docx - STAO

SNC1D/SNC1P Durabilité des écosystèmes/Écosystèmes et activité
humaine
Démonstration par l’enseignante ou l’enseignant – Toxicité
dans la chaîne alimentaire
Sujets
Durée
bioaccumulation
bioamplification
réseau trophique (alimentaire)
toxines
préparation : 10 min
démonstration : 15 min
Attentes particulières
SNC1D
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
B1.5 Discuter des facteurs anthropiques (p. ex., introduction d’espèces, déforestation, dépôt
acide) qui influent sur la survie d’une population et sur l’équilibre d’écosystèmes terrestres et
aquatiques.
SNC1P
A1.10 Tirer une conclusion et la justifier.
B1.5 Discuter des facteurs anthropiques (p. ex., introduction d’espèces exotiques; altération des
habitats; utilisation de pesticides et d’engrais; surexploitation des ressources; pollution) qui
influent sur la survie d’une population et sur l’équilibre des écosystèmes terrestres et
aquatiques.
Introduction
Les activités humaines sont responsables de la production et de l’émission de polluants qui ont
un impact énorme sur l’environnement. La pollution entraîne des problèmes de toutes sortes.
Parmi les agents de pollution les mieux connus, il y a les gaz à effet de serre, principale cause du
réchauffement climatique, les polluant aériens acidifiants qui sont responsables des pluies acides,
et les substances toxiques persistantes qui entraînent la mort des prédateurs de niveau trophique
supérieur dans les écosystèmes.
Dans son livre Printemps silencieux publié en 1962, Rachel Carson parlait déjà des dangers
associés à l’usage excessif de pesticides et des répercussions que la révolution industrielle
pourrait avoir sur l’environnement. L’impact des produits chimiques est devenu visible moins
d’une décennie plus tard lorsque certaines populations d’oiseaux de proie ont commencé à
décroître, les toxines nuisant à la reproduction en empêchant la formation des coquilles et
l’éclosion.
Les toxines affectent tous les êtres vivants, mais leur impact est le plus visible chez les
prédateurs d’un ordre plus élevé parce que la concentration de toxines s’amplifie à travers la
chaîne alimentaire. Par exemple, un pesticide est vaporisé sur un marais pour lutter contre les
moustiques. Bien qu’on réussisse à contrôler les populations de moustiques, de faibles traces du
pesticide s’accumulent dans les micro-aquatiques comme le phytoplancton (organismes
microscopiques faisant de la photosynthèse qui forment la base de la chaîne alimentaire
aquatique). Les larves d’insectes se nourrissent ensuite des micro-organismes en grandes
quantités et la concentration de toxines augmente dans leurs tissus. Comme nombre de ces
toxines sont liposolubles (c’est-à-dire, solubles dans les graisses), elles sont emmagasinées dans
les tissus de l’organisme au lieu de rester dissoutes dans l’eau et de traverser le système
excréteur. Ce processus se poursuit lorsque les insectes sont mangés par les petits poissons qui
alimentent les poissons plus gros qui, eux, sont mangés par les prédateurs de niveau trophique
supérieur, soit les goélands, les faucons et les balbuzards pêcheurs. La concentration très élevée
de toxines perturbe le fonctionnement de ces prédateurs, causant la mort ou limitant leur capacité
de reproduction (fig.1).
Phytoplancton
0,025 ppm
Zooplancton
0,123 ppm
Œufs de goéland argenté
124 ppm
Éperlan
1,04 ppm
Truite de lac
4,83 ppm
Image reproduite avec la permission de l’EPA (Environmental Protection Agency)
Fig.1 La concentration d’une toxine est amplifiée de 0,025 ppm (partie par million) dans le
phytoplancton à 124 ppm dans les œufs de goéland argenté.
Dans cette démonstration, les contenants représentent les organismes d’une chaîne alimentaire, et
les perles représentent une toxine véhiculée par l’eau à laquelle les organismes sont exposés.
Matériel
sac de pois, de haricots ou de perles en
plastique de couleur (100 ml)
10 petites éprouvettes
3 éprouvettes de taille moyenne
1 grande éprouvette
Consignes de sécurité

Aucune
bécher de 50 ml
bécher de 100 ml
ruban adhésif
marqueur
Marche à suivre
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Prédire / Expliquer
Posez la question suivante aux élèves : « Comment les quantités de toxines présentes dans
les petits organismes (consommateurs de premier ordre) se comparent-elles aux quantités
présentes dans les prédateurs plus gros dans un écosystème? » Demandez aux élèves
d’expliquer leurs prédictions.
Observer
Avec les élèves, construisez une chaîne alimentaire (au tableau) comptant cinq (5) niveaux
trophiques. Un niveau trophique correspond à un maillon de la chaîne alimentaire. Par
exemple :
micro-organismes → insectes → petit poisson → gros poisson → faucon
Utilisez le ruban adhésif et le marqueur pour étiqueter les éprouvettes : les petites
éprouvettes représentent le premier organisme de la chaîne alimentaire, celles de taille
moyenne représentent le deuxième organisme et la grosse éprouvette correspond au
troisième organisme. Le bécher de 50 ml représente le quatrième organisme et celui de
100 ml, le cinquième organisme.
Afin de créer un contexte pour les élèves, racontez l’histoire d’un système écologique
humide favorisant la reproduction de moustiques susceptibles de propager une maladie
(comme le virus du Nil occidental). Pour contrôler les populations de moustiques et
prévenir la propagation de maladies, un pesticide sera vaporisé sur l’écosystème.
Placez les 10 petites éprouvettes dans un support posé sur un plateau. Parsemez les perles
(pour simuler l’épandage du pesticide) jusqu’à ce qu’il y ait environ 0,5 ml de perles dans
chaque éprouvette. Pendant que vous parsemez les perles, expliquez aux élèves ce qui se
produit : « Les petites éprouvettes représentent les micro-organismes. Le pesticide est
vaporisé sur l’écosystème et une partie est absorbée par les micro-organismes ».
Les éprouvettes de taille moyenne représentent le second groupe d’organismes dans la
chaîne alimentaire élaborée par la classe (p. ex., les insectes). Continuez l’histoire : « Les
insectes mangent 3 micro-organismes ». Ajoutez le contenu de 3 petites éprouvettes à l’une
des éprouvettes de taille moyenne. Refaites la même chose avec chacune des deux autres
éprouvettes moyennes. Mettez de côté la dernière petite éprouvette (du lot de dix original)
et dites aux élèves que vous l’utiliserez plus tard.
La grande éprouvette correspond au troisième organisme de la chaîne alimentaire (p. ex.,
un petit poisson). Le petit poisson mange trois insectes. Versez les billes des trois
éprouvettes de taille moyenne dans la grande éprouvette.
Dans l’une des éprouvettes moyennes (insectes), versez environ 1,5 ml de perles et mettezla de côté; vous l’utiliserez pour comparer les quantités de toxines présentes dans chaque
organisme à la fin de la démonstration.
Le bécher de 50 ml représente le quatrième organisme (p. ex., un gros poisson). Le gros
poisson mange trois petits poissons. Faites une marque sur la grande éprouvette au niveau
des perles, puis transférez les perles de la grande éprouvette dans le bécher de 50 ml.
Versez de nouveau des perles dans la grande éprouvette jusqu’à la marque que vous avez
tracée et ajoutez-les dans le bécher de 50 ml. Répétez cette étape une troisième fois. Enfin,
versez des perles dans la grande éprouvette jusqu’à la marque, puis mettez l’éprouvette de
côté pour la comparaison à la fin de la démonstration.
Le prédateur de niveau trophique supérieur (p. ex., le faucon) est représenté par un bécher
de 100 ml. Le faucon mange 2 gros poissons. Marquez le niveau de perles sur le bécher de
11.
50 ml puis versez les perles dans le bécher de 100 ml (faucon). Versez des perles dans le
bécher de 50 ml jusqu’à la ligne, et donnez-les à manger au faucon. Versez encore une fois
perles dans le bécher de 50 ml jusqu’à la ligne, et mettez-le de côté.
Comparez les contenus des 5 « organismes » (fig.2).
Micro-organismes
Micro-organismes
Faucon
0,5 ml chaque
27 ml
Insectes
1,5 ml chaque
Gros poisson
Petit poisson
13,5 ml
4,5 ml
Fig. 2 Organigramme illustrant le volume de perles (toxines) dans chaque « organisme »
après qu’il a mangé des organismes d’un niveau inférieur dans la chaîne alimentaire
12.
Expliquer
« Est-ce que tous les organismes aux différents niveaux de la chaîne alimentaire auront la
même concentration de toxines que tous les autres organismes se trouvant au même
niveau? » Demandez aux élèves d’expliquer leurs réponses à cette question.
Nettoyage
Rangez les perles et les articles de verre pour usage futur.
Qu’est-ce qui se produit?
Le nombre de perles (quantité de pesticide) dans les contenants (organismes) augmente à chaque
niveau successif de la chaîne alimentaire.
Comment ça fonctionne?
À la première vaporisation du pesticide, une petite quantité de perles s’est accumulée dans les
petites éprouvettes. Cela représente une faible concentration de toxines au début de la chaîne
alimentaire. Les toxines s’accumulent à chaque niveau trophique successif. Cet aspect est illustré
dans la démonstration par la plus grande quantité de perles présentes dans le corps des prédateurs
de niveau supérieur. La raison est que les prédateurs mangent beaucoup d’organismes
contaminés sous leur niveau trophique dans la chaîne alimentaire.
Suggestions/conseils pour l’enseignante ou l’enseignant
1.
2.
Pendant la démonstration, insistez sur le fait que les perles et les contenants en verre
représentent le pesticide et les organismes. À mesure que les perles s’accumulent et
progressent dans la chaîne alimentaire, utilisez souvent les termes « pesticide ou toxine ».
De même, utilisez les noms des organismes de la chaîne alimentaire lorsque vous
manipulez les contenants en verre. Par exemple, lorsque vous tenez la grande éprouvette,
dites « le petit poisson » est mangé par le « gros poisson » (petit bécher).
Cette démonstration illustre l’amplification des concentrations de toxines à travers une
chaîne alimentaire. Les valeurs ne seront pas les mêmes pour chaque micro-organisme,
insecte, poisson, etc. Pour mieux simuler l’écosystème, les perles pourraient être dispersées
de façon aléatoire au-dessus des éprouvettes (la quantité dans chaque tube variera). Les
insectes pourraient ensuite manger au hasard 3 micro-organismes, et ainsi de suite. Sur
plusieurs essais, l’accumulation de toxines dans le prédateur de niveau trophique supérieur
variera un peu et sera fatale dans certains cas. Par exemple, s’il y a 50 perles, la réussite de
la reproduction est compromise et s’il y a plus de 100 perles, le prédateur meurt.
Prochaines étapes
Discutez des problèmes que la pollution engendre à l’échelle locale et de son impact éventuel sur
les écosystèmes aquatiques ou terrestres. Les élèves pourraient faire une recherche sur les
mesures que prend le gouvernement pour lutter contre les problèmes de la pollution.
Ressources supplémentaires
1. NOAA : modèle interactif de bioamplification –
http://oceanexplorer.noaa.gov/edu/learning/player/lesson13/l13la1.html (en anglais
seulement)
2. Environnement Canada : Mercure dans la chaîne alimentaire http://www.ec.gc.ca/mercure-mercury/default.asp?lang=Fr&n=d721ac1f-1