œsophage- estomac- intestin grêlegros intestin- anus) grâce à une onde de contraction (péristaltisme) qui affecte sa paroi.
Les glandes salivaires, le foie, le pancréas sont des glandes annexes connectées au tube
digestif et non traversées par les aliments.
Une glande digestive sécrète un suc
(ensemble de substances en solution dans
l’eau) qui participe directement à la
simplification moléculaire de l’aliment en
nutriments.
Ainsi :
- Les glandes salivaires sécrètent la
salive
- La glande gastrique sécrète le suc
gastrique
- Le pancréas sécrète le suc
pancréatique
-La glande intestinale sécrète le suc
intestinal
Le foie n’est pas une glande digestive
proprement dite car la bile qu’il sécrète n’a
pas une action de simplification
moléculaire
9
La digestion mécanique consiste en une fragmentation des aliments via la mastication
buccale et le brassage gastrique.
Cette fragmentation mécanique facilite l’accès aux composés organiques complexes des
catalyseurs enzymatiques spécifiques et ainsi la réalisation des réactions d’hydrolyse
impliquées.
La mastication buccale est essentiellement due à l’action des dents.
La denture d’un omnivore Ŕex. l’Homme- se caractérise par 3 sortes de dents (incisives,
canines, molaires) également développées. Chez l’Homme, les incisives (couronne aplatie à
bord libre tranchant) coupent ; les canines (pointues) déchirent (elles ont par ailleurs un rôle
dans la désocclusion des dents) ; les prémolaires et molaires (à tubercules arrondis) broient.
Les caries dentaires résultent de l’action des bactéries présentes dans la bouche et qui
transforment le sucre en acide lactique corrosif pour l’émail et l’ivoire des dents. L’ingestion
de sucre et un brossage insuffisant des dents favorisent la formation des caries. Si la carie
atteint la pulpe, les nerfs irrités provoquent le mal de dent.
Incisive
Maxillaire
Canine
Mandibule
Prémolaire
Molaire
10
A titre comparatif, les carnivores ont des incisives de très petite taille ; des canines
coniques, longues, pointues (crocs) ; des molaires hautes, pointues « en dents de scie »,
tranchantes.
Les végétariens sont caractérisés par une denture à croissance continue (incisives chez les
rongeurs, molaires chez les ruminants). Les incisives sont bien développées, biseautées,
coupantes ; les canines sont absentes ou peu développées ; les molaires sont abrasives avec
une table d’usure. L’espace incisive Ŕ molaire constitue la barre.
11
La digestion chimique. Les aliments sont constitués pour la plupart de molécules complexes
résultant de l’association de molécules simples. Ces aliments doivent nécessairement être
dégradés pour libérer leurs molécules simples constitutives, seules à pouvoir être absorbées
par l’organisme.
La simplification moléculaire des aliments en leurs nutriments constitutifs est réalisée par
l’EAU : réaction d’hydrolyse. L’eau coupe les liaisons qui unissent les molécules de base
constitutives des aliments et les libèrent.
L’ action des enzymes est essentielle. Ce sont des catalyseurs.
Leur fonction est d’accélérer la réaction d’hydrolyse des aliments :
- elles agissent en petite quantité et permettent d’économiser de l’énergie ;
- elles sont spécifiques d’une substance donnée. L’affinité de l’enzyme pour son substrat est
due à une zone particulière de l’enzyme, le site actif qui présente une certaine
complémentarité de « forme » avec le substrat. Une molécule d’aliment se lie à l’enzyme au
niveau de son site actif et c’est alors que se produit la coupure de cette molécule
(simplification moléculaire) par une molécule d’eau ;
- elles sont actives sous certaines conditions physico-chimique de température (corporelle) et
de pH selon le lieu où elles interviennent.
Les enzymes facilitent la fragmentation des longues molécules alimentaires en molécules
unitaires absorbables : les nutriments qui passent, au niveau de l’iléon (dernière partie de
l’intestin grêle) dans le milieu intérieur (sang/lymphe).
12
Dans la bouche, une action chimique s’opère grâce à la salive (issue des glandes
salivaires) dont l’enzyme, la ptyaline, une amylase, catalyse l’hydrolyse de l’amidon,
du glycogène.
Dans l’estomac, en milieu acide dû à la sécrétion d’acide chlorhydrique, une
enzyme, la pepsine, catalyse l’hydrolyse partielle des protéines. On obtient le chyme.
Le duodénum reçoit :
-La bile produite par le foie, stockée dans la vésicule biliaire. La bile ne renferme pas
d’enzymes mais des émulsifiants qui facilitent la digestion des graisses par les
enzymes appropriées ;
-Le suc pancréatique constitué d’un cocktail d’enzymes transforme le chyle en
chyme grâce à la trypsine (substrats: protéines), à l’amylase (substrats : amidon,
glycogène), aux lipases (substrats : lipides)
Le suc intestinal au niveau du jéjunum achève la digestion grâce à ces peptidases
(substrats : peptides), sa maltase (substrat : maltose), sa saccharase (substrat :
saccharose), sa lactase (substrat : lactose).
Les nutriments, molécules unitaires, issus de l’hydrolyse des aliments via une
catalyse enzymatique peuvent alors être absorbés au niveau de l’iléon.
Les aliments minéraux ne subissent pas d’action enzymatique et sont absorbés
comme nutriments.
13
Sucs
digestifs
Enzymes
pH
optimal
Substrats alimentaires
Produits formés
Salive
Amylase
(Ptyaline)
7
Amidon, glycogène
Maltose
Suc gastrique
Pepsine
2
Protéines (chaînes
longues)
Peptides (chaînes
courtes)
Trypsine
7-8
Protéines
Peptides (chaînes
courtes)
Amylase
7
Amidon, glycogène
Maltose
Lipases
7-8
Lipides
Acides gras, Glycérol
Peptidases
8
Peptides
Acides aminés
Maltase
8
Maltose
Glucose
Lactase
8
Lactose
Galactose, Glucose
Saccharase
8
Saccharose
Glucose, Fructose
Suc
pancréatique
Suc intestinal
Les molécules de la colonne « produits formés » en italique sont des nutriments.
14
L’absorption intestinale consiste en un passage des nutriments de l’intestin au milieu
intérieur (sang, lymphe) :
- l’essentiel de l’eau et des ions, les sucres simples, les acides aminés, les acides gras et le
glycérol traversent la muqueuse intestinale vers les capillaires sanguins
- une partie de l’eau et des ions, les lipides incomplètement simplifiés sont absorbés et
transportés par le système lymphatique
Si l’absorption a lieu essentiellement au niveau de l’iléon et de ses villosités (intestin grêle)
pour les nutriments organiques, l’eau résiduelle et les minéraux sont absorbés par la muqueuse
du gros intestin.
Il en est de même du glucose issu de la digestion de la cellulose par les bactéries et de
certaines vitamines produites par leur activité.
Par ailleurs, la muqueuse gastrique absorbe certaines molécules comme l’éthanol.
15
L’absorption intestinale est
facilitée par :
- la longueur de l’intestin
- l’augmentation de sa surface de contact
par la présence :
• des replis de la muqueuse
• de ses multiples villosités
• des microvillosités de chacune des
cellules constitutives de la muqueuse
en contact avec la lumière intestinale
16
17
18
L’assimilation des nutriments fait suite à leur absorption. L’assimilation consiste en
l’utilisation des nutriments par les organes. Ainsi, les nutriments sont :
- mis en réserve soit dans le foie et les muscles (pour le glucose sous forme d’un polymère, le
glycogène), soit dans le tissu adipeux sous la peau (pour les lipides et le glucose excédentaire)
- utilisés par les cellules soit pour obtenir de l’énergie (à partir du glucose et des acides gras),
soit pour synthétiser de la matière nouvelle (des protéines, par exemple, par assemblage dans
un ordre déterminé des acides aminés).
Exemple :
L’ingestion d’un verre de lait entier conduira à la digestion :
- du lactose (sucre présent dans le lait) par la lactase en galactose et glucose
- de la caséine (protéine du lait) par les protéases en acides aminés libres
- des triglycérides par les lipases en acides gras et glycérol
Les nutriments issus de la digestion des produits du lait (oses, acides aminés, acides gras,
glycérol) ainsi que les constituants qui ne subissent pas de digestion (eau, minéraux dont le
calcium et le phosphore, vitamine) sont absorbés au niveau intestinal par la circulation
sanguine.
Si les lipides sont stockés par le tissu adipeux, on peut imaginer, par exemple, que les fibres
musculaires utiliseront … le glucose via la respiration cellulaire à une production d’énergie
nécessaire à… la synthèse d’une protéine contractile (exemple actine ou myosine) par
assemblage des acides aminés absorbés selon un plan de montage contrôlé par le génome de la
19
cellule, … que le calcium sera employé à la réalisation de la dite contraction.
Toutes les molécules constitutives des aliments ne sont pas simplifiables en petites molécules
absorbables par le milieu intérieur.
Les molécules non digérées à l’issue de leur transit dans le tube digestif vont constituer des
déchets ou selles et être évacués par défécation.
Dans le gros intestin a lieu une très importante absorption d’eau ce qui a pour conséquence de
provoquer une déshydratation de la matière fécale.
L’urine est fabriquée par les reins. Le fonctionnement de l’organisme conduit à la production
de déchets. Des déchets azotés (telle que l’urée) produits par le foie passent dans le sang et
seront éliminés par les reins en solution dans de l’eau.
L’eau nécessaire à l’élimination des déchets azotés est l’eau de boisson ingérée au niveau du
tube digestif. Son trajet est donc le suivant :
- intestin
- vaisseaux sanguins
- reins (formation de l’urine, pour partie : urée solubilisée dans l’eau)
- uretères vessie (stockage)
- urètre (canal de vidange).
20
En résumé… Digestion/Absorption
21
RESPIRATION
22
La respiration est l’ensemble des mécanismes qui permettent la libération de l’énergie des
nutriments.
Elle se manifeste par un échange de gaz entre l’individu et son milieu. Chez l’Homme, elle se
traduit par :
-La ventilation pulmonaire qui permet une entrée d’air dans les poumons lors de l’inspiration
et sa sortie lors de l’expiration.
-La respiration cellulaire qui correspond à l’utilisation du dioxygène de l’air pour extraire
l’énergie contenue dans les nutriments.
23
Appareil respiratoire de l’Homme :
- fosses nasales,
- pharynx,
- trachée,
- poumons droit et gauche,
- bronchioles,
- alvéoles pulmonaires
- côtes et muscles intercostaux/
diaphragme/plèvre
L’arborescence terminale des bronchioles
n’est pas accessible à l’œil nu.
L’extrémité des bronchioles se termine
par des alvéoles aux parois très amincies.
Entre les alvéoles existe toute une
ramification de capillaires sanguins.
24
Plèvre externe
Plèvre interne
Les poumons sont entourés de
2 feuillets : la plèvre.
L’un colle aux poumons,
l’autre adhère à la cage
thoracique et au diaphragme.
L’existence d’une pression
négative entre les 2 feuillets
solidarise l’ensemble cage
thoracique -diaphragme aux
poumons.
La solidarité des 2 feuillets de
la plèvre par un film liquidien
empêche leur décollement.
25
INSPIRATION
EXPIRATION
Au cours de l’inspiration : le diaphragme
s’abaisse et les muscles élévateurs des côtes
se contractent ce qui provoque un
accroissement de volume de la cage
thoracique.
Les mouvements des poumons suivent ceux
du thorax et du diaphragme du fait de la
solidarité imposée par la plèvre.
Ces 2 mécanismes : accroissement du
volume thoracique et solidarité poumonsthorax, créent au moment de l’inspiration,
une dépression à l’intérieur des poumons
permettant une entrée d’air. Il s’agit d’un
mouvement actif.
Au cours de l’expiration : le relâchement
des muscles élévateurs des côtes et du
diaphragme provoque une diminution de
volume de la cage thoracique donc des
poumons. L’air sort. Il s’agit d’un
mouvement passif.
Les mouvements respiratoires normaux
sont des réflexes modulables par la volonté.
Les centres nerveux sont situés dans le bulbe
rachidien, eux-mêmes sous le contrôle de
l’hypothalamus.
26
27
Un cycle respiratoire est constitué d’une
inspiration suivie d’une expiration.
Le rythme respiratoire exprime le nombre
de cycles respiratoires par minute.
Il est de 14 à 16 cycles par minute chez
l’Homme adulte au repos.
Au cours de chaque mouvement respiratoire
simple, le volume courant (VC) est le
volume d’air inspiré puis expiré (500 ml).
Le volume d’une inspiration forcée à la fin
d’une inspiration normale est le volume de
réserve inspiratoire (VRI) (3100 ml).
Le volume d’une expiration forcée à la fin
d’une expiration normale est le volume de
réserve expiratoire (VRE) (1200 ml).
La capacité vitale est de 500 + 3100 + 1200
= 4800 ml.
Un volume résiduel (VR) de 1200 ml n’est
pas soumis aux flux inspiratoire et
expiratoire.
La capacité pulmonaire totale est de 4800 +
1200 = 6000 ml.
28
Différentes pathologies des voies respiratoires
Toute effraction de l'un des deux
feuillets de la plèvre entraîne
immédiatement un décollement des
feuillets : c'est le pneumothorax. Le
poumon se rétracte en entrainant le
feuillet interne. Lorsque le
pneumothorax est complet, seul le
poumon opposé respire.
Un traumatisme thoracique peut
entrainer un saignement dans la plèvre :
c'est l'hémothorax. Le sang s’infiltre
entre les deux feuillets et repousse le
poumon.
29
L’asthme est dû à un œdème
localisé dans les bronches
conséquence d’une réaction
du système immunitaire
(granulocytes) à un allergène.
Cet œdème provoque :
- une diminution du diamètre
des bronches ce qui entraîne
une difficulté respiratoire
aggravée par…
- une contraction des muscles
qui entourent les bronches.
30
31
Composition
Air
de l’air en % inspiré
Air
expiré
N2
75%
75%
Volume de
gaz en ml par
litre de sang
O2
21%
16%
O2
150 ml/l
200 ml/l
0,03%
5%
CO2
530 ml/l
480 ml/l
CO2
Volume de gaz en ml
par litre de sang
Sang arrivant
aux poumons
Sang sortant des
poumons
Sang arrivant au
muscle
Sang sortant du
muscle
O2
200 ml/l
150 ml/l
CO2
480 ml/l
530 ml/l
32
- Au niveau des poumons :
le sang s’enrichit en dioxygène et s’appauvrit en dioxyde de carbone.
L’alvéole est donc le siège d’échanges gazeux : le dioxygène passe pour partie de l’air alvéolaire
au sang et le dioxyde de carbone pour partie du sang à l’air alvéolaire.
Le rôle de la ventilation est d’amener l’air au niveau des alvéoles pour qu’il y perde une partie de
son dioxygène, s’enrichisse en dioxyde de carbone avant d’être rejeté.
Par ailleurs, l’air expiré contient de la vapeur d’eau (1/2 litre éliminé/ jour) et est généralement
plus chaud que l’air ambiant inspiré.
- Au niveau des organes :
le sang s’appauvrit en dioxygène et s’enrichit en dioxyde de carbone. Les cellules constitutives
des organes sont donc le siège d’échanges gazeux : le dioxygène passe pour partie du sang aux
cellules et le dioxyde de carbone des cellules au sang.
L’organisme est donc le siège d’échanges gazeux qui alimentent les tissus en dioxygène et
permettent le rejet du dioxyde de carbone.
Les tableaux expriment les proportions des gaz dissous dans le sang en ml/100ml ou /l soit en
teneur. Chaque gaz dissous exerce dans le sang une pression, dite pression partielle car ce n’est
qu’une fraction de la pression exercée par l’ensemble des gaz dissous dans le sang (O2, CO2, N2).
De part et d’autre de la surface d’échanges (membrane alvéolaire, membrane cellulaire), la
pression partielle des gaz est différente et les échanges gazeux (pour chaque gaz) s’effectuent des
33
zones à haute pression vers les zones de basse pression selon le principe de la diffusion.
Le sang : fluide assurant le transport du dioxygène et du dioxyde de carbone dans
l’organisme
- Le dioxygène est très peu soluble. 2% seulement de O2 est transporté sous forme dissoute.
Les 98% restant sont transportés sous forme combinée à l’hémoglobine à l’intérieur des
hématies : oxyhémoglobine. La forme combinée est réversible et s’établit en fonction de la
teneur en dioxygène du sang :
Pression O2 élevée (au niveau des poumons)
Hémoglobine + O2
Oxyhémoglobine (rouge vif)
Pression O2 faible (au niveau des organes)
- Le dioxyde de carbone est 25 fois plus soluble que le dioxygène. 3 formes dans le sang :
30% dans le plasma : sous forme dissoute ET sous forme de bicarbonate
70% dans les hématies sous forme combinée à l’hémoglobine : carbhémoglobine
Pression CO2 élevée (au niveau des organes)
Hémoglobine + CO2
Carbaminohémoglobine (rouge sombre)
Pression CO2 faible (au niveau des poumons)
Le CO2 et l’O2 ne possèdent pas le même site de fixation sur l’hémoglobine.
Par contre, le monoxyde de carbone (CO) possède le même site de fixation que l’O2 sur
l’hémoglobine et de plus avec une affinité 200 fois plus grande d’où une asphyxie rapide en
34
présence de ce gaz dans l’atmosphère.
La respiration, au niveau cellulaire, est un processus de décomposition progressif du glucose
(ou des acides gras) par des réactions d’oxydation consommant du dioxygène.
Cette voie est dite aérobie.
Ce processus conduit à la production :
- de CO2
- d’hydrogène qui se combine au dioxygène pour former de l’eau (H2O)
- d’énergie dont la quantité varie selon les nutriments (1g de lipide libère 38 KJ, 1g de
glucides et 1g de protides 17 KJ) sous la forme :
de chaleur dissipée (environ 60%)
ET
de molécules utilisables par les cellules pour leurs travaux : l’ATP (environ
40%).
La respiration cellulaire se déroule pour partie dans le hyaloplasme et pour partie dans les
mitochondries.
Il existe une voie anaérobie quand le dioxygène n’est pas ou n’est plus disponible, c’est la
fermentation.
Il s’agit d’un processus qui produit également de l’ATP et un déchet organique : l’acide
lactique. Cependant, ce processus de dégradation incomplet de la matière organique possède
un rendement environ 20 fois inférieur à celui de la respiration cellulaire.
35
.
Atmosphère
RESPIRATION
PULMONAIRE
ALVEOLE PULMONAIRE
Hb + O2
SANG
CO2 (dissous)
CO2
(bicarbonate)
HbO2
C6H12O6
6 O2
+
*: ADP+P
n’est pas précisé)
Hb + CO2
HbCO2
C6H12O6
6 CO2 + 6 H2O + Chaleur + ATP*
ATP (le nombre de molécules d’ATP formées
CELLULE
RESPIRATION CELLULAIRE
36
La respiration dans le monde animal
Milieu
Organes
respiratoires
aérien
Poumons
Trachées
aquatique
Peau
Branchies
Type de respiration Pulmonaire Trachéenne Cutanée Branchiale
Fluide support des
gaz respiratoires
Air
Eau
Les caractéristiques communes aux poumons et branchies :
- grande surface d’échanges
- finesse des surfaces d’échanges
- richesse de l’irrigation vasculaire
37
En résumé… Respiration
38
CIRCULATION SANGUINE
39
L’appareil circulatoire comprend une pompe (le cœur) et un réseau de vaisseaux (artères,
capillaires, veines) qui véhiculent le sang dans un système clos.
Le sang quitte le ventricule droit par l’artère
pulmonaire, il parvient aux poumons où il s’enrichit
en dioxygène et se décharge de son dioxyde de
carbone. Il rejoint l’oreillette gauche par les veines
pulmonaires (circulation pulmonaire).
Lors de la contraction ventriculaire (systole), les
valvules mitrales bloquent le reflux du sang vers
l’oreillette gauche, il emprunte l’artère aorte pour
irriguer tout le corps. Lors de la diastole
(relâchement ventriculaire), la pression dans le
ventricule est nulle ; dans l’aorte, la pression est
toujours >0. Les valvules bloquent le retour du sang.
Vers les organes, des ramifications font circuler le
sang dans des vaisseaux de plus en plus fins : les
capillaires viennent au plus près des cellules
favorisant les échanges par une plus grande surface
de contact. Chargé de nutriments au contact de
l’intestin grêle, le sang rejoint le foie via la veine
porte puis l’oreillette droite par les veines caves
(circulation générale). Le circuit est bouclé.
40
Une pompe : le cœur, composé d’un muscle - le myocarde- structuré autour de 2 cavités
indépendantes (cœur droit et cœur gauche)
Le cœur est un muscle creux dont le rôle,
par contraction, est de propulser le sang
dans le corps dans un ensemble de conduits,
les vaisseaux, organisés en un circuit fermé.
Sa contraction automatique est due à
l’activité d’un tissu interne : le tissu nodal.
Les valvules sont des replis membraneux :
- les valvules auriculo-ventriculaires
(mitrale à droite, tricuspide à gauche)
séparent chaque partie du cœur en deux,
délimitant ainsi une oreillette et un
ventricule
-les valvules sigmoïdes séparent les
ventricules des artères.
Nota : il existe également des valvules au
niveau des veines inférieures.
Rôle : la forme des valvules impose un sens
à la circulation du sang en l’empêchant de
refluer en sens inverse
L’approvisionnement du myocarde en dioxygène et en nutriments ne s’effectue pas par contact
avec le sang qu’il propulse mais grâce à des vaisseaux spécifiques : les artères coronaires
(branches de l’aorte qui fournissent au myocarde O2 et nutriments) et veines coronaires qui
41
éliminent dioxyde de carbone et autres déchets en se jetant dans l’oreillette droite.
Le cœur a une activité rythmique qui se manifeste par les phases suivantes :
- systole : contraction du myocarde des oreillettes ou des ventricules. Elle correspond à une
période de travail
* systole auriculaire (contraction des oreillettes) : sang chassé des oreillettes dans les
ventricules (valvules auriculo-ventriculaires ouvertes, sigmoïdes fermées)
* systole ventriculaire (contraction des ventricules) en 2 temps :
systole isométrique : sang est mis sous pression dans les ventricules,
fermeture des valvules auriculo-ventriculaires,
systole isotonique : ouverture des valvules sigmoïdes et propulsion du sang
dans les artères
- diastole : relâchement du myocarde correspondant à une période de repos alternant avec la
systole. On distingue :
* la diastole auriculaire qui correspond à un afflux du sang dans les oreillettes
* la diastole ventriculaire qui correspond à l’afflux du sang dans les ventricules
* la diastole générale : relâchement général du myocarde, le sang afflue dans les
oreillettes et les ventricules (valvules sigmoïdes fermées)
- une révolution cardiaque ou (cycle cardiaque) commence à la contraction des oreillettes,
se poursuit par celles des ventricules et se termine à la fin du temps de repos du cœur (diastole
générale)
- le rythme cardiaque correspond au nombre de cycles cardiaques en 1 minute : 70 cycles
cardiaques/ minute en moyenne
- le pouls est un durcissement passager des artères dû à la propagation d’une onde de choc (10
à 40 m/s) qui naît à chaque systole ventriculaire au niveau de la crosse aortique. Il permet 42
ainsi la mesure du rythme cardiaque.
Une tuyauterie haute pression imperméable : les artères qui sont des conduits à paroi
contractile et élastique dans lesquels le sang circule du cœur vers la périphérie de l’organisme.
Pression artérielle :
Pression exercée par le sang sur
les parois des artères, variant
en fonction :
- du rythme cardiaque
- de la force de la contraction
cardiaque
- de l’état de contraction
des artères
- du lieu de la mesure
- de la quantité de sang
circulant (volémie) :
augmentation brutale après
absorption importante et rapide
de liquide, ou de sel (rétention)
ou d’un dysfonctionnement
des reins.
43
Une tuyauterie basse pression
imperméable (retour au cœur) :
les veines.
Leurs parois sont minces, très souples et
souvent pourvues de valvules anti reflux
qui facilitent le retour veineux de la
périphérie au cœur.
44
Des vaisseaux, perméables, de raccordement entre artères et veines : les capillaires sanguins.
Dans l’appareil circulatoire, les capillaires sanguins sont les seuls vaisseaux au niveau
desquels les échanges nutritionnels entre les cellules et le milieu intérieur (sang) et entre le
milieu intérieur et le milieu extérieur sont possibles.
La cause en incombe aux caractéristiques de ces vaisseaux qui, organisés en réseaux
arborescents (les lits capillaires) assurent la continuité entre le système artériel (circulation
périphérique /cœur) et le système veineux (circulation de retour/ cœur) :
-La paroi du capillaire réduite à une seule couche de cellules facilite les échanges entre
sang/milieu intercellulaire/cellules constitutives des organes
-La vitesse de circulation du sang lente, au niveau de ces vaisseaux de très petit diamètre
(quelques µm), favorise, là encore, les échanges précédemment décrits
-Le nombre des capillaires Ŕ environ 5 milliards- constitue une surface d’échanges
considérable au niveau des organes.
Une surface d’échanges se caractérise par : sa grande surface / sa minceur / son humidité 45
(passage d’un composé chimique d’un compartiment à un autre toujours à l’état dissous).
Circulation pulmonaire
2 circulations en série
(ensemble du sang
épuré et ré-oxygéné
au niveau pulmonaire)
Circulation générale
(organisation en
parallèle de sorte à
approvisionner
spécifiquement certains
organes en fonction de
leurs besoins).
46
Le chargement du sang :
- en O2 s’effectue au niveau des capillaires pulmonaires
(retour à l’oreillette gauche via les veines pulmonaires),
- en nutriments au niveau des capillaires
mésentériques de l’intestin grêle (une partie des lipides
incomplètement simplifiés passent dans la lymphe
canalisée dans les chylifères ou capillaires des vaisseaux
lymphatiques).
Son déchargement s’effectue au niveau des capillaires
qui irriguent l’ensemble des organes
Les déchets issus du fonctionnement de l’organisme sont
transportés par le sang et éliminés par divers organes :
- le CO2 (issu de la respiration cellulaire) passe dans le
sang au niveau des cellules productrices, véhiculé par le
sang sous forme dissoute, carbonatée ou combinée à
l’hémoglobine, il est éliminé au niveau des capillaires
pulmonaires
- l’urée et l’acide urique, déchets azotés, véhiculés par
le sang sont éliminés pour partie par les capillaires de la
peau au niveau des glandes sudoripares (non
représentées) via la sueur et majoritairement par les
capillaires rénaux (non représentés) via l’urine.
47
Le sang (environ 5L) :
- une phase liquide : le plasma (environ 60% du volume sanguin)
Constituants du
plasma sanguin
Caractéristiques
Rôles
Eau
90% de la masse du plasma
Solvant
Urée, acide urique
Déchets azotés
Dégradation des corps azotés
Gaz dissous
O2 et CO2
Respiration
Carbonates
Nutriments
Transport du CO2
Maintien de la pression osmotique
Ions
Lipides
Glucides
Protides
Triglycérides
Glucose
Acides aminés
Albumines
Globulines
Fibrinogène
Hormones
Nutriments
Maintien de la pression osmotique et
transport de certaines molécules
Défense de l’organisme
Coagulation du sang
Régulation du fonctionnement de
l’organisme et de la reproduction
48
Le sang (suite) :
- une phase globulaire (environ 40%):
• les hématies : 5 millions/mm3. Cellule sans noyau renfermant l’hémoglobine
Transporteurs d’O2 et de CO2 ; les gaz sont fixés sur
l’hémoglobine
• les plaquettes : 150000 à 450000/mm3. Cellule sans noyau.
Supports de la coagulation
• les leucocytes : 4000 à 10000/mm3. Cellule nucléée à capacité de diapédèse
Agents de défense du système immunitaire
Agents spécifiques
Agents non spécifiques
49
macrophages
granulocytes
lymphocytes
Le don du sang est possible à condition d’avoir un groupe sanguin compatible avec celui du
receveur en lien avec les agglutinines présents dans son plasma
DONNEUR
A (hématie)
antiB (plasma)
B (hématie)
antiA (plasma)
AB (hématie)
O (hématie)
antiA et antiB
(plasma)
OUI
NON
NON
OUI
NON
OUI
NON
OUI
OUI
OUI
OUI
OUI
NON
NON
NON
OUI
A
R
E
C
E
V
E
U
R
B
AB
O
Groupe O : donneur universel ; Groupe AB : receveur universel
50
La lymphe = sang Ŕ (hématies et plaquettes)
La lymphe traverse les parois fines des
capillaires et alimente les cellules de tous
les organes = liquide interstitiel.
Réintroduction de cette lymphe qui
circule librement entre les cellules dans
la circulation sanguine par réintégration
dans :
- les capillaires ,
- les vaisseaux lymphatiques.
51
52
Les affections du système circulatoire
Hyper et hypotension
Hypertension
Plusieurs causes, non exclusives les
unes des autres :
- contraction trop importante des
muscles lisses de la paroi due à une
pathologie, une situation de stress ….
- rigidification des parois artérielles
qui perdent leur élasticité :
vieillissement, action du sel …
- volémie trop importante : trop grand
volume de sang circulant dû à un
mauvais fonctionnement des reins, à
une concentration excessive en sel….
Hypotension
Due à un manque de tonus des
muscles des parois artérielles.
Conséquences : artères trop dilatées
provoquent une chute de la pression
sanguine. Organes, dont le cerveau,
sont mal irrigués d’où des sensations
de fatigues, étourdissement …
Athérosclérose
Œdème
Accumulation anormale de lymphe
dans un organe donné ayant
différentes causes :
- inflammation due au système
immunitaire (piqûre d’insecte,
réaction allergique à un allergène,
infection…)
- déficience du système circulatoire :
cœur plus assez puissant pour mettre
en mouvement l’ensemble de la masse
liquide sang + lymphe (œdème
pulmonaire de la personne âgée)
- gravité : lors d’une position debout
statique prolongée les muscles des
jambes ne remettent plus
suffisamment en circulation le sang
situé en dessous du genou =
stagnation du sang dans les veines
(avec risque de dilatation de ces
dernières : varices) et de la lymphe
dans les tissus (chevilles, jambes
enflées).
53
En résumé… Circulation
54
En résumé… Elimination des déchets solubles (excretion)
55
Bilan Nutrition
Selles
Urine :
eau+déchets
56
Les adaptations de l’organisme à l’effort
Puissance de l'effort en watts (W)
Repos
250 W
500 W
750 W
Volume d'air inspiré ou expiré à chaque
mouvement (en L)
0,6
1,2
1,6
2,1
Rythme respiratoire (mouvements par min)
14
20
25
30
Volume de sang chassé à chaque battement
du cœur (en mL)
86
133
136
130
Rythme cardiaque (battements par min)
70
90
118
145
L’activité physique induit des besoins accrus au niveau des muscles concernés en O2 et glucose.
Le cerveau informé des conséquences d’un effort (augmentation CO2, acidose, chaleur) agit sur
le cœur et l’appareil respiratoire par voies nerveuse et hormonale.
3 modalités de régulation vont permettre de répondre à la demande de ces organes :
- une augmentation du rythme cardiaque qui peut passer de 70 à 150 pulsations/mn
- une augmentation du volume d’éjection systolique par augmentation du tonus cardiaque :
systoles ventriculaires plus puissantes et volume éjecté augmenté de 50%.
57
Variations du débit sanguin (exprimé en mL/min) dans divers organes
chez un homme au repos et lors d'un exercice physique
organes
repos
exercice
cœur
250
1000
cerveau
750
750
muscles squelettiques actifs
650
20850
muscles squelettiques inactifs
650
300
peau
500
1500
reins, foie, tube digestif
3100
600
3 modalités de régulation (suite) :
- une réorientation du sang en direction des organes dans le besoin (à l’exception notoire
du cerveau pour lequel le débit sanguin est inchangé quelque soit la situation).
Réorientation permise par la dilatation ou la contraction spécifique des sphincters des artères
(petits muscles circulaires), à l’image de robinets que l’on ouvre ou ferme.
Pour réduire l’échauffement du corps plusieurs processus sont mis en jeu :
- le rythme respiratoire plus rapide fait entrer de l’air froid dans les poumons, il est rejeté
réchauffé.
- une dilatation des vaisseaux sanguins périphériques favorise les échanges thermiques. La
transpiration, grâce à la sueur libérée sur la peau par les glandes sudoripares, va prélever des
58
calories pour évaporer cette eau et contribuer à réguler la chaleur corporelle.
Les bénéfices d’un stage en altitude avant une compétition sportive au niveau de la mer.
Plus on s’éloigne du centre de la terre et donc plus on monte en altitude, moins la pression atmosphérique est
forte. Cette baisse de la pression atmosphérique entraîne une baisse de la pression en oxygène qui a pour
conséquence une baisse de l’oxygénation des poumons puis du sang. En réponse à cette hypoxie, l’organisme
va mettre en route une série de réactions permettant une adaptation.
Que se passe t-il à l’arrivée en altitude ?
•La fréquence respiratoire s’accroît (hyperventilation) afin d’augmenter l’apport en oxygène.
•Le débit cardiaque et la fréquence cardiaque augmentent.
•Cette phase nécessite 2 à 4 jours.
Que se passe t-il lors de l’acclimatation ?
•Il persiste une hyperventilation
•Le débit cardiaque et la fréquence cardiaque redeviennent normaux mais le débit cardiaque maximal et la
fréquence cardiaque maximale sont diminués.
•Le nombre de globules rouges augmente rapidement au début puis lentement : polyglobulie. Cette
polyglobulie est due à la stimulation de la sécrétion d’érythropoïétine au niveau du rein (EPO) par l’hypoxie.
•Lors de séjours prolongés, il y a augmentation du nombre de capillaires musculaires.
•Cette phase nécessite 3 à 4 semaines.
Quelles sont les conséquences lors du retour au niveau de la mer ?
•Persistance d’une polyglobulie pendant quelques semaines
•Persistance d’une augmentation de la concentration en hémoglobine pendant quelques semaines
•Au total, durant quelques jours voire quelques semaines (jusqu’à 7 semaines), il y a amélioration des
capacités de traitement de l’oxygène (extraction, transport, délivrance aux muscles) avec pour conséquences
des possibles améliorations des facteurs d’endurance (VO2 max : volume maximal d'oxygène qu'un Homme
peut consommer par unité de temps lors d'un exercice dynamique aérobie maximal) et des performances 59
sportives en endurance.
En résumé… Adaptation de l’organisme à l’effort
60
Fonctions de relation
Fonction sensori- motrice
Locomotion des animaux
61
Le Système Nerveux
- Le SN Central =
Encéphale (boîte crânienne) + Moelle épinière (colonne vertébrale)
• La moelle épinière assure la connexion entre :
 les récepteurs sensoriels et l’encéphale d’une part (voies
sensitives),
 l’encéphale et les muscles d’autre part (voies motrices).
• L’encéphale est le lieu d’intégration des données sensorielles
et d’élaboration des commandes motrices (volontaires ou
involontaires) adaptées aux besoins de l’organisme.
- Le SN périphérique =
• les nerfs sensoriels et moteurs
• les organes des sens
62
Les neurones : cellules très spécialisées constitutives du Système Nerveux
63
La synapse :
-Point de contact entre deux neurones ou entre
un neurone et une fibre musculaire matérialisé
par un espace ou fente synaptique.
-A son niveau :
• Côté neurone pré-synaptique :
transformation du message électrique en
message chimique sous forme d’une
concentration donnée en des molécules
particulières : les neurotransmetteurs
(adrénaline, acétylcholine, dopamine…).
• Côté neurone post-synaptique :
Après franchissement synaptique et
capture des neurotransmetteurs par les
récepteurs post-synaptiques : formation
d’un nouveau signal électrique.
64
Lien information reçue/réponse
adaptée de l’organisme : les
structures en jeu
-Les centres nerveux impliqués, cerveau et
moelle épinière, reçoivent les messages
nerveux sensitifs, kinesthésiques et
élaborent des réponses motrices adaptées.
-Les nerfs :
 sensitifs conduisent les messages
nerveux des organes récepteurs au
centre nerveux (cerveau ou moelle)
 moteurs conduisent l’influx nerveux
du cerveau ou de la moelle aux
organes effecteurs (ex. : muscles)
-Les organes récepteurs : oreille, œil, peau,
récepteurs kinesthésiques captent les stimuli
et génèrent des messages nerveux
-Les organes effecteurs qui réalisent une
réponse adaptée selon les messages
véhiculés par les nerfs moteurs (contraction
ou relâchement des muscles par exemple).
Ex. : Œil organe récepteur/ Muscles organes effecteurs
65
Les sens et les organes sensoriels associés
Un stimulus est une modification le plus souvent soudaine, de nature physique : son, chaleur,
lumière, pression, … ou chimique (molécules) qui provoque l’activité de récepteurs sensoriels
excitables.
La vue et son organe récepteur : l’œil
Fonction :
faire converger les rayons
lumineux sur la partie
sensible, la rétine, qui
transforme les informations
lumineuses en informations
nerveuses transmises au
cerveau par le nerf optique.
66
Neurones relais
Ct de rétine au microscope
cônes bâtonnets
Schéma d’interprétation
Les cônes : cellules nerveuses de la rétine sensibles aux couleurs. Leur concentration est maximale au
niveau de la macula qui est la zone de la rétine où l’acuité visuelle est la plus élevée (la fovéa encore
plus sensible, zone centrale de la macula, est composée uniquement de cônes). La macula est une zone
d’environ 2mm de diamètre.
Les bâtonnets : sensibles aux faibles intensités lumineuses (vision crépusculaire en nuances de gris).
Ils se situent principalement à la périphérie de la rétine.
L’œil humain est sensible à des longueurs d’ondes comprises entre 0,4 et à 0,8 microns, spectre qui
67
forme ce que l’on nomme la lumière « visible ».
La vision binoculaire permet, par le chevauchement d’une partie des champs visuels de l’œil
droit et de l’œil gauche, une vision en relief et une estimation des distances.
Chez le lapin : la position latérale des yeux confère une vision à 360 . Par contre, le
chevauchement des champs visuels des 2 yeux est extrêmement faible, d’où un vision
binoculaire réduite.
Chez le hibou, la vision binoculaire est développée, mais le champ visuel réduit.
68
Quelques affections de la vision
L’image de l’objet regardé se forme sur la
rétine. Par le jeu des différentes lentilles de
l’œil (cornée, cristallin antérieur, cristallin
postérieur) et des milieux traversés (humeur
aqueuse, humeur vitrée), l’image formée sur
la rétine est renversée, plus petite que l’objet
regardé. Le cerveau rétablit une image à
l’endroit, replacée dans son contexte.
Chez un myope, le système optique de l’œil
est trop convergent, l’image de l’objet se
forme en avant de la rétine.
Chez un hypermétrope, le système optique
de l’œil est trop divergeant, l’image de
l’objet se forme en arrière de la rétine.
Le daltonisme est un trouble de la vision des couleurs dû à une déficience des cônes (1 ou 2
types de cônes).
La cataracte est une opacification progressive du cristallin (vieillissement) qui diminue
l’acuité visuelle {capacité à discerner 2 points de l’espace sans les confondre. Le pouvoir
séparateur (e) de l’œil est normalement de 1’ d’angle ce qui correspond à une acuité visuelle
69
de 1/e = 1/1 = 10/10ème}.
L’ouïe et son organe récepteur : l’oreille
Oreille externe et oreille
moyenne : systèmes de
captage et d’amplifications
des vibrations sonores.
Oreille interne, au niveau
de la cochlée :
Transformation des sons en
signaux nerveux envoyés au
cerveau par le nerf auditif.
Sensibilité de l’oreille
humaine : entre 20 (grave) et
20.000 (aigu) Herz.
Autre fonction de l’oreille
interne : perception de la
position du corps dans
l’espace Ŕ sens de
l’équilibre- par les canaux
70
semi circulaires
L’odorat et son organe récepteur : le nez
Cellules nerveuses sensibles aux molécules en suspension dans l’air : dans les fosses
nasales.
Dissolution de ces molécules dans le mucus avant de stimuler les terminaisons
nerveuses.
71
Le goût et ses organes récepteurs : la langue… et le nez
L’organe du goût est à la fois :
• la langue pour les saveurs primaires :
salé, sucré, acide, amer, umami (glutamate,
aspartate) ;
• le nez pour tous les arômes complexes
véhiculés par les aliments. Ces arômes
parviennent à la muqueuse olfactive en
passant par l’arrière gorge.
Les saveurs sont détectées, sur la langue,
par des cellules gustatives regroupées en
papilles.
72
Le tact et son organe récepteur : la peau
poil
corpuscules du tact :
mécanorécepteurs
muscle érecteur du
poil
glande sébacée
terminaisons
nerveuses libres
glande sudoripare
cellules adipeuses du derme
Le « tact » : sens complexe qui regroupe, au niveau de la peau principalement, la
perception :
• de vibrations mécaniques et de pressions (mécanorécepteurs) ;
• de variations de température et d’agressions physiques et chimiques (terminaisons
nerveuses libres)
73
Quelques sens propres aux animaux
Electrolocation
Capacité à percevoir (et
parfois à émettre) des
champs électriques : requins,
raies, poissons
« électriques ».
Intervient :
- dans la chasse (repérage
d’une proie),
- dans l’exploration du
milieu
- dans la reconnaissance du
partenaire sexuel.
74
Echolocation
Utilisée par les cétacés et les
chauves souris):
un signal sonore
ultrasonique est envoyé,
l’écho, renvoyé par un
obstacle ou une proie les
renseigne sur son
environnement proche.
75
Vibrations et ligne latérale des poissons
Ligne latérale
La ligne latérale rassemble, dans un canal situé sous les écailles, des
cellules sensibles aux vibrations.
Cette ligne latérale, située de chaque coté du corps permet de localiser des
sources de vibrations.
76
Les organes du mouvement
Le squelette :
208 os
• courts (vertèbre)
• longs (humérus)
• plats (omoplate)
5 fonctions :
- soutien : structure rigide servant
de support aux organes mous
- protection de certains organes :
cage thoracique/poumons, boîte
crânienne/cerveau
- locomotion avec les muscles
squelettiques
- stockage des minéraux (calcium et
phosphore principalement)
-fabrication des globules sanguins
au niveau de la moelle
77
Composition /structure
- une structure organique : l’osséine
(protéine)- architecture souple
- une structure minérale : phosphate et
de carbonate de calcium- dureté et
résistance au chocs.
- os spongieux : percé de nombreuses
cavités
- os compact : très dense.
Os long :
- deux « têtes » ou épiphyses,
composées d’os spongieux
- un « corps » ou diaphyse, composée
d’os compact.
Epiphyses recouvertes de cartilage
articulaire.
78
Les os - organes vivants
capables de :
-croissance
et…
79
Et … de réparation
80
Articulations (mobiles et
semi mobiles) =
points de rencontre de
deux os, mobiles l’un
par rapport à l’autre.
Mobilité facilitée par :
- des structures
diminuant les
frottements : cartilages
articulaires lisses
- un liquide synovial à
consistance huileuse
Cohérence de
l’articulation assurée par
une jupe ligamentaire
qui relie les têtes
osseuses.
81
Articulation en pivot
Articulation en charnière
Articulation en rotule
82
Les organes du mouvement (suite)
Les muscles
3 types de muscles :
- Les muscles striés ou squelettiques qui assurent la mise en mouvement du
squelette et qui sont sous commande volontaire
- Les muscles lisses ou viscéraux qui assurent les mouvements des viscères et dont
les contractions sont automatiques, non contrôlables par la volonté
- Le muscle cardiaque qui assure la mise en mouvement du sang dans les vaisseaux
et dont la contraction est régulée par un système autonome.
83
L’appareil musculaire :
639 muscles striés squelettiques
Leur propriété principale est la
contractilité.
• longs (jambier antérieur)
• courts (supinateur)
• plats (pectoral)
84
Relations muscles/squelette
Mouvements de flexion et d’extension dus à 2 groupes de muscles: un fléchisseur et un extenseur, dits
« antagonistes ».
Insertion des muscles sur les os par des tendons. Les 2 muscles antagonistes, au niveau de l’articulation,
sont attachés chacun par leur tendon à 2 os différents. Les tendons distaux de ces 2 muscles sont attachés
sur des pièces osseuses éloignées de l‘articulation impliquée.
Pour qu’il y ait mouvement, il faut qu’un muscle se contracte (l’agoniste) pendant que le second
(l’antagoniste) se trouve relâché.
Si les 2 muscles antagonistes sont contractés en même temps l’articulation est bloquée.
La contraction des muscles squelettiques est sous le contrôle du système nerveux central :
l’influx nerveux transmis par un nerf moteur est à l’origine de la contraction des fibres musculaires. Cette
contraction se traduit par un raccourcissement des fibres et une augmentation de leur diamètre. En se
raccourcissant, elles tirent sur les tendons fixés sur les os et provoquent leur déplacement.
La contraction musculaire est un travail qui utilise l’énergie de l’ATP. L’ATP est renouvelé par l’oxydation
des molécules de glucose. L’apport en O2 est couvert par la ventilation pulmonaire, celui du glucose par le
glucose circulant issu de la digestion. La circulation sanguine assure l’acheminement de ces 2 éléments aux
cellules.
85
Organisation du circuit sensoriel - moteur
(dendrite)
86
Le circuit réflexe : En cas d’agression brutale - la moelle épinière sert de relais
immédiat entre les neurones sensitifs et les neurones moteurs : totalement
indépendant de la volonté.
87
LA LOCOMOTION ANIMALE
Le mode de locomotion est fonction du milieu dans lequel il s’opère :
• dans l’eau,
• sur terre
• dans l’air.
La locomotion est rendue possible grâce à des organes spécifiques :
les organes locomoteurs.
88
La locomotion dans l’eau : la nage
Nager avec des pattes : nage ramée
Nage caractéristique des animaux utilisant
des pattes ou une queue transformées en
palette natatoire (mammifères marins,
crustacés ou insectes) :
• Doigts réunis par une palmure :
grenouille, canard, loutre…
• Membres antérieurs courts, aplatis,
transformés en rame : phoque, tortue…
• Pattes aux extrémités aplaties : insectes
nageurs
• Queue avec extrémité aplatie et
mouvements ramés : écrevisse, crevette….
89
La locomotion dans l’eau : la nage
Nager avec la queue :
- queue avec nageoire verticale soutenue par des rayons osseux Ŕ
Cas des poissons
Nage en godille utilisant la queue aplatie en palette natatoire.
Se pratique par des mouvements latéraux chez les poissons, essentiellement grâce à
la nageoire caudale.
Autres nageoires : rôle de stabilisateur.
90
La locomotion dans l’eau : la nage
Nager avec la queue :
- queue avec nageoire horizontale composée d’un repli cutané Ŕ
Cas des cétacés
Nage en godille utilisant la queue aplatie en palette natatoire.
Se pratique par des mouvements de haut en bas chez les cétacés (dauphins, baleine,
…), essentiellement grâce à la nageoire caudale.
Autres nageoires : rôle de stabilisateur.
91
La locomotion dans l’eau : la nage
Nager par propulsion
Quelques animaux (calmar, poulpe, seiche, larves de libellule…) peuvent
utiliser la réaction en expulsant violemment un jet d’eau.
92
Chez tous les animaux nageurs
on observe une convergence de
forme :
• absence quasi générale de cou,
• corps fusiforme (forme
hydrodynamique, la plus adaptée
pour la pénétration dans l’eau),
• absence de parties saillantes
93
La locomotion sur terre :
• La reptation
• Le saut
• La marche
• La course
94
La marche, la course
Caractérisent les animaux pourvus de
pattes articulées : vertébrés et
arthropodes (insectes, araignées et
crustacés).
Chez les vertébrés la marche et la
course peuvent se faire :
• sur 2 pattes (bipédie de l’Homme,
des kangourous, des oiseaux
coureurs…) ou
• sur 4 pattes (quadrupédie de la
plupart des vertébrés terrestres).
Le passage de la marche à la course
se traduit par :
• un allongement des membres (plus
grande amplitude des pas).
• un redressement des membres sur
l’extrémité des doigts (plantigrade,
digitigrade, onguligrade),
• une réduction du nombre des doigts
(de 5 chez les plantigrades à deux ou
un seul chez les onguligrades)
• l’apparition de griffes ou de sabots
(meilleure prise au sol).
• une musculature puissante
• un cœur très développé
95
Le saut
Lapin
Grenouille
Criquet
De nombreux animaux pratiquent le saut (insectes, divers vertébrés).
Le principe en est toujours le même :
• une puissante musculature
• des pattes dont les trois segments ont une taille équivalente (morphologie en Z).
96
La reptation
Le principe est le même :
• prendre appui sur le sol par une
surface musculeuse aplatie
(escargot, limace…),
• des écailles (serpents)
• par des griffes ou des poils
(chenilles, vers de terre…).
La reptation se fait :
• soit grâce à des
mouvements
latéraux du corps
(serpents, anguille)
• soit par une
déformation par
contraction
longitudinale du
corps (chenilles, ver
de terre,
escargot…).
Le glissement sur le
sol est souvent
facilité par des
secrétions de mucus
(« bave » des
escargots).
97
La locomotion dans l’air :
La conquête du milieu aérien a été faite par de nombreux groupes d’animaux :
• insectes,
• poissons,
• reptiles,
• oiseaux,
• mammifères.
Dans tous les cas on retrouve un principe identique :
• une grande surface fine et légère prenant appui sur l’air
• mise en œuvre par des solutions différentes
98
Une paire de
nageoires
hypertrophiées chez
les poissons ;
Une membrane de
peau fine tendue
entre les doigts de la
main chez les
chauves souris ;
99
Deux paires
d’ailes
membraneuses
chez les
insectes ;
100
Une membrane
tendue entre les
membres antérieurs
et postérieurs
(lézards volant,
écureuils volants)
Une aile constituée
par des productions
du derme, les
plumes, chez les
oiseaux
101
102
Le vol peut être :
• plané :
 lézards et écureuils volants,
 oiseaux de grande envergure,
 reptiles volants
• battu :
 poissons volants,
 insectes,
 chauves souris,
 oiseaux.
Le vol battu nécessite :
• une musculature très puissante
• un renforcement de la cage thoracique
103
On appelle convergences adaptatives toutes les structures
anatomiques d’origine différentes assurant les mêmes fonctions.
104
Reproduction
et
Classification
105
Généralités
 Chez les végétaux comme les animaux : 2 manières de se reproduire :
 par reproduction sexuée
 par reproduction asexuée (ou végétative).
 « Reproduction » terme ambigu : Reproduire sous entend « reproduire à
l’identique ».
La reproduction sexuée reproduit à l’identique si l’on arrête le niveau
d’équivalence à l’espèce : 2 individus de la même espèce donneront bien
une descendance de la même espèce…
mais d’individus génétiquement différents puisque issus de la fusion des
patrimoines génétiques des deux parents.
 C’est en ce sens que la reproduction végétative colle mieux à l’idée de
« reproduction à l’identique » puisque les individus issus de ce mode de
reproduction sont génétiquement en tous points identiques entre eux et
identiques à l’individu « source »…
On préférera le terme de procréation à celui de reproduction sexuée.
106
Reproduction, croissance et développement
chez les animaux
Reproduction asexuée (ou végétative)
La reproduction asexuée (ou végétative) ne se
rencontre que chez des animaux assez peu
différenciés : êtres unicellulaires, la grande famille
des méduses, coraux, anémones de mer, chez les vers
et chez les étoiles de mer principalement.
La reproduction asexuée se fait par bouturage ou
par fragmentation naturelle ou accidentelle d’un
individu.
Les avantages adaptatifs de la reproduction asexuée
sont :
- sa rapidité,
- l’absence de conjonction de période de reproduction
entre 2 populations d’individus (mâles et femelles).
Individus issus de la reproduction asexuée : clones de
l’individu originel (excepté les mutations possibles et
les réarrangements chromosomiques) avec une
variabilité génétique très faible entre les générations=
peuplement rapide d’un milieu en conditions stables.107
Procréation
La procréation permet un brassage génétique qui augmente la variabilité génétique au sein
d’une espèce.
Plus grande est la variabilité, plus l’espèce a de chance d’avoir des survivants si un
bouleversement écologique survient.
La procréation a des contraintes qui vont nécessiter, pour les dépasser, de développer des
stratégies.
Ces contraintes sont les suivantes :
• avoir les 2 partenaires sexuels présents en un même lieu géographique
• coordonner les périodes de fécondité entre mâles et femelles
• identifier et rapprocher les partenaires sexuels
• créer les conditions d’un accouplement pour les animaux terrestres
• parer à la vulnérabilité des produits de la reproduction sexuée
108
Comment régler la contrainte des 2 partenaires sexuels présents en un même lieu
géographique ?
Stratégie 1 : par l’évitement- Cas de l’hermaphrodisme et de la parthénogénèse
Rassembler, sur un même individu, les deux organes sexuels : c’est l’hermaphrodisme. Cette stratégie
ne fonctionne de manière optimale qu’à la seule condition que l’autofécondation soit possible.
Autofécondation possible : cas de nombreux vers
marins qui vivent fixés. C’est aussi le cas du ver
solitaire (ténia) pour lequel c’est, d’où son nom,
le seul moyen de se reproduire.
Autofécondation impossible : cas des escargots,
des limaces … qui sont des animaux
hermaphrodites mais dans l’impossibilité de
mettre en contact les deux orifices génitaux, d’où
le recours obligatoire à une fécondation croisée
avec accouplement.
L’intérêt réside alors dans le fait qu’un seul
accouplement permet d’obtenir 2 géniteurs.
109
Comment régler la contrainte des 2 partenaires sexuels présents en un même lieu
géographique (suite) ?
Stratégie 1 : par l’évitement- Cas de l’hermaphrodisme et de la parthénogénèse
Lorsque les sexes sont séparés, l’absence de mâles peut être compensée par un
développement spontané d’embryons à partir d’ovules non fécondés : la parthénogenèse.
Cette parthénogenèse peut être… obligatoire
(phasmes dont les populations européennes ne
sont composées que de femelles)
… stratégique chez les pucerons qui utilisent
cette manière de se reproduire à un certain
moment du cycle de la population pour produire
rapidement un très grand nombre d’individus.
La parthénogenèse existe également chez les
insectes coloniaux (abeilles, fourmi, termites) ; les
ovules fécondés donnent uniquement des femelles
(ouvrières) alors que les mâles sont issus d’une
parthénogenèse.
110
Comment régler la contrainte des 2 partenaires sexuels présents en un même lieu
géographique (fin) ?
Stratégie 2 :
Dans tous les autres cas :
Les populations d’individus d’une même espèce doivent composer une représentation suffisante des deux
sexes pour que la rencontre :
 des individus
 ou de leurs gamètes dans le cas d’espèces fixées comme les moules ou les huitres
soit possible.
111
Comment régler la contrainte de la coordination des périodes de fécondité ?
2 stratégies :
 avoir des individus toujours aptes à se reproduire : cas chez l’Homme
 avoir une coordination externe des cycles sexuels par les phases saisonnières : variations de
température et, surtout, quantité de lumière.
 L’augmentation de la durée du jour, sous nos latitudes provoque l’entrée en
fonctionnement des glandes sexuelles chez la plupart des animaux à cycle de reproduction
court (oiseaux, petits mammifères, escargots …).
 Chez les animaux à gestation longue qui se fait durant l’hiver (cerfs, sanglier, ours…),
c’est la diminution de la durée du jour qui déclenche l’entrée en œstrus (brame du cerf à
l’automne).
2 choix possibles sur le choix de la période de fécondité :
 le printemps : tous les animaux à cycle de développement court- les jeunes très vite nés,
bénéficient de la nourriture présente au printemps
 l’automne : les animaux à cycles de développement long (gros mammifères comme les cerfs,
les sangliers …), les jeunes naissant au printemps… mais aussi de nombreux insectes pour
qui les œufs sont les seules formes de survie possibles. Chez ces derniers, dans de nombreux
cas, on a des œufs de printemps à développement rapide et des œufs d’automne qui vont
entrer en dormance jusqu’au printemps suivant.
112
Comment régler la contrainte de l’identification et du rapprochement des partenaires ?
Par des signaux sensoriels générés généralement par le mâle qui prend l’initiative de la recherche et du
rapprochement.
se faire
voir
- par la taille (mâle plus gros que la femelle)
- par la taille de certains appendices : bois des cervidés, les cornes des bovidés
- par la couleur, chez la plupart des oiseaux mais aussi chez les poissons, des batraciens,
certains reptiles, les insectes….
- par le comportement : parade nuptiale des oiseaux, des mammifères, des poissons ….
-en faisant de la lumière : vers luisants, poissons des grandes profondeurs, méduses…
se faire
entendre
- par la voix : chants des oiseaux, brame du cerf, vocalisation des singes, infra son des
éléphants …
- en faisant du bruit : tambourinage des pics, sol frappé avec les pattes arrières chez le lapin
-avec des organes spécialisés : stridulation des insectes (grillon, cigale …)
se faire
sentir
-par la fabrication d’odeurs (souvent des phéromones qui peuvent jouer un rôle important
dans l’excitation sexuelle, donc la réceptivité, du partenaire) très répandue dans les milieux
où la visibilité est mauvaise (animaux nocturnes, forestiers…)
- par le toucher (c’est le cas chez de nombreux insectes cavernicoles)
se faire
percevoir - par des émissions de champs électriques : poissons « électriques » des lacs et rivières
africains, raies …
113
Comment régler la contrainte de créer les conditions d’un accouplement pour les animaux
terrestres ?
Sauf quelques cas exceptionnels (requins, raies, quelques poissons osseux) seuls les animaux
terrestres (y compris ceux qui sont secondairement retournés à la vie aquatique comme les
cétacés) s’accouplent.
L’accouplement revient à recréer, pour les spermatozoïdes, un milieu aquatique favorable à leur
déplacement dans la cavité génitale de la femelle.
On parle alors de fécondation interne par opposition à la fécondation externe qui a lieu
lorsque les gamètes sont rejetés librement dans l’eau (cas de tous les animaux aquatiques).
Pour que l’accouplement soit possible, des organes spécialisés sont nécessaires :
-
organe d’intromission (pénis des mammifères),
-
organe perforateur (vrille des punaises mâles),
-
orifices « ventouse » (cloaque des oiseaux).
114
Comment régler la contrainte de la vulnérabilité des produits de la reproduction sexuée ?
De quelque nature qu’ils soient (œuf, larve, jeune) les produits de la reproduction sexuée sont
vulnérables, proies faciles pour les prédateurs en tout genre.
3 stratégies possibles vont se dégager :
 produire énormément (parfois plusieurs millions d’œufs chez l’huître, la morue …) et …
laisser faire en espérant que du nombre émergeront quelques survivants
 produire beaucoup (entre quelques dizaines et quelques centaines) en essayant :
 de protéger la ponte grâce à un mimétisme des œufs, un enfouissement, une cache…,
 de procurer aux larves les meilleures conditions de survie possible :
o par une ponte directement sur la future « nourriture » des larves,
o en protégeant les œufs puis les larves ou les jeunes (épinoche, certaines perches
africaines qui conservent la ponte, puis les jeunes dans la bouche, alligator…)
 produire très peu (de l’unité à quelques unités), puis :
 contrôler le développement embryonnaire puis,
 assurer la protection et l’alimentation des jeunes jusqu’à ce qu’ils soient autonomes
(mammifères, oiseaux principalement).
115
Modalités du développement embryonnaire
 Le développement ovipare
 Intéresse la très grande majorité des animaux puisque seuls les mammifères « vrais » ont un
développement vivipare.
 Axiome fondamental : l’œuf doit contenir la totalité des matériaux nécessaires au développement de
l’embryon.
 Développement à l’intérieur de l’œuf = développement embryonnaire ovipare. Seuls les oiseaux
pratiquent la couvaison. Tous les autres animaux laissent les œufs incuber seuls, la durée de
l’incubation variant alors avec la température extérieure.
Exemple du développement embryonnaire ovipare chez la poule
-Le « jaune » est un ovule qui se charge en réserves pour
atteindre sa taille optimale (environ 10 jours) avant de passer
dans les trompes de l’oviducte (il n’y a qu’un seul ovaire et
qu’un seul oviducte chez les oiseaux, le tout étant situé à
gauche).
Dans l’oviducte :
-L’ovule rencontre les spermatozoïdes, la fécondation
s’effectue au niveau du cytoplasme (petite tâche claire visible
sur le jaune). L’œuf (car c’est bien d’un œuf au sens
biologique qu’il s’agit maintenant) s’entoure ensuite du blanc
(ovalbumine) qui est secrété par les parois de l’oviducte.
-Des contractions musculaires de l’oviducte font tourner le
jaune sur lui-même, s’enroulant ainsi progressivement dans le
blanc tout en descendant le long des 60 cm de l’oviducte.
-Arrivé dans le dernier 1/3, l’oviducte secrète d’abord les deux
parois membraneuses puis la coquille calcaire.
La formation de « l’œuf » (au sens commun du terme) dure
116
environ 20heures.
 Le développement ovipare (suite)
-Une poule pond entre 10 et
12 œufs avant de commencer
la couvaison.
-La naissance étant toujours
une période critique :
synchronisation au mieux de
tous les poussins pour que
celle-ci dure le moins
longtemps possible. Les
premiers œufs pondus sont
donc délaissés le temps que le
compte y soit.
-L’incubation démarre après la
ponte du dernier œuf :
l’ensemble des éclosions se
fera dans un laps de temps de
2 à 3 heures.
117
 Le développement ovipare (fin)
1 : coquille calcaire
2 : chambre (poche) à air
3 : membrane amniotique
4 : cavité (ou liquide) amniotique
5 : vaisseaux embryonnaires
6 : jaune (ou vitellus)
7 : blanc (ou ovalbumine)
- La poule va passer l’essentiel des
21 jours de l’incubation couchée sur
ses œufs, les retournant
régulièrement pour que le
développement embryonnaire se
déroule normalement.
- Au terme de l’incubation, la poule
émet des gloussements auxquels les
poussins vont répondre. Ces
réponses, perçues également par les
poussins, vont permettre à ces
derniers de synchroniser leur
éclosion.
Une fois éclos les poussins tiennent
rapidement sur leurs pattes et
quittent le nid pour suivre leur mère
et commencer à se nourrir seuls. On
parle d’oiseaux nidifuges (canard,
faisan, autruche…).
Les nidicoles sont les oiseaux dont
les oisillons restent au nid et sont
nourris par les parents le temps
nécessaires à ce qu’ils puissent
prendre leur envol (tous les rapaces,
118
passereaux …).
 Le développement vivipare
 Développement caractéristique et spécifique des mammifères.
 L’embryon se fixe dans la paroi de l’utérus et développe, avec la mère, des relations
trophiques. Le développement embryonnaire, de la fécondation à la naissance s’appelle la
gestation.
 La durée de la gestation est très variable d’une espèce à l’autre :
 Le développement ovovivipare
 Dans quelques cas très rares les œufs ne sont pas pondus ; le développement
embryonnaire se fait donc dans les œufs, protégés dans l’oviducte maternel.
Il n’y a jamais de relations trophiques entre les embryons et la mère.
L’ovoviviparité = stratégie de protection des œufs et de leur développement (rien de très
différent des poissons qui incubent leurs œufs dans leur bouche).
 Ex : la vipère, la plupart des requins et des raies.
119
Croissance et développement post-embryonnaire
 La croissance
Elle exprime l’augmentation de taille et de masse corporelle de l’individu. Elle se manifeste
chez les animaux selon 2 modalités.
 La croissance discontinue
Elle caractérise les arthropodes- animaux ayant un squelette externe : insectes, arachnides, crustacés.
Emprisonnés dans un squelette rigide, les arthropodes sont contraints de le faire éclater à chaque étape
de la croissance (contrôlée par des hormones); la phase de changement de squelette porte le nom de
mue. L’ancien squelette vide rejeté est l’exuvie (ou « mue »).
La crevette camaron présente 7 stades de croissance, le
phasme en présente 5.
Chacun de ces stades correspond à une étape vers l’état
d’adulte apte à se reproduire qui est atteint au dernier
stade, appelé encore imago.
A chaque stade, l’augmentation de taille ne peut se
produire que pendant une courte période située au
moment de la mue, entre le moment où l’animal se
débarrasse de son ancienne carapace et avant que la
nouvelle cuticule ne se rigidifie. Pendant ce laps de
temps, l’animal « mou » ingère de l’air (phasme) ou de
l’eau (crevette) qui distend ses tissus et provoque son
augmentation de taille. Durant l’inter-mue, par
l’expansion de ses tissus, l’individu occupera le nouvel
120
espace « interne » qui lui est offert.
 La croissance (suite)
 La croissance continue
Elle caractérise toutes les autres formes animales, mollusques, vers, vertébrés … Non contrainte
par un squelette externe qui emprisonne le corps, la croissance peut se faire de manière
régulière jusqu’à la taille adulte.
Chez de nombreuses formes animales (en fait quasiment chez toutes, exceptés les oiseaux et les
mammifères) la croissance ne s’arrête jamais, même si elle se ralentit à mesure que l’animal
vieillit.
 Le développement post-embryonnaire
 Le développement peut être direct ou indirect.
 Si les jeunes sont des individus qui possèdent, à la naissance, tous les organes
caractéristiques de l’adulte même si ces derniers ne sont pas fonctionnels (organes
sexuels par exemple qui peuvent ne devenir fonctionnels que plusieurs années plus tard).
Leur développement sera alors direct.
 Si les jeunes sont des individus qui, à la naissance, ne possèdent pas encore tous les
organes caractérisant l’adulte. Le jeune est une larve.
L’acquisition de tous les organes se fera progressivement. Leur développement est
indirect, le passage du stade larvaire au stade adulte se fait par une métamorphose.
La métamorphose peut donc se définir comme le moment d’acquisition, par la larve, de
l’ensemble des organes qui caractérisent l’adulte.
121
 Le développement post-embryonnaire
 Le développement indirect.
C’est la forme la plus répandue de développement. L’éclosion donne naissance à une larve qui
va se transformer en adulte suite à une métamorphose.
Cette métamorphose peut être
progressive.
Plusieurs étapes, ou stades larvaires,
sont nécessaires pour arriver à l’adulte
complet.
C’est le cas des batraciens et …
… des insectes comme les criquets, ….
122
 Le développement post-embryonnaire (suite)
 Le développement indirect (fin).
Larve = Chenille
Nymphe =
Chrysalide
Adulte = Imago
La métamorphose peut être brutale,
intervenir à un moment donné du
développement larvaire en induisant
une transformation radicale de
l’individu, tant par la forme que par le
milieu de vie ou le régime alimentaire.
On parle alors de métamorphose
totale.
Exemple le plus connu : celui des
papillons dont les larves (les chenilles)
qui se nourrissent le plus souvent de
feuilles, se transforment en insecte
ailés se nourrissant de nectar.
On pourrait aussi citer le moustique, la
libellule, dont les larves sont
aquatiques et les adultes aériens, …
les coléoptères (scarabées) dont les
larves, souvent appelées « vers
blancs » vivent sous terre, dans le bois
mort…
123
 Le développement post-embryonnaire (fin)
 Le développement direct.
A la naissance le nouveau né possède déjà tous les organes caractéristiques de l’adulte.
Ce développement caractérise, pour les exemples les plus connus :
-
les reptiles,
-
les oiseaux
-
les mammifères,
-
mais aussi… les escargots.
La métamorphose (ou son équivalent) se déroule dans l’œuf ou dans l’utérus maternel, et
correspond, chez l’Homme par exemple, au passage du stade embryonnaire au stade fœtal.
124
En résumé…
125
Reproduction chez les végétaux
Reproduction asexuée (ou végétative)
Caractéristiques
Fragmentation d’un individu en toutes parties de la plante :
racine, tige, feuille, bourgeon.
Chaque fragment donne naissance à un nouvel individu.
Fonctions :
 permettre à une plante de passer la mauvaise saison sous une forme
ralentie
 permettre à une plante de coloniser le milieu proche.
126
Reproduction asexuée (ou végétative)

Permettre à une plante de passer la mauvaise saison sous une forme ralentie
Cela nécessite :
 de se protéger des températures trop basses
 d’avoir des réserves pour pouvoir survivre [de type glucidique, le plus souvent, comme l’amidon
(pomme de terre), le saccharose (betterave sucrière)] et, surtout, redémarrer un cycle vital au retour
du printemps
Stratégie : enfouir l’organe de réserve (amplitudes de température très atténuées sous terre). Cet organe de
réserve sera :
Un bulbe Ŕ
Plante entière à tige réduite, dont les feuilles
gorgées de réserves serviront au
développement du ou des bourgeons.
Cas des bulbes qui se forment à la base de la
plante, sous terre à la fin de l’été, avant la
disparition de la plante mère ; ex : oignons,
tulipe, jacinthe….
Dans ce cas il y a rarement multiplication
(mais elle est possible) ; l’individu change
de forme de vie.
127
Reproduction asexuée (ou végétative)

Permettre à une plante de passer la mauvaise saison sous une forme ralentie (suite)
Cet organe de réserve sera :
Un tubercule.
Organe de réserve, généralement souterrain, qui assure la survie des plantes pendant la saison d'hiver et
souvent leur multiplication par voie végétative. Ces organes sont renflés par l'accumulation de
substances de réserve : sont tubérisés. Les organes transformés en tubercules peuvent être :
la racine : carotte, patate douce,…
l'ensemble racine + base de la tige : betterave,
radis...
le rhizome (tige souterraine) : pomme de terre,
crosne du Japon, iris, …
128
Reproduction asexuée (ou végétative)

Permettre à une plante de coloniser le milieu proche
Colonisation par une stratégie d’envahissement progressif de l’environnement à partir de la plante mère :
 de ses parties aériennes
 de ses parties souterraines
A partir des parties aériennes :
le bouturage : un fragment du végétal (rameau,
feuille) se détache et donne un nouvel individu.
Le marcottage peut être naturel, c’est le cas des
stolons qui sont des tiges aériennes horizontales
qui génèrent de nouveaux individus à partir de
leurs bourgeons terminaux ; ex : le fraisier, le
chlorophytum.
129
Reproduction asexuée (ou végétative)

Permettre à une plante de coloniser le milieu proche (suite)
A partir à partir des tiges souterraines :
les rhizomes : pomme de terre, iris,
bambous, chiendent, fougères…
130
Reproduction asexuée (ou végétative)

Permettre à une plante de coloniser le milieu proche (fin)
A partir de techniques développées par l’Homme :
le bouturage : consiste à prélever un fragment de
partie aérienne (rameau, feuille) et à forcer
l’apparition de racines
-par simple repiquage dans les cas les plus
favorables (géraniums, lierre, passiflore …),
- en favorisant ce développement par ajout
d’hormones de croissance à la base du fragment
(« poudre d’enracinement »
La greffe : utilise la capacité des végétaux à
accepter un fragment issu d’un autre individu de
la même famille.
Insertion :
-sur un porte greffe aux produits peu intéressant
sur le plan agricole mais par ailleurs robuste car
résistant aux maladies et peu sensible aux
intempéries
- par des incisions, de fragments de rameaux d’un
plant intéressant pour ses fleurs, ses fruits (cas
des pieds de vignes, arbres fruitiers, rosier … sont
des végétaux greffés).
131
Reproduction asexuée (ou végétative)

Permettre à une plante de coloniser le milieu proche (fin)
A partir de techniques développées par l’Homme :
La culture in vitro : consiste à prélever des
fragments de tissus à forte croissance cellulaire
(méristème) et à les mettre en culture.
La masse cellulaire obtenue au bout de quelque
temps est elle-même divisée afin de permettre
d’obtenir plusieurs 10aine, voire plusieurs 100aine
d’individus, à partir du fragment initialement
prélevé.
Cette technique nécessite des manipulations en
milieu stérile pour éviter la contamination des
milieux de culture par des champignons.
Conclusion :
La multiplication végétative, quel que soit le moyen utilisé pour l’obtenir (naturel ou artificiel)
conduit à l’obtention de clones de l’individu originel puisque le patrimoine génétique
reste toujours identique à celui de départ.
Toutes ces techniques permettent de multiplier à très grande échelle des végétaux dont les
caractéristiques agricoles sont particulièrement intéressantes (théier, caféier sélectionnés
pour leur qualité gustative par exemple, plantes ornementales pour la qualité de leurs
fleurs…).
132
Reproduction sexuée
La reproduction sexuée chez les végétaux met en jeu (comme chez les animaux), des organes reproducteurs
mâles et femelles, des gamètes, une fécondation et la formation d’un embryon.
Chez les plantes à fleurs, les fleurs représentent les organes sexuels. Ces organes mâles et femelles peuvent
être portés par :
Fleurs mâles
Fleurs
femelles
- des pieds distincts - plantes dioïques : kiwis,
palmiers dattiers
- un même pied mais les organes sont séparésplantes monoïques. Les fleurs mâles se situent
généralement au niveau des extrémités comme
chez le maïs, les arbres à « chatons » (bouleau,
noisetier, charme …).
-un même pied avec les deux types d’organes
rassemblés dans une même structure : une fleur
hermaphrodite.
133

Structure de la fleur hermaphrodite
La fleur est rattachée à la tige par un pédoncule. Elle se compose de 4 structures emboîtées sur un support,
le réceptacle, avec, de l’extérieur vers l’intérieur :
Les sépales : 1ère enveloppe de protection généralement verte (le calice) autour du bouton floral.
Les pétales forment la corolle, généralement colorée. Attracteurs d’insectes à double titre : par leur
couleur et par les glandes nectarifères qu’ils possèdent très souvent à leur base. Le nectar secrété est un
sirop dont les insectes vont se nourrir en visitant la fleur.
Les étamines : organes mâles dont la partie supérieure (l’anthère) fabrique les grains de pollen : gamètes
mâles (1ère approximation). Cette anthère se situe à l’extrémité d’une structure plus ou moins longue, le filet.
Le pistil : organe femelle de la plante. Il se compose :
du stigmate (collecte des grains de pollen), du style, structure plus ou moins longue (de 15cm chez le
maïs à quelques millimètres le plus souvent) qui relie le stigmate à l’ovaire, de l’ovaire, structure creuse
134
contenant les ovules (un ou plusieurs) qui sont les gamètes femelles (1ère approximation).

Fécondation
-
la pollinisation
1ère étape du processus de fécondation : la pollinisation. Les anthères mûres, libèrent leurs grains de pollen.
Le pollen peut être emporté par le vent lorsque les
grains sont légers (pin, maïs, tous les arbres à
chatons, graminées en général) : pollinisation
anémophile.
Souvent le pollen est lourd et collant, totalement
impossible à transporter par le vent ; il est alors
transporté par des animaux, des insectes dans la
majorité des cas ; on parle alors de pollinisation
entomophile.
Attraction des insectes par des corolles colorées,
des parfums souvent proches des hormones
sexuelles des insectes et du nectar sucré.
Présence des insectes absolument indispensable,
sans eux, pas de pollinisation.
135

Fécondation (suite)
-
la germination du grain de pollen
Arrivé sur le stigmate du pistil,…
le grain de pollen fabrique un tube
pollinique…
qui parcourt le style…
jusqu’à la rencontre avec un ovule.
Un grain de pollen ne peut féconder qu’un seul
ovule.
136

Fécondation (fin)
-
la … double fécondation
A l’intérieur de ce tube, 2 anthérozoïdes (gamètes
mâles) se différencient.
Au niveau de l’ovule, 1 anthérozoïde fusionne avec le
gamète femelle : oosphère : fécondation principale
qui conduit à la cellule-œuf à partir de laquelle
l’embryon se développe.
Le deuxième anthérozoïde fusionne avec un ensemble
de cellules. Il y a formation d’un œuf secondaire à
l’origine d’un tissu de réserves.
L’ensemble embryon + réserves + tégument
limitrophe (paroi de l’ex-ovule) = la graine.
Après cette double fécondation, la paroi de l’ovaire
se développe en un fruit.
137

Fructification
Sous l’action d’hormones libérées lors de la formation des graines : transformation des ovaires
-
dont les parois (épi-, méso-, endocarpe) s’épaississent, durcissent : fruits secs
-
dont les parois (mésocarpe essentiellement) se gorgent de réserves glucidiques et d’eau : fruits charnus.
Exemples de fruits simples issus d’une fleur renfermant un seul ovaire libre.
Fruits secs
les fruits secs qui ne s’ouvrent pas spontanément
(indéhiscents) : akènes
Ex. : la noisette, le gland, la « graine » de
tournesol, « l’hélicoptère » de l’érable ou du
charme, le « plumeau » du pissenlit, la « boule »
de la bardane…
les fruits secs qui s’ouvrent lorsqu’ils se
dessèchent (déhiscents) ;
l’exemple le plus connu est celui de la gousse
(haricot, petit pois, fève, arachide, genêt …)
qui s’ouvre par deux fentes. La silique (colza,
monnaie du pape) ressemble à une gousse qui
s’ouvre par quatre fentes.
138

Fructification (suite)
Fruits charnus
les fruits charnus à noyau ou drupes (couche la
plus interne, l’endocarpe se soude au tégument de
la graine) : olive, pêche, abricot, cerise, prune …
les fruits charnus à pépins ou baies : raisin,
courgette, tomate, potiron, agrumes…
139

Dissémination des semences
On appelle semence l’organe de dissémination. Soit le fruit complet (fruits charnus, akènes …) soit la
graine (haricot, …).
Les semences permettent aux végétaux de coloniser des milieux parfois très éloignés du milieu initial.
-
dissémination anémophile (par le vent)
Concerne quasi exclusivement les akènes légers pourvus d’appendices (souvent le style transformé) qui
vont faciliter la prise au vent.
-
dissémination zoophile
Certains fruits secs développent des crochets qui vont permettre aux fruits de s’accrocher dans la fourrure
des mammifères (bardane, carotte…).
La plupart, très lourds, sont destinés à être consommés par les oiseaux ou les mammifères. En consommant
ces fruits (généralement très colorés et très sucrés) les animaux ingèrent les graines qui traverseront leur
tube digestif avant d’être rejetés avec les fèces. Certaines graines nécessitent même ce passage dans un
tube digestif pour pouvoir germer.
-
dissémination aquaphile
Concerne essentiellement les plantes aquatiques et celles qui vivent en bordure de l’eau.
Ex. le plus remarquable, le cocotier, arbre de littoral marin et dont les fruits ont colonisé toutes les îles et les
côtes du Pacifique.
140

Germination
Régions tempérées : hiver très peu propice au développement des végétaux.
Deux stratégies de germination :
-
germer avant l’hiver pour développer un nouveau plant suffisamment résistant pour survivre à
l’hiver (ex : l’érable) ;
-
passer l’hiver sous forme de graine et ne germer qu’au printemps. Dans ce dernier cas la graine entre en
dormance avant l’hiver et va devoir subir une levée de dormance pour pouvoir germer.
Dormance - état végétatif dans lequel la graine entre après sa dissémination :
-
entrée en dormance associée à une déshydratation qui protège la graine contre le gel et ramène les
réactions métaboliques au strict minimum nécessaire à la survie = état de vie ralentie (permet à la graine
de survivre parfois plusieurs années dans l’attente des conditions favorables à son développement).
-
beaucoup de graines nécessitent de subir un stress (froid intense et/ou déshydratation) pour pouvoir
germer : levée de dormance. Ce stress = signal que la mauvaise période est passée et que la germination
va pouvoir se dérouler dans de bonnes conditions.
Dans tous les cas la germination nécessite que soient réunies des conditions favorables :
-
une température optimale (ni trop basse ni trop élevée)
-
une bonne hygrométrie
-
une oxygénation suffisante (la graine en germination est une consommatrice d’oxygène)
-
un substrat adéquat pour la bonne croissance de la nouvelle plante.
N.B.- Lumière pas un facteur de germination hormis quelques exceptions (semences de laitues)
141

Germination (suite)
La germination est marquée par :
1. une réhydratation de la graine
2. un démarrage de la respiration et des réactions
chimiques du métabolisme qui entraînent le
début de la croissance de la racine grâce à
l’augmentation de la température
Racine : 1er organe à entrer en fonction pour
-fixer la plante au sol
-puiser dans le sol l’eau et les sels minéraux
nécessaires.
3. un développement de la tige et 2 premières
feuilles vertes qui confèrent à la plante son
autonomie
Ces croissances de la racine, de la tige et des
feuilles se font aux dépens des réserves contenues
dans la graine.
On distingue :
-la germination hypogée où la tigelle (segment situé
entre la racine et le point d’insertion des cotylédons
sur la plantule) ne se développe pas. La graine reste
au sol (pois, blé, …)
-la germination épigée où la tigelle se développe
entraînant les cotylédons au-dessus du sol (haricot,
142
…).

Croissance
Croissance en longueur des plantes vivaces
Chaque année au printemps, grâce à la sève qui circule
dans les vaisseaux de la plante, les bourgeons
« éclosent », leurs écailles protectrices s’écartent et
l’extrémité du bourgeon se développe.
Les écailles laissent des cicatrices au niveau de l’écorce
ce qui permet de dater les pousses.
Dès que les bourgeons sont formés (à l’été précédent), ils
sont en état de dormance. Le froid en hiver permet de
lever cet état, ils éclosent au printemps suivant.
Un bourgeon renferme :
- un méristème (zone de divisions cellulaires)
- l’ensemble des feuilles, insérées sur un axe court selon
un mode caractéristique de l’espèce, devant être mises en
place au cours de la saison favorable.
Les bourgeons à bois terminaux situés à l’extrémité de
chaque rameau en assurent l’élongation. Ils contribuent à
la croissance en longueur de la partie aérienne.
Les bourgeons à bois latéraux situés à l’aisselle des
feuilles sont à l’origine de rameaux secondaires feuillés.
Ils contribuent à la ramification du végétal donc à la
densification de son feuillage.
143

Croissance
Croissance en épaisseur des plantes vivaces
Chaque année, les arbres augmentent le diamètre de
leur tronc, de leurs branches, … en formant une
couche de bois à l’extérieur des couches précédentes
grâce au fonctionnement du cambium (double assise
circulaire dont les cellules se divisent radialement).
Cette formation a lieu Ŕ sous nos climats- au moment
de la période d’activité de l’arbre. Le résultat de cette
croissance est un cerne ou anneau.
Au printemps, les vaisseaux conducteurs de sève
brute formés dans le cerne ont un gros diamètre et
donnent un bois clair ; en été les vaisseaux ont un
diamètre plus petit et donnent un bois sombre.
On repère distinctement la croissance d’un arbre sur
une année au niveau d’un cerne grâce à l’alternance
bois clair Ŕ bois sombre.
En comptant le nombre de cernes, on peut ainsi
connaître l’âge d’un arbre.
144

Exemples de cycle de développement :
Une plante vivace est une
plante dont le développement,
de la graine au stade adulte,
peut s’étendre sur plusieurs
années. Une fois le stade
adulte atteint, la plante se
reproduit selon un rythme,
majoritairement, d’une
floraison/fructification par an.
Ex. : ensemble des espèces
arborescentes.
Chez les plantes vivaces
(chêne) :
- la forme de résistance à la
mauvaise saison correspond :
 au tronc,
 aux branches
dépourvues de leurs
feuilles
 aux racines.
- la graine est une forme de
dissémination.
145

Exemples de cycle de développement :
Une plante annuelle est une
plante qui se développe en un
temps très court de la graine
au stade adulte (quelques
semaines à quelques mois).
Elle acquiert la capacité de se
reproduire. La floraison suivie
de la fructification n’a lieu
qu’une seule fois, le végétal
dépérit ensuite et meurt dans
l’année. Exemple : haricot,
pois, …
Chez les plantes annuelles
(haricot) qui disparaissent en
hiver, la graine est à la fois :
- un organe de dissémination
- un organe de survie.
146
En résumé…
Procréation
Nouvel individu différent de ses parents
Reproduction végétative
Nouvel individu identique
à son parent
147
Bilan croissance/développement… animaux/végétaux
Croissance
La croissance correspond à
l’augmentation de taille et de masse
corporelle.
Chez les animaux, la croissance
s’effectue essentiellement de la
naissance ou de l’éclosion de
l’individu jusqu’à l’âge adulte Ŕ
maturité sexuelle- où elle s’arrête.
Chez les végétaux, la croissance se
poursuit tout au long de la vie,
pouvant être discontinue en lien avec
les saisons.
Développement
Le développement correspond à la succession des
transformations qui touchent l’individu à partir de
sa conception au moment de la fécondation.
Chez les animaux, on distingue :
-le développement embryonnaire de la fécondation
à la naissance ou à l’éclosion
- le développement post-embryonnaire de la
naissance ou de l’éclosion à l’âge adulte, il consiste
alors en la maturation des différents organes
présents sous une forme simplifiée chez l’embryon ;
la phase adulte est le temps de la maturité sexuelle ;
la phase sénile voit la diminution d’un grand
nombre de fonctions conduisant à la vieillesse et à
la mort.
Chez les végétaux Ŕplantes à fleurs- la phase
embryonnaire est réduite tandis que le
développement post-embryonnaire est marqué par
la différenciation de nombreux organes,
l’adaptabilité et la flexibilité des organismes aux
148
conditions environnementales.
Bilan cycles de développement… animaux/végétaux
La notion de cycle de développement n’est valable que pour une population de même espèce
pour montrer la succession des générations à partir des gamètes parentaux.
Une fois la phase adulte atteinte, la reproduction peut avoir lieu :
- une seule fois pour les espèces à durée de vie brève (bombyx, coccinelle, …) et les plantes
annuelles (pois, …)
- tous les 2 ans pour les plantes bisannuelles (oignon)
- chaque année pour les plantes vivaces (cerisier, …) et chez certains animaux (période de rut au
printemps pour de nombreux vertébrés afin de permettre aux jeunes de grandir avant le retour
du froid hivernal : survie de l’espèce)
- plusieurs fois au cours d’une année
La fréquence de la reproduction n’apparaît parfois limitée que par la période de fécondité de la
femelle et la durée du développement embryonnaire. D’autres paramètres peuvent intervenir
pour réguler l’équilibre des populations : la disponibilité de la nourriture par exemple. Chez
certaines espèces, la reproduction sexuée se poursuit jusqu’à la mort de l’individu, chez
d’autres, elle est interrompue par l’arrêt de la gamétogenèse.
Pour survivre aux conditions défavorables de l’hiver, plantes et animaux présentent des
stratégies différentes :
- vie ralentie chez les végétaux : chute des feuilles, ralentissement de la circulation de la sève,
survie à l’état d’organes souterrains ou de graines
- migration, changement de régime alimentaire chez les animaux mais aussi hibernation
149
Classification des êtres vivants
Le monde vivant se caractérise par :
- sa diversité
- une biodiversité variable selon les groupes
-les insectes
-les plantes,
(les plus explorés)
regroupent le plus
grand nombre
d’espèces
150
Classification des êtres vivants
De tout temps, s’est manifesté le besoin de :
- déterminer
- de classer
Déterminer :
- action qui vise à l’identification des êtres vivants…
- grâce à des outils : des « clés de détermination » permettant d’effectuer un tri,
c’est-à-dire une discrimination entre les individus en fonction de ce qu’ils
possèdent ou ne possèdent pas.
Ensemble des individus qui présentent des caractéristiques :
- morphologiques,
- anatomiques,
- biochimiques,
- physiologiques communes et…
- dont les individus ont ensemble, dans les conditions naturelles, une
descendance commune fertile appartiennent à la même espèce.
151
Classer :
action qui vise à ordonner de manière raisonnée les êtres vivants dans un
système en utilisant des critères de séparation de plus en plus précis.
On distingue :
- la classification phénétique fondée sur le degré de ressemblance
global des différentes espèces indépendamment de leurs relations de parenté
- la classification phylogénétique qui repose sur le fait que l’on
regroupe les êtres vivants en fonction des attributs ou innovations évolutives
qu’ils partagent (et non des critères privatifs : absence de vertèbres, absence de
fleurs) ce qui témoigne de leur apparentement.
Les groupes sont donc emboîtés les uns dans les autres et un groupe emboîté
dans un autre possède les innovations des groupes qui le contiennent.
Cette méthode de classification précise les liens de parenté entre 2 espèces et
la date à laquelle elles se sont séparées à partir d’un ancêtre commun.
Ces informations sont issues de la comparaison des séquences d’acides aminés
de certaines protéines communes, de séquences de nucléotides de certains
gènes…
152
Comment bâtir une classification qui reflète
les liens de parenté ?
 en utilisant les caractères partagés qui traduisent une
parenté
 En choisissant des caractères pertinents
-------------------------------------------------------------------------Ex.1 En quoi les animaux suivant se ressemblent- ils ?
Rouge gorge, chauve souris, poisson volant, papillons
153
154
Ex.2 En quoi les animaux suivant se ressemblent- ils ?
chat, chauve-souris, pigeon
pigeon
thon
chat
chauve-souris
155
 Dans l’exemple 1- les ailes de ces différents animaux
présentent une ressemblance de forme pour assurer un
mode de déplacement identique : le vol.
En s’en tenant à l’aspect morphologique, ces types d’ailes
traduisent un caractère d’analogie, une convergence de
forme pour assurer une même fonction, sans rapport de
parenté.
 Dans l’exemple 2- les membres antérieurs de ces animaux
présentent un plan d’organisation identique. L’architecture
du squelette du membre antérieur traduit ici une parenté.
Nous sommes en présence d’un cas d’homologie.
156
Chauve-souris
Chat
Pigeon
Thon
Ancêtre mammifère
Ancêtre avec membre osseux
Ancêtre vertébré
157
La classification actuelle des vertébrés
Tous issus d’un
même ancêtre
158
Le groupe des poissons n’a aucun sens sauf …
…si on y inclut l’intégralité des vertébrés, l’ancêtre de tous les
159
poissons étant aussi l’ancêtre de tous les vertébrés
Si on conserve le groupe des reptiles…
…il faut lui inclure celui des oiseaux !
160
161
162
163
Nutrition végétale
Ecologie
Développement durable
164
NUTRITION VEGETALE
La nutrition végétale comprend deux grandes étapes :
 l’absorption d’eau, de sels minéraux et de CO2 qui conduit à la
photosynthèse au niveau des feuilles
 la distribution des produits de la photosynthèse dans les différentes
parties de la plante et à partir desquels les cellules des organes
effectueront leurs biosynthèses.
165
1.
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse

Absorption d’une solution minérale (eau + sels minéraux) au niveau
des poils absorbants des racines.
Réserves de la
graine
Poils absorbants
Coiffe =
zone de croissance
166
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse
(suite)
 Pénétration de cette solution dans des vaisseaux conducteurs :
1.
vaisseaux du bois (xylème). Prend le nom de « sève brute ».
Sève brute constituée essentiellement de :
- Nitrates (renfermant de l’azote N)
- Phosphates (renfermant du phosphore P),
- Des sels de potassium (K),
- + d’autres éléments en plus faibles quantités : les oligoéléments
(Cuivre, Magnésium, Fer, Soufre…)
- Et … d’EAU
167
1.
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse
(suite)
 Transfert ascensionnel de la sève brute des racines aux feuilles par les
vaisseaux du bois.
168
1.
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse
(suite)
 Moteur du transfert de la sève brute des racines aux feuilles par les
vaisseaux du bois :
Moteur essentiel de l’entrée et de
la montée de la sève brute dans la
plante : la transpiration foliaire.
En quittant le végétal cette eau
transpirée crée une aspiration qui
se répercute jusqu’aux racines,
provoquant l’entrée d’eau
présente dans le sol et, de ce fait,
chargée en sels minéraux.
169
1.
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse
(suite)
 Moteur du transfert de la sève brute des racines aux feuilles par les
vaisseaux du bois (suite).
Transpiration, … comme tous les
échanges gazeux au niveau de la
feuille, par le biais des : stomates,
orifices situés généralement sur la
face inférieure des feuilles.
170
1.
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse
(suite)
 Photosynthèse.
Une partie de la sève brute
arrivant aux feuilles va être
utilisée par la photosynthèse.
Outre la sève brute, la
photosynthèse nécessite le CO2
atmosphérique absorbé par les
feuilles au niveau des stomates.
Cette photosynthèse se déroule
dans les cellules qui possèdent
des chloroplastes, organites
cellulaires contenant la
chlorophylle.
171
1.
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse
(suite)
 Photosynthèse.
1ère étape de la photosynthèse : une
photolyse de l’eau qui casse la molécule
d’eau en ses 2 composants : H2 et O2.
L’O2 est, pour sa plus grande partie rejetée
à l’extérieur (ce qui fait des végétaux
chlorophylliens des producteurs
d’oxygène le jour).
Parallèlement, l’énergie lumineuse est
convertie en énergie chimique : ATP
2ème étape : grâce à l’ATP formé lors de la
1ère étape, l’hydrogène (H2) s’associe avec
le CO2 pour former des squelettes
carbonés de composition globale
[C,H2,O]n.
En s’associant, ces squelettes carbonés
donnent des sucres simples dont le plus
172
commun est le glucose.
1.
Des éléments minéraux absorbés… à la photosynthèse (fin)
 Photosynthèse (suite et fin).
n
n
n
n
Ces sucres formés ont 2 fonctions :
1 - servir de squelette de chaînes carbonées pour la construction de
toutes les molécules qui vont participer à la construction de la plante
(acides aminés, protéines, lipides, glucides complexes…)
2 Ŕ servir de réserve énergétique pour toutes ces réactions chimiques
de synthèse.
173
2.
De la distribution de la sève élaborée aux biosynthèses

Formation de la sève élaborée (sève brute restante + Produits de la
photosynthèse) et sa distribution Ŕmultidirectionnelle- dans
l’ensemble de la plante par les vaisseaux du phloème.
174
2.
De la distribution de la sève élaborée aux biosynthèses

Devenir de la sève élaborée :
- Etre stockée sous forme de réserves (le
plus souvent d’amidon) dans différents
organes : racines, tiges, graines …
-Fournir une source de matière première
pour permettre aux différents tissus de la
plante de construire leur propre matière
végétale (racines, tiges, feuilles, bourgeons,
fleur, fruits …) : c’est la biosynthèse
Cette biosynthèse nécessite :
- des « matériaux de construction » que sont
les différentes molécules (nutriments) issues
de la photosynthèse
- de l’énergie (ATP) produite par la
respiration grâce à l’oxydation du glucose.
Tous les organes consomment donc de l’O2
et rejettent du CO2, le jour comme la nuit.
175
2.
De la distribution de la sève élaborée aux biosynthèses

Processus des biosynthèses
FEUILLE CHLOROPHYLLIENNE
Photosynthèse (jour)
TOUT ORGANE DONT FEUILLE
Respiration (jour ET nuit)
Ose + O2
½ O2
H 2O
H2
Sels minéraux
CO2atmosphérique
CO2
ATP
+
H2 O
Biosynthèses (jour ET nuit)
Intervention des Enzymes (pour toutes les biosynthèses) + Code
génétique (pour les protéines)
Glucides complexes
Ose [C, 2H, 2O]
(sève brute)
ATP
Lipides
Acides aminés + Acides gras + Alcool
Protéines
ATP
ATP
176
2.
De la distribution de la sève élaborée aux biosynthèses

Fonctions des biosynthèses
Permettre la croissance du végétal :
 Croissance en longueur : extrémité des racines, bourgeons apicaux
des rameaux
 Croissance en épaisseur : augmentation du diamètre des racines, des
tiges …
177
ECOLOGIE, ENVIRONNEMENT,
DEVELOPPEMENT DURABLE
Ecosystème - entité qui se compose :
 du biotope regroupant toutes les structures non vivantes de
l’écosystème, constituant le substrat sur ou dans lequel vit la
biocénose
 de la biocénose regroupant tous les êtres vivants en interaction dans
une partie donnée d’un biotope et formant une structure théoriquement
en équilibre
178
Interactions possibles au sein de l’écosystème
Etres
vivants
Biotope
Les êtres
vivants
modifient le
biotope
Etres
vivants
Compétition pour
l ’espace /
Le biotope
conditionne la
répartition des
êtres vivants
Relations
trophiques
Etres
vivants
179
ECOLOGIE, ENVIRONNEMENT,
DEVELOPPEMENT DURABLE
1.
Facteurs physicochimiques du biotope agissant sur faune et flore
-
La composition chimique du milieu

De l’eau de mer

Des sols
A chaque type de sol (calcaire, marne, sable, argile) correspond une flore
spécifique

180
1.
-
Facteurs physicochimiques du biotope agissant sur faune et flore
La température
 Répartition des espèces : en fonction des latitudes (géographie) ; de l’altitude (montagne) ou
de la profondeur (océans) ou des saisons.
 Effet direct sur la concentration de certains nutriments et donc indirectement sur la répartition
des êtres vivants.
Ex. : la quantité d’O2 dissous dans l’eau est inversement proportionnelle à la température, aussi
les êtres vivants à respiration branchiale se répartissent en fonction de leurs besoins en O2,
donc en fonction de la température de l’eau : les truites dans les eaux froides riches en O2, les
carpes dans des eaux plus chaudes, donc plus pauvres en O2.
 Influence de la température sur la composition d’un écosystème notamment l’hiver, sous les
latitudes tempérées ou froides :
-
quasi disparition de l’eau libre en surface du sol (gel, neige)
-
très fort ralentissement du métabolisme des végétaux et des animaux hétérothermes.
D’où … :
-
disparition des parties comestibles des végétaux et des animaux hétérothermes de la surface.
-
raréfaction de la nourriture disponible pour les animaux encore actifs (homéothermes) qui vont
devoir adopter des stratégies pour survivre :
 hiberner (ours, marmottes, loirs, écureuils…)
 adopter un régime alimentaire plus varié (renard, oiseaux…)
 migrer vers des zones plus riches en nourriture
181
Facteurs physicochimiques du biotope agissant sur faune et flore
L’humidité et l’ensoleillement
Humidité : effet sur la répartition de la flore (végétaux xérophiles /hydrophiles), de la
faune (animaux à respiration cutanée par exemple)
Lumière : effet sur la répartition de la flore (végétaux de lumière : héliophiles,
végétaux d’ombre : sciaphiles) Ŕ faune (espèces lucifuges- ex : toute la faune du
sous sol)
1.
Ensoleillement plus long à
l’adret qu’à l’ubac : activité
photosynthétique plus
durable permettant une
production végétale plus
intense.
Température liée à
l’ensoleillement et à
l’altitude : activité
métabolique d’autant plus
intense en versant sud et à
basse altitude.
182
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Relations trophiques au sein d’un même biotope
1ère approche : reconstituer les chaînes alimentaires
(Ex. : écosystème Forêt)
L’ensemble des chaînes trophiques constitue un réseau trophique
183
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Relations trophiques au sein d’un même biotope (suite)
2ème approche : identifier les catégories
 Ceux qui ne mangent personne mais qui fabriquent la matière organique nouvelle
à partir de la matière minérale et en présence de lumière :
Producteurs primaires ou autotrophes : végétaux verts , 1er maillon des
chaînes
 Ceux qui mangent d’autres êtres vivants :
Consommateurs ou hétérotrophes ou Producteurs secondaires : les animaux
constitutifs des maillons suivants
 Ceux qui mangent de la matière morte :
Décomposeurs (hétérotrophes) : les champignons, les micro-organismes et
certains animaux du sol
184
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Relations trophiques au sein d’un même biotope (suite)
3ème approche : comprendre les flux de matière et d’énergie
Carbone minéral
Carbone organique
Seuls les végétaux verts sont capables :
- de fabriquer de la matière vivante à partir de matière minérale
- de faire entrer l’énergie dans le monde vivant
185
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Relations trophiques au sein d’un même biotope (suite)
3ème approche : comprendre les flux de matière et d’énergie (suite)
Carbone minéral
Carbone organique
- Pas de consommateurs ni de décomposeurs sans producteurs primaires.
- Consommateurs et décomposeurs fabriquent leur matière à partir de la matière
organique préexistante, dont ils tirent aussi l’énergie
186
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Relations trophiques au sein d’un même biotope (suite)
3ème approche : comprendre les flux de matière et d’énergie (suite)
- Les décomposeurs dégradent la matière morte qui sans eux s’accumulerait.
- Tôt ou tard cette matière organique consommée sera minéralisée sous forme de CO2,
H2O et de sels minéraux (respiration et fermentation)
187
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Relations trophiques au sein d’un même biotope (suite)
3ème approche : comprendre les flux de matière et d’énergie chez un être vivant
Matière perdue sous
forme de respiration
Matière
ingérée
Matière
assimilée
Matière
vivante
produite
Matière non
assimilée
(excréments)
188
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Relations trophiques au sein d’un même biotope (suite)
3ème approche : comprendre les flux de matière et d’énergie au sein d’un écosystème
La pyramide des biomasses
C3 (zoophages) ou
Producteurs secondaires d’ordre 3
C2 (zoophages) ou
Producteurs secondaires d’ordre 2
Consommateurs 1 C1(phytophages) ou
Producteurs secondaires ordre 1
Producteurs primaires (végétaux verts)
Energie
chimique
Energie solaire
189
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
Résumé pour bien comprendre la différence : autotrophe/hétérotrophe
190
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Adaptations
L’écosystème n’induit pas les adaptations ; l’écosystème sélectionne parmi les
facteurs préexistants ceux qui lui sont le mieux adaptés.
- Une espèce trop inféodée à un écosystème (trop bien adaptée) est une espèce qui, à
terme, disparaîtra lorsque l’écosystème changera.
- Plus l’adaptation entre écosystème et espèce est étroite (nourriture disponible,
condition physico-chimiques…) plus l’espèce est représentée dans cet écosystème ;
mais plus la répartition géographique de cette espèce est limitée : espèces endémiques
(panda, koala, manchots…).
- Moins une espèce est adaptée à un écosystème donné plus elle peut coloniser
d’écosystèmes différents et avoir une répartition géographique étendue : espèces
ubiquistes (Homme, rat, pie…).
Les adaptations peuvent concerner :
- le mode de locomotion
-le régime alimentaire (adaptation de l’appareil digestif, recherche et capture de la
nourriture …)
-la reproduction : stratégie invasive (proies) ou stratégie de régulation de la population
(prédateurs)
191
-la résistance à des températures, à des conditions de pH ou de salinité extrêmes
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Interactions entre êtres vivants
Types de relations
Caractéristiques
Prédation
Consommation, par un animal (prédateur), de tout ou partie d’un
autre animal (proie) après sa mise à mort (ou conduisant à la mort).
Parasitisme
Consommation par un être vivant de son hôte, vivant, en lui portant
préjudice par détournement d’une partie de sa nourriture (gui avec ses
racines suçoir implantées dans les vaisseaux conduisant la sève) , ou par
consommation d’une partie de son hôte (tiques, moustiques, champignons
responsables des mycoses…).
Commensalisme
Association entre 2 individus qui se fait au bénéfice de l’un mais
sans inconvénients pour l’autre partenaire (lichens utilisent les arbres
comme support sans entraver leur fonctionnement, poissons pilotes accompagnent les
requins et se nourrissent des résidus de leurs repas) .
Mutualisme
Association de 2 êtres vivants avec bénéfice mutuel (les pucerons
secrètent un liquide sucré, le miellat, que les fourmis vont venir récolter ; en échange les fourmis
protègent les pucerons des prédateurs ou anémone de mer et poisson clown : l’un apporte la
protection, l’autre les débris de ses repas).
192
2. Facteurs biologiques agissant sur faune et flore
•
Interactions entre êtres vivants (suite)
Types de
relations
Symbiose
Caractéristiques
Association obligatoire et permanente de 2 êtres vivants avec bénéfice
mutuel:
-association d’un végétal et d’un champignon :
les lichens : association obligatoire d’une algue unicellulaire et d’un champignon. Le
champignon apporte le substrat (l’eau, les sels minéraux), l’algue apporte au champignon la
matière organique de la photosynthèse.
Les mycorhizes : associations entre des champignons et les racines de nombreux végétaux :
les champignons apportent leur capacités à fixer l’azote atmosphérique et à le transformer en
nitrates absorbables par le végétal. Le végétal apporte les produits de sa photosynthèse
- association d’un végétal et d’un animal : cas des coraux et des bénitiers (très gros mollusques
bivalves de l’Océan Indien) qui hébergent des algues unicellulaires qui leur apportent le produit de
la photosynthèse.
-association bactéries/animal : exemple des ruminants qui font digérer les végétaux qu’ils
consomment par des bactéries qui vivent dans leur panse. C’est le cas également de notre flore
intestinale.
Compétition Concourir pour l’accès à une même nourriture, à un même lieu de ponte,
d’hibernation, … pour des individus habitant un biotope commun.
Compétition intraspécifique (intérieur d’une même population) ou
interspécifique (populations d’espèces différentes).
Jeunes plants d’arbres en compétition pour l’accès à la lumière : gagnera qui poussera le plus vite.
Dans les colonies d’oiseaux les mâles (ou les couples) vont devoir préserver un espace pour établir193
le nid. Les trous de pics vont, l’hiver venu, être colonisés par les loirs, les écureuils…
3. Origines possibles d’un déséquilibre écologique
Un écosystème en équilibre est un écosystème à l’intérieur duquel les
apports compensent les pertes.
Les apports peuvent être :
- d’origine interne (endogènes) - naissances
- d’origine externe (exogènes): immigration, importation de matériaux
(sédiments par ex.).
Les pertes peuvent également être :
- d’origine interne : morts naturelles, émigration, prédations entre
populations du biotope
- d’origine externe : prédation due à une population temporairement
invasive, catastrophe climatique…
194
3. Origines possibles d’un déséquilibre écologique
Déséquilibres ayant pour origines :
Origines
Caractéristiques
Accident
climatique
Chute très importante de la température hivernale : disparition des formes de
résistances de végétaux et d’animaux en vie ralentie ; plus d’accès à de l’eau
liquide pour les animaux homéothermes encore en activité.
Canicule : élévation de la température de l’eau, diminution de la quantité d’O2
dissous, conditions d’anoxie pour de nombreux êtres vivants…
Apport
brutal de
nourriture
Apport brutal de sels minéraux dans un milieu aquatique : développement
d’algues à croissance et multiplication rapide, formation d’une couverture
opaque bloquant les rayons lumineux, empêchant le développement des
végétaux plus profonds. Mort de cette biomasse dégradée par des
microorganismes consommateurs d’O2 entraînant une asphyxie des espèces
sensibles aux variations de concentration d’O2.
Espèces
invasives
-invasions naturelles :
Le goéland cendré, parti d’Angleterre, a progressivement envahi toutes les
côtes françaises en moins d’un siècle ; espèce très agressive occupant le
territoire d’espèces autochtones (sternes) dont les populations ont chuté.
- Invasions dues à l’action de l’Homme :
Les lapins australiens, les ragondins (originaire d’Amérique du nord) en
Europe, la jacinthe d’eau (originaire d’Amérique centrale).
195
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes
L’Homme utilisateur
Prélève de la nourriture, des
matériaux
Produit des matériaux
Environnement
modifié
196
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
L’Homme responsable :
 s’informe et prend conscience de






la fragilité de l’environnement
modifie ses comportements
limite ses rejets nocifs
traite et préserve
informe
applique des principes
légifère
Environnement et
développement durable
197
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Comment concevoir les relations de l’homme avec son environnement ?
 L’idée utopique : ne plus polluer, ne plus transformer le milieu
 L’idée actuelle : produire un développement durable
« Le développement durable est celui qui répond aux besoins des
générations présentes sans compromettre la capacité des générations
futures à satisfaire aux leurs ».
198
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Le développement durable est-il possible ?... Un défit car :
 10 milliards d’hommes à l’horizon 2100
 Epuisement des énergies fossiles
 Des ressources alimentaires pour tout le monde ?
 Le climat se modifie sous l’action de l’homme
 La biodiversité est menacée
 La désertification et l’épuisement des sols augmentent
 L’accès aux ressources est inégalitaire et source de conflits
Quelques chiffres montrant la complexité du problème :
 20% de la population consomme 80% des ressources naturelles
 Pas d’eau potable pour 1,3milliards d’êtres humains
 1,2 milliard d’Hommes avec 1 euro par jour
 24 000 morts par jour de malnutrition
 Chaque habitant dispose de 2,4 hectares en moyenne
199
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau...
L’Homme est un consommateur.
200
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
Où trouve-t-il l’eau qu’il consomme ?
201
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
Où trouve-t-il l’eau qu’il consomme ? L’eau de surface.
Essentiellement
prélevée dans
les lacs et
rivières.
Eau de mer : en
raison de sa
salinité très peu
utilisée.
202
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
Où trouve-t-il l’eau qu’il consomme ? L’eau souterraine.
 Elle se trouve dans certaines couches géologiques réservoirs dites
« aquifères »
 L’eau occupe les espaces existant dans les roches
Profil d’une roche « réservoir » :
203
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
Où trouve-t-il l’eau qu’il consomme ? L’eau souterraine.
L’eau accumulée dans les roches forme une nappe. Il existe 2 types de nappes :
Nappe libre ou phréatique
Nappe captive
puits
forage

Roche poreuse
Nappe libre
Couche imperméable
Roche imperméable
Couche imperméable
Aquifère
Aquifère affleurant en surface, alimenté par les
eaux de pluie et les infiltrations

Aquifère recouvert d’un niveau imperméable

Niveau de la nappe variable.

Atteint par forage profond

Prélèvement de l’eau par le creusement de puits
204
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
L’eau à usage domestique :
- n’est pas pure
- mais potable
- répond à des normes :
205
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
L’Homme consommateur… est aussi pollueur.
 en consommant, nous rejetons des eaux « usées », qui , non traitées,
entrent dans le cycle de l’eau
 … d’où le risque de pollution des eaux de surface et des eaux
souterraines :
 pollution par des eaux septiques
 pollution par des substances solubles (pesticides, métaux lourds,
engrais, …)
206
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
L’Homme consommateur… est aussi pollueur.
Un exemple de pollution des eaux de surface : l’eutrophisation
 Le rejet de phosphates favorise, en tant que
fertilisant, la prolifération d’algues vertes en
surface.
 Elles forment un tapis diminuant la transparence de
l’eau, empêchant le développement des végétaux
profonds. La photosynthèse n’est possible qu’en
surface.
 Les algues mortes coulent et sont dégradées par
oxydation sur le fond. L’eau s’épuise en oxygène.
Les poissons disparaissent.
 Seuls les êtres vivants capable de fermenter
survivent.
207
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
L’Homme consommateur… est aussi pollueur.
Un exemple de pollution des eaux souterraines : la pollution par les
nitrates.
• Les nitrates : substances azotées utilisées
comme engrais en agriculture.
Pollution par
les nitrates
nappe
• Nitrates en excès non retenus par le complexe
argilo-humique du sol et lessivés par les eaux
de pluies vers les rivières et les lacs (ou la mer)
ET les nappes phréatiques.
• Chaque année, quelques 2 millions de tonnes
de ces engrais pénètrent dans le sous-sol et
atteignent les nappes phréatiques.
208
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
L’Homme consommateur… est aussi pollueur et… dépollueur
Station d’épuration des eaux « usées »
209
4. Action de l’Homme sur les écosystèmes (suite)
Prenons le cas des ressources en eau (suite)...
Le cycle de l’eau de consommation
En France :
• 40 000 captages,
• 700 000 kms de canalisations,
• 16 000 usines de production
d’eau potable,
• 12 000 usines de dépollution.
210
Education à la santé
Reproduction humaine
211
Education à la santé et alimentation
212
Les aliments et leur composition
 Aliments : molécules ou ensembles moléculaires organiques
complexes contenant des éléments essentiels au bon
fonctionnement de l’organisme.
 Pour être utilisables par l’organisme, les aliments vont devoir
subir une simplification moléculaire, la digestion, qui va les
transformer en nutriments.
 Les aliments se divisent en 6 grandes familles moléculaires :
1.
 L’eau,
 Les minéraux,
 Les vitamines
 Les glucides,
 Les lipides,
 Les protides.
213
1.1. Les glucides
 Grands fournisseurs d'énergie : aliments de l'effort musculaire.
 Différentes sortes de glucides mais toutes sont utilisées dans
l'organisme sous une seule forme : le glucose (C6H12O6) - forme la
plus universelle de réserve énergétique.
 Les aliments apportent les glucides sous des formes très diverses qui
sont, dans l’organisme, converties en glucose :
 Les glucides solubles. Ex : des oses comme le fructose (les fruits en
contiennent environ 12 %), des diholosides comme le saccharose (les
confitures en contiennent 75%, le chocolat en contient 64 %, les biscuits
de 10 à 30 %), le lactose (le lait en contient 5 %).
 Les glucides insolubles. Ex: des polyholosides comme l’amidon,
d'une digestion lente [dans le pain (50%), dans le riz (20 %), les
biscuits (40 % environ] ; la cellulose constituant très importants des
végétaux mais qui ne se digère pas (ou mal. Cf. rôle des bactéries
symbiotiques du gros intestin) et constitue une partie de la famille
des « fibres alimentaires ».
214
1.2. Les lipides
Rôles variés :
 Rôle énergétique : source d’énergie pour les cellules au même
titre que les glucides ;
 Rôle de constituants de réserve : triglycérides endogènes
localisés dans le tissu adipeux sous-cutané ;
 Rôle de constituants de structure des membranes biologiques :
phospholipides et cholestérol ;
 Rôle fonctionnel : prostaglandines et vitamines liposolubles.
215
1.3. Les protides
Différentes formes : les acides aminés, les formes élémentaires ; les
protéines, les formes les plus complexes.
 Protéines : polymères d’acides aminés (AA).
 Acides aminés : au nombre de 20, sont les briques élémentaires
permettant de fabriquer les protéines spécifiques de chaque organisme.
 Protéines comportent de quelques unités (peptides) à plusieurs millions
d’AA. Protéines peuvent également s’associer aux deux autres
précédentes catégories pour former des glycoprotéines ou des
lipoprotéines.
 Rôles variés :
 rôle squelettique : les protéines forment l’essentiel des structures
cellulaires
 rôle énergétique : les protéines peuvent être dégradées par la
respiration et servir de source d’énergie
 rôle fonctionnel : enzymes (qui accélèrent toutes les réactions
216
chimiques du métabolisme), certaines hormones …
1.4. Les vitamines
 Nature chimique très diverse.
 Se définissent par leur fonction :
 agissent comme catalyseur (à dose faible),
 régularisent le métabolisme
 sont nécessaires à la bonne utilisation des nutriments.
 Carences en vitamines - des dysfonctionnements graves de
l’organisme :
 scorbut (carence en vitamine C),
 rachitisme (carence en vitamine D),
 béribéri (carence en vitamine B),
 …
217
2.
Une alimentation équilibrée
L’équilibre alimentaire est de 2 ordres :
 quantitatif : le nombre de calories absorbé doit compenser les
pertes liées à l’activité physique et aux besoins de l’organisme
pour sa croissance et son entretien.
Cet équilibre quantitatif est donc variable d’un individu à l’autre
(âge, sexe, physiologie) et fonction de son activité physique.
 qualitatif : l’alimentation doit comporter, en variété, tous les
aliments nécessaires au bon fonctionnement de l’organisme.
218
Cet équilibre alimentaire est illustré par des diagrammes :
Les critères qui ont permis d’établir ce
classement sont divers :
-fonctions (énergétique, protecteurs,
bâtisseurs) ;
- origine (produits laitiers, fruits et
légumes)
- composition (aliments riches en lipides,
en protides…)…
Ce classement illustre bien la variété de
l’alimentation en France et donne donc des
repères simples aux élèves même si les
critères de classification sont hétérogènes.
Le principal défaut de ce classement est de
ne donner aucune indication de quantité. La
recommandation principale (le repas doit
comprendre un aliment de chaque
catégorie) est donc à relativiser d’autant
que les produits laitiers contiennent des
concentrations très variables en lipides. 219
Cet équilibre alimentaire est illustré par des diagrammes divers :
La ration alimentaire désigne la
composition des repas d’une journée du
point de vue quantitatif.
La ration alimentaire doit couvrir les
besoins :
en nutriments énergétiques (glucose,
acides gras),
en nutriments non énergétiques
bâtisseurs et fonctionnels
Les prises alimentaires doivent être
équilibrées sur les 3 repas :
petit-déjeuner (30%),
déjeuner (40%),
dîner (30%).
Si collation après midi :
petit-déjeuner (25%),
déjeuner (30%),
collation (15%),
dîner (30%)
220
Les conséquences d’un déséquilibre alimentaire
La malnutrition peut revêtir plusieurs formes :
 la sous-nutrition : souvent un déficit quantitatif et qualitatif
 la carence en une catégorie importante d’aliment due à des
conditions géographiques ou culturelles : carence en iode des
savoyards au XIXème siècle provoquant des goitres ; carence en
A.A. essentiels chez les végétaliens stricts, …
 les mauvaises habitudes alimentaires. Forme de malnutrition
majoritaire dans les pays riches :
3.
 excès d’aliments sucrés, gras et salés au détriment des fruits et
légumes frais ;
 quantités excessives, non adaptées aux besoins réels
(sédentarisation grandissante).
A l’origine de nombreuses conséquences pathologiques : obésité,
problèmes articulaires liés au surpoids, maladies cardiovasculaires,
221
cancer des voies digestives, diabète de type 2….
Education à la santé et sommeil
- Un cycle de sommeil dure environ 1h30 à 2 heures (4 à 5 cycles par nuit). Sa chronologie :

l’endormissement : période très courte. Hallucinations possibles. Impression de flottement.
Si stimulation, réveil immédiat.

le sommeil lent léger : si stimulation, réveil plus difficile.

le sommeil lent profond : 20 minutes après le début de l’endormissement Ŕ abaissement
des signes vitaux, relâchement des muscles volontaires ; Puis signes vitaux au plus bas,
augmentation de la motilité du tube digestif, relâchement des muscles volontaires mais le
dormeur peut changer de position toutes les 20 minutes ; réveil très difficile.

le sommeil rapide paradoxal 90 minutes après l’endormissement : augmentation de la
température corporelle, du rythme cardiaque, de la fréquence respiratoire, diminution de la
motilité du tube digestif. Forte consommation d’O2 par le cerveau (> à l’état éveillé).
Rêves. Mouvements oculaires rapides.

la phase intermédiaire conduisant au cycle suivant ou au réveil
- Un enfant doit dormir environ : 12 heures jusqu’à 4 ans et 10 heures jusqu’à 10 ans.
- Deux phénomènes physiologiques se produisent chez l’enfant pendant son sommeil :

la croissance : sécrétion de l’hormone de croissance pendant la phase du sommeil lent
profond

la fabrication d’anticorps.
- Des conditions favorisent l’endormissement :

avant de dormir, ne pas pratiquer d’activités intenses physiques (mais recommandées dans
la journée) ou intellectuelles

ne pas consommer de boissons excitantes

se trouver dans un environnement calme, à température peu élevée : 18 C et de bonne 222
hygrométrie.
Education à la santé et articulations
-
-
-
-
Une entorse correspond à une distension des ligaments pouvant aller jusqu’à une rupture. L’entorse
peut s’accompagner d’un épanchement de synovie (œdème).
Une luxation correspond à un déboîtement des os d’une articulation pouvant s’accompagner d’une
distension des ligaments.
Une tendinite est une inflammation des tendons. Elle est soit secondaire à des microtraumatismes
répétitifs d'origine professionnelle ou sportive (joueur de tennis, danseur) soit d'origine dégénérative
(vieillissement du tissu et usure).
Une déchirure musculaire ou claquage correspond à une rupture de quelques fibres en profondeur,
insuffisamment échauffées ou fatiguées, suite à un exercice violent.
Les courbatures ont pour cause des micro- traumatismes subis par les fibres musculaires.
Pour prévenir les courbatures, il faut un entraînement régulier qui favorise l’oxygénation des muscles
et des exercices d’échauffement et d’assouplissement.
Une crampe est un état de contraction persistant, de forte intensité, très douloureux d’un muscle.
Elle est engendrée par la déshydratation de l’organisme mais aussi par une accumulation de calcium
dans les fibres musculaires (calcium indispensable néanmoins pour la contraction musculaire).
L’arthrose est une altération des cartilages articulaires qui se fissurent et se creusent d'ulcérations
(trous dans le cartilage) pouvant laisser l'os à nu.
L'os lui-même se décalcifie par endroits (ostéoporose) et se condense en d'autres, notamment dans la
partie près de l'articulation au niveau des zones de pression. Enfin, on constate la formation sur les
bords de l'articulation de petites excroissances osseuses parfois dénommés « becs de perroquet » en
raison de leur forme radiologique.
La gêne fonctionnelle correspond à une limitation de la mobilité de l’articulation touchée par
l’arthrose
223
Reproduction humaine
1. L’appareil génital masculin
Les testicules (glandes sexuelles) sont :
• en position extra abdominale,
• produisent les spermatozoïdes (sptz).
Les voies sexuelle et urinaire sont communes dans leur partie
distale (urètre).
Les organes génitaux sont essentiellement externes. Il existe 3
glandes sexuelles annexes principales : 2 vésicules séminales
et 1 prostate qui sont responsables de la sécrétion du liquide
spermatique (milieu de « survie » des spermatozoïdes).
Les testicules sont constitués de pelotes de tubes séminifères
qui fabriquent les sptz ; ces tubes se rejoignent pour déverser
leurs produits dans le canal de l’épididyme. Cet organe est
également un tube très long à l’intérieur duquel les sptz
opèreront leur maturation et deviendront mobiles.
Lors de l’éjaculation les sptz situés dans la partie terminale de
l’épididyme seront mélangés aux secrétions des vésicules
séminales et de la prostate, l’ensemble forme le sperme qui
s’évacue par l’urètre et l’orifice uro-génital (méat urinaire).
Lors du rapport sexuel un afflux sanguin vient engorger les
corps érectiles, provoquant l’érection.
La position externe des testicules permet une température
interne de 35 C environ, température nécessaire à la bonne
maturation des spermatozoïdes.
Lors de l’éjaculation les sptz sont déposés au niveau du col de
l’utérus ; ils doivent alors accomplir un trajet d’environ 50.000
224
fois leur taille.
2. L’appareil génital féminin
• les organes génitaux sont essentiellement
internes ;
• les voies urinaires et génitales sont
totalement distinctes, le fonctionnement est
cyclique mais la fécondité peut être
considérée comme permanente (pas de
période de « repos » sexuel comme chez les
autres mammifères).
• les ovaires (glandes sexuelles) sont en
position abdominale.
• Il existe des glandes annexes à l’entrée du
vagin, les glandes de Bartholin, qui
fabriquent un liquide lubrifiant facilitant le
rapport sexuel.
• Il existe enfin des glandes dites
« cervicales » situées au niveau du col de
l’utérus qui fabriquent un bouchon muqueux
(la « glaire cervicale »), barrière mécanique
entre l’utérus et le vagin.
225
3. Le cycle sexuel ou menstruel… au niveau ovarien.
A partir de la puberté, chaque mois 1ovaire expulse 1« ovule » recueilli au niveau d’une trompe : c’est l’ovulation.
Il se déplace en direction de l’utérus grâce à des mouvements de contraction de la trompe et des cils qui la tapissent.
Non fécondé, il dégénère en 1 ou 2 jour(s) (survie des spermatozoïdes dans les voies génitales féminines : 2 à 6 jours).
Les ovulations cycliques (1 ovulation par mois avec alternance quant à l’ovaire concerné) se poursuivent jusqu’à la
ménopause, âge marqué par l’arrêt de la fonction ovarienne et qui correspond à l’épuisement de la réserve d’ « ovules ».
Les « ovules » sont enfermés dans l’ovaire dans des ensembles cellulaires appelés : follicules (1 « ovule » / follicule).
Chaque mois, dans l’ovaire des follicules grossissent et l’un d’eux libère son « ovule ».
Les «ovules » se forment dès la vie embryonnaire. Pendant l’enfance, les « ovules » ne subissent pas de réelle évolution.
Ils s’entourent chacun de quelques cellules pour former des follicules primaires.
A partir de la puberté, certains follicules grossissent. Chaque mois, dans l’un ou l’autre des ovaires, des follicules
s’engagent dans un processus qui aboutit pour l’un d’entre eux à l’ovulation. Les autres dégénèrent.
226
Le follicule à l’origine de l’ovulation évolue en un corps jaune, structure provisoire qui dégénérera.
3. Le cycle sexuel ou menstruel… au niveau des voies (tractus) génitales.
Chaque mois :
-la paroi utérine s’épaissit et s’enrichit en
vaisseaux sanguins au niveau de sa muqueuse
ou endomètre, puis,
-elle est éliminée : c’est l’origine des règles.
L’évolution de la paroi utérine est cyclique
comme l’est le fonctionnement de l’ovaire.
Le cycle utérin dure environ 28 jours (idem
cycle ovarien) :
-il débute avec le 1er jour des règles. Durée:
environ 5 jours.
-l’ovulation a lieu 14 jours avant le début des
règles suivantes :
•Cas 1 « ovule » fécondé : l’embryon
arrive dans l’utérus et s’implante dans la
muqueuse épaissie et enrichie en vaisseaux
sanguins. Conservation de la muqueuse :
un début de grossesse est donc signalé par
une absence de règles.
•Cas 2 « ovule » non fécondé : il dégénère
et la muqueuse utérine est éliminée lors des
227
règles (début du cycle suivant).
3. Le cycle sexuel ou menstruel… au niveau des voies (tractus) génitales (suite).
-Pendant la période (5/12ème jour) du cycle
menstruel, le col de l’utérus est obturé par
la glaire cervicale.
- Le 14ème jour, l’ovule est libéré et aspiré
par le pavillon de la trompe la plus proche ;
des cellules ciliées bordent le pavillon et
créent un courant aspirant.
La qualité de la glaire cervicale qui devient
plus « filante », beaucoup plus fluide, ouvre
ainsi le col de l’utérus aux spermatozoïdes.
Cette transformation de la glaire va durer
de 2 à 4 jours environ, période pendant
laquelle la femme peut être fécondée (les
spermatozoïdes peuvent pénétrer et l’ovule
est libéré).
-Au-delà du 16ème jour, les cellules du col
fabriquent une nouvelle glaire très épaisse,
228
isolant de nouveau l’utérus du vagin.
3. Le cycle sexuel ou menstruel (suite)
Le cycle sexuel est sous le double contrôle des hormones produites
par l’ovaire au cours des 28 jours du cycle [et de l’hypophyse (petite
glande à la base du cerveau)].
- Le cycle commence au début des règles. Du jour 0 au jour 5 (fin
des règles) la concentration en hormones est très faible, ce qui
provoque des contractions du muscle utérin (myomètre) et donc le
décollement de la muqueuse utérine, provoquant les règles.
- Du jour 5 à l’ovulation, l’ovaire fabrique des œstrogènes ;
l’endomètre s’épaissit, se préparant à recevoir un possible embryon.
Parallèlement l’ovule mûrit dans l’ovaire à l’intérieur du follicule.
Pendant cette période (5/12ème jour) le col de l’utérus est obturé par
la glaire cervicale.
- Le 14ème jour, l’ovule est libéré sous l’action du « pic » des
œstrogènes et il est aspiré par le pavillon de la trompe.
La grande quantité d’hormone libérée au moment de l’expulsion de
l’ovule transforme la glaire cervicale en glaire « filante », ouvrant
ainsi le col de l’utérus aux spermatozoïdes.
- Au-delà du 16ème jour, sous l’action des œstrogènes et de la
progestérone, les cellules du col produisent une nouvelle glaire
isolant de nouveau l’utérus du vagin.
Après l’ovulation, le follicule se transforme en « corps jaune » qui
fabrique, en plus des œstrogènes qu’il continue à produire, la
seconde hormone du cycle : la progestérone. Cette hormone agit sur
l’endomètre qui continue sa transformation avec une hyper
vascularisation et l’apparition de glandes en tubes sécrétant des
substances nutritives pour le futur embryon.
Si la fécondation ne se produit pas le corps jaune dégénère, cesse de
fabriquer de la progestérone et des œstrogènes, la concentration
hormonale chute et le myomètre commence à se contracter, initiant
un nouveau cycle.
229
3. Le cycle sexuel ou menstruel (fin)
Et si … la fécondation se produit :
- Elle a lieu dans le ¼ supérieur de la trompe,
- L’œuf formé par la fusion de l’ovule et d’un
spermatozoïde entre très rapidement en division.
- Transporté par le courant créé par les cils
vibratiles des trompes, l’embryon descend dans
l’utérus où il arrive entre le 7ème et le 8ème jour
après l’ovulation (soit au jour 21 ou 22 du cycle).
-Dans l’utérus, il s’implante dans la muqueuse et
développe la première annexe embryonnaire : le
futur placenta.
- Les cellules de ce placenta en formation
fabriquent immédiatement elles aussi de la
progestérone qui stimule la vascularisation
autour de l’embryon et maintient fonctionnel le
corps jaune donc ses sécrétions hormonales… La
230
gestation démarre.
4. La gestation
-Le premier stade de développement : le stade embryonnaire.
Il correspond à la mise en place de l’ensemble des organes du futur individu.
Une fois tous les organes formés (mais pas forcément fonctionnels), l’embryon devient fœtus (forme
humaine reconnaissable) et acquiert une existence légale. En France ce passage du stade embryonnaire
au stade fœtal est défini par la loi (date limite de l’IVG : 12 semaines).
- Le deuxième stade de développement : le stade fœtal.
Fin du premier mois le cœur est fonctionnel et assure la circulation sanguine fœtale.
Les reins fonctionnent dès le 3ème mois : secrètent une urine très peu concentrée qui participe au
remplissage de la cavité amniotique.
La plus grande partie des déchets du métabolisme fœtal sont éliminés par des échanges entre sang fœtal
et sang maternel au niveau du placenta.
L’intestin n’est pas fonctionnel avant la naissance (pas de selles pendant la vie utérine).
Les poumons sont potentiellement fonctionnels à partir du 6 ème mois (les alvéoles sont capillarisées). 231
4. La gestation (suite)
- Le placenta est une annexe embryonnaire : organe
fabriqué par l’embryon qui s’implante dans la
muqueuse utérine.
Son implantation s’accompagne d’une hyper
vascularisation de la muqueuse avec création de
poches remplies de sang maternel dans lesquelles les
villosité du placenta fœtal viennent baigner à la
manière de branchies.
- Il n’y a jamais contact direct (continuité) entre le
sang maternel et le sang fœtal ; il y a seulement
contiguïté au travers de la fine membrane placentaire.
- C’est au niveau de cette membrane que s’effectuent
tous les échanges entre la mère et le fœtus :
•Echanges gazeux : la mère apporte au fœtus l’O2 qui
lui est nécessaire, le fœtus exporte le CO2 qu’il a
produit.
•Echanges nutritifs : la mère apporte au fœtus tous
les nutriments issus de sa propre digestion et
nécessaires à la construction des organes du fœtus
(glucides et lipides simples, acides aminés). Les
déchets du métabolisme fœtal sont excrétés par
échanges avec le sang maternel et, finalement,
excrétés par les urines maternelles.
•Echanges indésirables : cette membrane est
également perméable à certaines molécules (alcool,
nicotine, drogues, médicaments…) qui sont néfastes 232
au bon développement du fœtus.
5. L’accouchement ou parturition
Lorsque le terme de la gestation est atteint :
-la sécrétion de progestérone cesse,
-les premières contractions apparaissent
provoquant la rupture de la poche amniotique
(perte des « eaux »).
-le col de l’utérus se dilate,
-les contractions de l’utérus augmentent en
fréquence et en amplitude, provoquant
l’expulsion du bébé.
-Environ 20 mn plus tard les contractions
reprennent pour expulser le placenta
(« délivrance »).
Sitôt né le bébé devient autonome sur le plan
respiratoire :
-après expulsion du liquide amniotique
présent dans la cavité pulmonaire,
-les premières contractions du diaphragme
provoquent le gonflement des poumons et les
alvéoles se déploient grâce à la présence d’un
233
liquide indispensable : le surfactant.
6. De la naissance… à la puberté… à l’âge adulte
Le développement de l’Homme entre la naissance et l’âge adulte est caractérisé par :
la croissance et l’évolution des dentitions.
La croissance
Entre la naissance et l’âge adulte :
Accroissement de taille : 320 %, de la masse : 2000 %.
Croissance non régulière : périodes pendant lesquelles la vitesse de croissance est plus
rapide - « crise de 6 ans » et puberté.
La croissance est sous la dépendance de facteurs externes et internes :
Facteurs externes :
- alimentation équilibrée (présence d’aliments plastiques, énergétiques,
fonctionnels)
- soleil (synthèse de vitamine D)
- sommeil (pic de l’hormone de croissance pendant le sommeil lent profond)
facteurs internes :
- hormones :
* hormone de croissance synthétisée par l’hypophyse
* thyroxine synthétisée par la thyroïde
Ces 2 hormones agissent sur la croissance des os longs
- facteurs génétiques
234
6. De la naissance… à la puberté… à l’âge adulte (suite)
La croissance osseuse :
L’os est un tissu vivant : capacité à se réparer et faculté à grandir chez l’enfant.
L’os est en perpétuel renouvellement : os ancien détruit et remplacé par de l’os neuf.
L’os neuf se structure en fonction des tractions subies donc en fonction de l’activité
physique de l’individu (renouvellement plus difficile à la ménopause chez la femme
d’où une plus grande fragilité des os).
Les os sont constitués de cellules vivantes qui sécrètent une matière intercellulaire
organique (osséine) et minérale (phosphate et carbonate de calcium). Les os sont
irrigués. Les hématies et les leucocytes sont fabriqués en permanence dans la moelle
osseuse des épiphyses (extrémité des os longs).
Au début, les os longs sont constitués uniquement de cartilage. Le périoste produit
alors tout autour des couches de matière osseuse : ossification périostique. Des
points d’ossification apparaissent au niveau des épiphyses et de la diaphyse (partie
centrale de l’os).
Par la suite, la croissance en longueur est due aux cartilages de conjugaison qui
subsistent entre les épiphyses et la diaphyse. A partir de ces cartilages, de la matière
osseuse est fabriquée sur les os longs aux 2 extrémités, sur les os des phalanges à
une des extrémités. Par prolifération des cartilages de conjugaison, les os
s’allongent. Entre 15 et 20 ans, les cartilages de croissance cessent de fonctionner, la
diaphyse est soudée aux épiphyses, la croissance en longueur s’arrête.
La croissance en épaisseur s’effectue à partir de la couche périphérique de l’os : le
périoste. A ce niveau des couches nouvelles s’ajoutent tout au long de la vie
(destruction des plus anciennes, côté canal médullaire). L’os peut se consolider mais
aussi se réparer en cas de fracture.
235
6. De la naissance… à la puberté… à l’âge adulte (fin)
L’évolution des dentitions
Les dents sont des organes vivants. Au centre de la dent, la pulpe
est un tissu conjonctif irrigué et innervé. La partie principale de la
dent est constitué d’ivoire (matière analogue à l’os mais plus
dure). La partie visible, la couronne est recouverte d’émail
protecteur (substance la plus dure du corps humain). Une partie de
la dent n’est pas visible, la racine, enfoncée dans la mâchoire. Elle
est entourée d’une couche osseuse, le cément.
Les dents de lait commencent à pousser à 6-7 mois et sont en
place à l’âge de 3 ans. Les bourgeons des dents définitives sont
présents sous les dents de lait. En se développant, entre 7 et 13
ans, les dents définitives entraînent la destruction de la racine des
dents de lait qui tombent lorsqu’elles n’ont plus de racine pour les
retenir.
La dentition est représentée sous forme de fraction : la formule dentaire. Elle représente le nombre de
dents d’une demi-mâchoire (côté droit ou gauche de la bouche). Le numérateur correspond au nombre
de dents de la demi-mâchoire >, le dénominateur à celui de la demi-mâchoire <.
• Dents de lait d’un enfant de 7 ans (20 dents) :
2I/2I + 1C/1C + 2PM/2PM
• Dents d’un adulte (32 dents)
2I/2I + 1C/1C + 2PM/2PM + 3M/3M
236
7. La puberté
Puberté : ensemble de transformations morphologiques et
physiologiques qui affectent les adolescents entre 9 et 18 ans
chez les filles et entre 12 et 18 ans chez les garçons.
-Transformations dues aux premières secrétions d’hormones
par les glandes sexuelles sous l’action des hormones du
cerveau .
(hormone : messager chimique secrété par une glande,
véhiculé par le sang et agissant sur des structures cibles qui
peuvent être très éloignées).
-Transformations affectent :
•les caractères sexuels primaires par une transformation
notable :
des organes génitaux externes (augmentation du
volume des testicules et du pénis chez l’homme,
augmentation du volume des lèvres génitales chez la
femme) ;
des glandes sexuelles qui commencent à devenir
fonctionnelles : premières éjaculations (vers 12/14
ans) et premières ovulations (donc premières règles
entre 10 et 14 ans) ;
•les caractères sexuels secondaires qui apparaissent ou
s’accentuent :
transformation de la morphologie générale avec
élargissement du bassin chez les femmes,
élargissement des épaules et augmentation de la
masse musculaire chez les hommes,
apparitions des seins,
apparition de la pilosité (pubis, aisselles, barbe)
237
modification du timbre de la voix chez les garçons
7. La puberté (fin)
Schéma de la mise en place des caractères sexuels primaires et secondaires chez le garçon et chez
la fille.
238
8. La contraception
Genre
Méthodes
Masculine
Le préservatif :
• rôle contraceptif grâce au recueil du
sperme au moment de l’éjaculation dans un
fin étui en latex
• meilleur rempart contre les infections
sexuellement transmissibles (I.S.T.) qui
restent fréquentes en France (chlamydiase,
gonorrhée, SIDA…).
La vasectomie :
• ligature du canal déférent au niveau du
scrotum.
• méthode définitive.
La contraception hormonale :
… encore au stade expérimental.
239
8. La contraception (suite)
Genre
Féminine
Méthodes
La contraception hormonale :
-effet principal : empêcher l’ovulation
-pilules, patchs ou implants sous-cutané ou utérin.
-très grande fiabilité.
-« pilule du lendemain » : doses élevées d’un œstrogène et de
progestérone qui bloquent l’ovulation et agissent sur la muqueuse
utérine pour empêcher la nidation.
La contraception mécanique :
-le diaphragme.
•cloche en matière synthétique coiffant le col de l’utérus et
tapissant toute la cavité vaginale (idem avantages du préservatif
masculin).
•fiabilité liée au mode d’utilisation.
-le stérilet
•implanté dans l’utérus : action mécanique empêchant la nidation
•comprend une gaine de cuivre : action spermicide (chimique).
•très grande fiabilité mais déconseillé aux femmes n’ayant pas eu
d’enfants.
La contraception chimique :
-sous forme de gélules ou de crèmes spermicides, en général
associées avec un diaphragme.
-fiabilité liée au mode d’utilisation.
La contraception chirurgicale :
-ligature des trompes, empêchant la rencontre entre ovule et
spermatozoïde.
-très grande fiabilité mais non réversible.
240
9. La procréation médicalement assistée
-En cas de stérilité de l’un des deux partenaires
-Adaptée en fonction du type de stérilité.
• Lorsque les spermatozoïdes ne peuvent pas passer le col de l’utérus ou si l’homme est stérile
(nombre de spermatozoïdes insuffisant ou absence de spermatozoïdes) :
Insémination artificielle au moment de la période de fécondité en injectant du sperme (de
l’homme ou d’un donneur) directement dans l’utérus au moyen d’une seringue
• Lorsque les trompes sont bouchées :
Pratique d’une FIV (Fécondation In Vitro). La femme est soumise à un traitement hormonal qui
permet la maturation simultanée de plusieurs ovules en même temps. Ces ovules sont recueillis
directement au niveau de l’ovaire et placés dans un milieu nutritif. Ils sont ensuite mis en
présence des spermatozoïdes, le bon déroulement de la fécondation est surveillé sous microscope.
Lorsque les embryons ont effectué leurs premières divisions cellulaires, ils sont implantés dans
l’utérus dont la muqueuse a été préparée par le traitement hormonal. L’implantation est multiple
pour avoir l’assurance que l’un au moins des embryons survivra. Cette implantation de plusieurs
embryons en même temps peut conduire à une grossesse multiple. Le taux de réussite est
d’environ 25%.
• Lorsque les spermatozoïdes sont peu nombreux ou peu actifs :
Idem précédemment mais en injectant directement, sous microscope, un spermatozoïde dans
l’ovule à l’aide d’une micropipette. Les embryons sont ensuite implantés dans l’utérus.
241
10. Les jumeaux
Il y a deux catégories de « jumeaux » : les vrais jumeaux et les faux jumeaux.
- Les vrais jumeaux (ou triplés ou quadruplés) sont issus d’un même embryon (issu de la fusion
d’ 1 ovule par 1 spermatozoïde) qui se fragmente spontanément lors de sa descente vers
l’utérus.
Les deux embryons ont donc le même patrimoine génétique et sont donc obligatoirement de
même sexe.
• Si la fragmentation se fait avant l’implantation dans la paroi utérine, on aura des jumeaux
« biplacentaires » : chacun leur placenta et leur cavité amniotique.
• Si la fragmentation se fait après l’implantation : placenta unique mais avec une ou deux
cavités amniotiques (selon le moment de la scission), chacun des jumeaux avec son propre
cordon ombilical.
• Si la fragmentation est incomplète (généralement une fragmentation tardive) : naissance de
bébés siamois dont le point de rattachement est fonction du lieu de la fragmentation.
- Les faux jumeaux proviennent de la fécondation, par des spermatozoïdes différents, de
deux ovules arrivés à maturité en même temps.
Ils ont donc des patrimoines génétiques différents.
Chaque embryon développe son propre placenta et sa propre cavité amniotique.
Ils peuvent être de même sexe ou de sexes différents.
242
GEOLOGIE
243
Les séismes
 Les effets des séismes
1.
Les séismes ont des conséquences sur le paysage et, en
zones habitées, sur la population et les constructions.
L’Echelle Macrosismique Européenne (E.M.S.)
indique l’intensité d’un séisme, à un endroit donné,
à partir de la description des effets sur l’Homme, les
« objets », l’environnement.
Il s’agit d’une échelle fermée, graduée de I
(intensité la plus faible) à XII (intensité la plus forte).
Suite à un séisme, en reportant sur une carte, les zones
ayant subi les mêmes types de dommages, on délimite
des zones de même intensité sismique : isoséistes.
Les zones délimitées sont concentriques.
La zone centrale est celle où l’intensité relevée sur
l’échelle E.M.S. est la plus élevée et où les
conséquences en surface sont les plus importantes. Elle
est appelée : épicentre.
244
 Les effets des séismes
Les séismes laissent généralement en surface des
terrains, des fractures : les failles, avec
déplacement des parties séparées de part et
d’autre de la zone de fracture.
Ce déplacement peut être :
- horizontal
- vertical
245
 L’enregistrement d’ondes sismiques
L
P S
Un séisme se manifeste par des vibrations qui
agitent le sol.
Ces vibrations peuvent être enregistrées par des
appareils : sismographes.
Les enregistrements : sismogrammes
correspondent à des ondes élastiques qui se
propagent dans toutes les directions de l’espace.
- les ondes P (premières) : les plus rapides.
Vibrations longitudinales en compression (en
milieux solides et liquides).
- les ondes S (secondes) : vibrations (en milieux
solides) transversales et en cisaillement
perpendiculaires à la direction de propagation.
Les ondes P et S sont des ondes de volume.
-les ondes L (Love) et R (Raleigh), les plus
lentes, superficielles. Les ondes L agitent le sol
dans un plan horizontal perpendiculaire à leur
direction de déplacement. Les ondes R déplacent les
roches à la fois horizontalement et verticalement
dans un plan vertical parallèle à la direction de
246
déplacement du front de l’onde.
 L’origine des séismes et la propagation des ondes sismiques
Sans faille préexistante
Avec faille préexistante
Un séisme correspond à la rupture d’une roche
soumise à des tensions :
-En compression
-En extension
qui s’accumulent pendant des années voire des
siècles.
A la limite de la déformation élastique des
roches, l’énergie accumulée est brutalement
libérée au foyer du séisme sous forme :
-de chaleur (70%)
-d’ondes élastiques qui se propagent dans tous
les directions de l’espace à partir du foyer. Elles
atteignent la surface, en premier en un lieu situé à
la verticale du foyer : l’épicentre (d’où les
dégâts les plus importants).
Les ondes sismiques se propagent en
s’amortissant avec la distance parcourue.
En fonction de la profondeur du foyer, on
distingue:
-Les séismes superficiels : 0 – 60 Km
-Les séismes intermédiaires : 60 – 300 Km
247
-Les séismes profonds : 300 – 700 Km
 L’origine des séismes et la propagation des ondes sismiques
(suite)
On peut caractériser un séisme par : sa magnitude.
La magnitude est une mesure de l’énergie libérée par la secousse.
Elle correspond au logarithme de l’amplitude A (en mm) des ondes de
surface mesurées à 100 Km de l’épicentre sur un sismographe donné.
Cette « échelle » ou magnitude de Richter n’est pas bornée.
La magnitude maximale connue est de 9,5 à ce jour (Chili 1960).
Par rapport à un séisme de magnitude 5, un séisme de magnitude 6 se
caractérise par :
- une amplitude d’ondes > d’un facteur 10
- une libération d’énergie 30 fois >.
248
 Les ondes sismiques et la structure du globe
P, S
P, S
L’étude de la propagation des ondes de volume P et S à travers la
Terre et de la variation de leurs vitesses a permis de délimiter les
différentes couches constitutives du globe et de comprendre sa
structure interne :
-La vitesse de propagation des ondes P et S ne varie pas
régulièrement avec la profondeur. Les irrégularités constatées
correspondent à des modifications de la nature des matériaux ou à
des changements physiques (variations de Pr., Tre). Les variations
les plus spectaculaires correspondent aux discontinuités majeures
qui délimitent les différentes couches de la planète.
-Quelque soit la localisation du séisme, les lois de transmission
des ondes sismiques restent les mêmes. La structure profonde du
globe présente une symétrie sphérique. Le globe terrestre est donc
constitué de couches concentriques.
249
 La répartition des séismes à la surface de la Terre
Les séismes sont particulièrement fréquents le long des reliefs sous-marins dorsales et fosses
océaniques et au niveau des chaînes de montagne. Ces reliefs constituent les zones actives du
globe où les roches sont en permanence soumises à de fortes contraintes.
L’activité sismique est essentiellement :
- superficielle au niveau des dorsales océaniques,
- de superficielle à profonde des fosses océaniques aux chaînes de montagne en bordure continentale,
250
- intermédiaire au niveau des chaînes de montagne intracontinentales.
 La prévention du risque sismique
Les séismes sont très difficiles à prévoir cependant les régions à risque sont connues.
La prévention se révèle le moyen le plus efficace dans la protection de la vie et des biens.
Les constructions parasismiques résistent mieux aux
secousses sismiques mais avec un surcoût de 10% que
seuls les pays riches peuvent se permettre.
-des exercices fréquents,
-une discipline et des consignes
de sécurité apprises très tôt dès
Cas des bâtiments l’école
constituent une stratégie de
de petite taille :
prévention efficace.
Unification du
bâtiment en un seul
bloc par des
armatures
métalliques.
Chaînages
empêchent
l’écartement des
murs.
Cas des bâtiments de grande taille :
-Construction d’une base bien implantée au sol
-Édification de l’immeuble sur cette structure
Immeubles accompagnent les secousses en ondulant sans se
briser.
251
 La prévention du risque sismique (suite)
Risque sismique =
Aléa sismique x Vulnérabilité
est la possibilité pour un site ou une région
de subir une secousse sismique de
caractéristiques données dépendant de :
•la périodicité du séisme,
•la localisation de l’épicentre,
•la profondeur du foyer,
•le type de mouvement,
•l’énergie développée (magnitude).
dépend des personnes et des biens exposés à
l’aléa :
•de la population :
de son niveau d’éducation,
de son niveau économique et social,
de la vétusté du bâti liée à la pauvreté,
de l’existence ou non d’une culture
sismique;
•des constructions :
de la qualité de la fondation,
du mode de construction,
des matériaux utilisés,
des aménagements intérieurs.
252
En résumé…
253
Le Volcanisme
 Des éruptions volcaniques différentes
-Caractéristiques générales2.
Une éruption volcanique :
- commence par une fissuration des roches en surface : séismes
- se poursuit par l’arrivée en surface :
 d’un magma formé :
 de roches en fusion = laves
 de gaz qui les poussent
 de débris rocheux entraînés par la montée du magma.
En fonction de leur taille :
 Cendre : < 2 mm
 Lapilli : 2 mm < d < 30 mm
 Scories : 30 mm < d < 64 mm
 Bombes
254
 Des éruptions volcaniques différentes (suite)
Le type effusif
- Consistance de la lave : fluide et pH basique
- Couleur de la lave après son refroidissement :
sombre
-Température de la lave > 1000°C (1200°C)
- Produits émis : coulées, projections
diverses, lac de lave
- Edifice associé à ce type d’éruption : cône de
scories
- Modification du paysage : progressive et
mineure
Le type explosif
- Consistance de la lave :visqueuse et pH acide
- Couleur de la lave après son refroidissement :
claire
-Température de la lave > 800°C
- Produits émis : Nuée ardente, panache de
cendres
- Edifice associé à ce type d’éruption : cratère
d’explosion
- Modification du paysage : instantanée et
profonde
255
 La structure d’un volcan
Un volcan est le lieu de la croûte terrestre où de la lave et des gaz arrivent à la
surface au travers de fractures. L’appareil volcanique prendra des formes
différentes suivant la nature des laves émises.
Volcan issu
d’une éruption effusive
-Fusion de roches surchauffées à
certains endroits du manteau
(plusieurs 10aines km de
profondeur), formant un magma.
-Migration lente du magma
(densité plus faible que les terrains
voisins)vers une ou plusieurs
chambres magmatiques (quelques
km sous l’édifice volcanique).
-Volcan formé par l’accumulation
des matériaux émis au cours des
éruptions successives.
-Reprise de l’ascension des roches
fondues vers la surface, sous
l’action des gaz dissous, via des
fissures qui constituent la
cheminée.
-Lors de la remontée : diminution
de la pression, dilatation des gaz
et exercice d’une poussée encore
plus forte.
Volcan issu
d’une éruption explosive
256
 Du magma à la roche volcanique
La roche volcanique est issue de solidification de la lave suite à son refroidissement.
Les basaltes sont des roches issues du refroidissement des laves basiques produites
lors des éruptions effusives.
Les andésites constituent un exemple de roches issues du refroidissement des laves
acides visqueuses produites lors des éruptions explosives (comme les dacites, les
trachytes).
Le basalte renferme :
- olivine,
- pyroxène,
- feldspath
-Toutes les roches volcaniques : une
structure microlitique (avec des cristaux
de taille très différente).
-Taille des cristaux dépend de la vitesse
V de refroidissement de la lave :
V lente : cristaux de grande taille =
phénocristaux
V très rapide : matière fondue non
cristallisée = verre volcanique
V intermédiaire : cristaux de petite
taille = microlites
D’où :
Phénocristaux formés en profondeur
dans la chambre magmatique (V lente)
Microlites formés pendant la remontée
dans la cheminée (V intermédiaire)
Verre formé en surface (V très rapide).
L’andésite renferme :
- pyroxène,
- biotite,
- plagioclases
257
 La répartition des volcans à la surface de la Terre
Les magmas se forment là où des conditions particulières entraînent la fusion des roches
en profondeur :
- volcans explosifs alignés autour de l’Océan Pacifique, en bordure des continents et
près des fosses océaniques.
- volcans effusifs isolés sur les continents ou à l’origine d’une île au milieu de l’océan.
258
- volcanisme effusif sous-marin au niveau des dorsales océaniques.
 La prévision et la prévention des risques volcaniques
Eruptions volcaniques assez faciles à prévoir dans une fourchette de temps large :
des sismographes enregistrent les étapes de la montée du magma dans la
cheminée à travers les tremblements de terre qu’elle provoque,
des inclinomètres mesurent les modifications des pentes du volcan liées à son
gonflement,
des distançomètres laser mesurent les variations de distance entre deux points,
des signes avant-coureurs de l’éruption interviennent : émissions de gaz, de
cendre, … analysées ou filmées par des caméras sur place et des satellites de
surveillance.
Par leur histoire, leur mode de fonctionnement effusif ou explosif :
la dangerosité des volcans est évaluée


-
volcans effusifs pas à peu dangereux
volcans explosifs dangereux
des préventions liées aux activités humaines sont dégagées.
259
En résumé…
260
3.

La tectonique des plaques
Des zones stables à la surface du globe et des frontières
actives (séismes/ volcanisme)
261
 La surface du globe découpée en plaques
-Surface du globe découpée en parcelles ou plaques (une 12aine de grande à petite)
-Frontières des plaques : alignements sismiques et volcaniques
-Épaisseur : une 100aine de Km
-Constitution : croûte + manteau > = lithosphère
262
 Le mouvement des plaques
-Les plaques lithosphériques reposent sur l’asthénosphère ductile du manteau
-Les plaques sont en mouvement les unes par rapport aux autres :
 en écartement au niveau des dorsales océaniques (zones de divergence)
 en rapprochement (zones de convergence)
 en coulissage
263
 Un exemple de frontière entre plaques qui… s’écartent :
« la dorsale Atlantique »
- Dorsale océanique : relief sous-marin,
quelques 100aine km de large et 60 000 Km de
longueur.
-Axe de la dorsale : frontière entre 2 plaques en
divergence (ici plaque S.A. et plaque A.)
-Mouvements de divergence entrainent :
• amincissement de la lithosphère,
•fissuration des terrains,
•montée de magma- volcanisme effusif- avec
mise en place de laves de basalte qui
remplissent les fissures (solidification très
rapide en forme de « pillow-lava »),
•formation et expansion continue d’un plancher
océanique de part et d’autre de l’axe de la
dorsale tant que se maintient la divergence.
-Vitesse d’expansion :
• dorsales rapides : 8 cm/an (dans le Pacifique :
océan avec zones de subduction )
• dorsales lentes : 4 cm/an (dans l’Atlantique
264
sans zone de subduction).
 Un exemple de plaques qui… se rapprochent :
 La subduction de la plaque du Nazca sous la plaque Sud-Am.
-Zone de subduction : frontière entre plaques en convergence, caractérisée par la présence d’une fosse océanique, à
l’arrière de laquelle se manifestent séismes et volcanisme explosif.
-Origine de la fosse : enfoncement de la plaque océanique créée au niveau de la dorsale qui, devenue très dense par
refroidissement, plonge dans l’asthénosphère comparativement moins dense, … en courbant la plaque continentale.
-Origine des séismes : les frottements et les relaxations liés à l’enfoncement de la plaque océanique sous l’autre plaque
lithosphérique avec des foyers répartis suivant un plan incliné.
-Origine du volcanisme explosif : dans sa plongée, la plaque océanique se déshydrate et provoque la fusion partielle de
265
la lithosphère sus-jacente par un apport d’eau : lave épanchée de type andésitique.
• Un exemple de plaques qui… se rapprochent (suite):
 La collision à l’origine des Alpes
-250 Ma : la zone alpine constituée de lithosphère continentale est soumise à une distension (dans
le sens N-W/S-E) et est le lieu d'une ouverture d'un rift continental (déchirure suite à l’étirement
et l’amincissement de la lithosphère continentale).
-140 Ma : le « rifting » se poursuit par l'ouverture de l‘Océan Alpin, c'est-à-dire par la formation
de lithosphère océanique séparant la plaque européenne à l'ouest de la plaque adriatique à l'est.
L‘Océan Alpin continue de s'agrandir jusqu'à - 80 Ma accompagné par l’expansion de
l’Atlantique Central contemporain et le coulissage de la plaque africaine vers l’E.
-50 Ma : l’ouverture de l’Atlantique Sud provoque une rotation de la plaque africaine vers le NN-W qui va ainsi à la rencontre de l’Europe; il y a résorption de l’Océan Alpin par subduction de
la plaque européenne sous la plaque adriatique (appartenant à la plaque africaine), puis collision.
266
• Un exemple de plaques qui… se rapprochent (suite):
 La collision à l’origine des Alpes (suite)
267
 Un exemple de plaques qui… se rapprochent (suite):
 La collision à l’origine des Alpes (suite)
1- Eloignement de la plaque européenne A de la
plaque adriatique B suite au fonctionnement
d’une dorsale.
2- Fin de l’accrétion océanique, le mouvement
de la plaque européenne s’inverse, son plancher
océanique A plonge sous la plaque adriatique B
3- Tout le plancher océanique de la plaque
européenne disparaît dans l’asthénosphère ; le
plancher de la plaque adriatique B passe sur le
continent de la plaque européenne et lui fait subir
un plissement perpendiculairement à la poussée.
4- Le plancher océanique de la plaque adriatique
B se sépare du continent, il constitue une suture
ophiolitique (constituée de basaltes notamment)
coincée entre les 2 masses continentales qui
marque la limite entre les 2 plaques.
268
 Le moteur de la tectonique des plaques
- Existence d’un gradient thermique de 30 C/km
en moyenne dans la croûte continentale,
[90 C/km dans certaines régions, 10 C/km dans
d'autres].
- Constat d’une répartition très inégale du flux
géothermique à la surface du globe, avec des
zones à flux élevé (notamment dans l’axe des
dorsales) et d’autres à flux faible (au niveau
des fosses océaniques)
- Origine de la chaleur interne : essentiellement
la désintégration de certains isotopes radioactifs.
- L'énergie produite à l'intérieur de globe gagne
la surface de la Terre par:
•Conduction : transfert de proche en proche de
la chaleur du noyau et surtout du manteau (plus
radioactif) vers la surface ;
•Convection en déplaçant une matière chaude
des profondeurs du manteau ductile vers la
surface lors des accrétions au niveau des
dorsales et en faisant replonger des plaques
froides dans le manteau lors des subductions.
C'est le moteur de la tectonique des plaques. 269
 Le moteur de la tectonique des plaques (suite)
- Convection mantellique
entraîne, par friction sur la base de
la lithosphère :
•des zones de contraintes en
distension,
• des zones de contraintes en
compression,
qui provoquent des mouvements
et des déformations de la
lithosphère et des roches qui la
composent.
-Distension provoque un
amincissement à l'échelle de la croûte
et la création de Rift.
Si distension se poursuit : séparation
de la plaque en deux parties, avec
éloignement et création d'un océan.
- Compression amène la convergence
de 2 plaques et leur affrontement.
Affrontement de 2 plaques à croûte
continentale : lieu d'un épaississement
de la croûte continentale, avec
270
formation de reliefs.
• Le bilan dynamique de la lithosphère
Mise en place d’une nouvelle
lithosphère océanique, c’est-àdire du plancher océanique à
partir du rift d’une dorsale
océanique
Couches sédimentaires
déposées sur le plancher
océanique et entraînées vers
une fosse océanique par le
phénomène de subduction et
où elles s’empilent les unes
sur les autres.
271
 Le cycle de la lithosphère
A l'échelle de l'histoire de la Terre, la
reconstitution du mouvement des
plaques donne lieu à des modèles ou
cycles, faisant alterner des périodes :
- où les continents sont disloqués
- des périodes où les continents sont
réunis en une masse supercontinentale (Pangée).
On a donné le nom de "cycle de
Wilson" au cycle :
- démarrant par un nouveau rift,
- se poursuivant par la création de
plaque océanique et la subduction,
- se terminant par la collision
continentale.
Un tel cycle pourrait durer de 300 à
500 MA.
Le dernier cycle a aboutit à la
constitution de la Pangée, il y a 280
MA, dont l'éclatement n'est pas encore
achevé de nos jours.
N.B. : déclenchement de l’éclatement en
raison d’une conduction thermique gênée
vers la surface par la masse super272
continentale.
En résumé…
273