1. Plan du cours

Introduction.

• L'étude de la respiration chez l'Homme nous a montré que la respiration nécessite :
  • un milieu extérieur riche en oxygène,
  • un système de renouvellement du milieu extérieur rendu visible par les mouvements respiratoires,
  • un lieu d’échange des gaz entre le milieu extérieur et le milieu intérieur : les organes respiratoires,
  • dans le milieu intérieur, un transporteur (exemple, le sang) qui relie les organes respiratoires aux autres organes de l'organisme.
• L'étude du rôle de la respiration dans le fonctionnement de l'organisme (en particulier lors d'un effort physique), nous a permis de comprendre que la respiration apporte le dioxygène aux organes qui en ont besoin (le muscle par exemple).
• Dans les muscles (au niveau des cellules qui forment le muscle), l’oxygène « brûle » les nutriments pour libérer l'énergie qui y était contenue. Cette énergie est nécessaire au travail des cellules et pour certains organismes (Mammifères et Oiseaux) au dégagement de chaleur. Il résulte de ce fonctionnement des déchets dont le dioxyde de carbone qui est un gaz et qui doit être rejeté par l'intermédiaire de l'appareil respiratoire.

I. Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste à absorber du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone.
Manuel, p. 92-93

A. Mise en évidence de la respiration chez le cahmpignon
Expérience qui utilise des champignons de Paris à condition qu'ils soient jeunes et très fraîchement récoltés. Les champignons n'étant pas chlorophylliens (vu en 6e), les seuls échanges gazeux qui sont enregistrés sont ceux de la respiration. On peut remplacer avantageusement les champignons par des graines de lentilles ou de soja en germination. Cette expérience rappelle par son protocole, celle réalisée au chapitre respiration du muscle avec un fragment de muscle frais.

B. Mise en évidence de la respiration chez les animaux
T.P. ExAO avec un poisson rouge.

Les mesures de concentration de l'eau dans laquelle vit le poisson à l'aide de la sonde à oxygène plongée dans une cuve fermée, montre une diminution constante de la concentration de l'eau en dioxygène durant les 10 minutes de l'expérimentation.
Cette diminution de la concentration en dioxygène résulte d'une consommation du dioxygène par le poisson (l'expérience témoin réalisée dans les mêmes conditions sans poisson montre que la concentration reste constante).

II. La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d'occuper différents milieux.
T.P. réalisé par équipes avec mise en commun des observations.

A. Savoir utiliser le dioxygène gazeux de l'air. Deux méthodes.

Nous verrons en classe de 4e que la capacité d'utiliser l'oxygène gazeux de l'air est apparue chez les êtres qui ont conquis le milieu terrestre. Auparavant tous les êtres vivants qui respiraient ne savaient utiliser que l'oxygène dissous dans l'eau.

1. Les poumons

Ayant étudié en détail la respiration pulmonaire chez l'Homme, nous allons nous attacher à observer les poumons des Vertébrés Amphibiens (ou Batraciens), premiers vertébrés ayant vraiment conquis le milieu terrestre. La grenouille possède deux types de respiration.

a. Une respiration pulmonaire.

• Les poumons constituent le lieu d’échange entre le milieu extérieur (l'air) et le sang (manuel, doc 1b, p. 94).
• Elle est incapable de mouvements thoraciques pour renouveler l'air dans son poumon. Observation des mouvements respiratoires de la grenouille (et manuel, doc 1, p. 98).

b. Une respiration cutanée

• L’organe respiratoire est la peau. Elle doit être fine, humide et richement capillarisée (manuel, doc. 2f, p. 77).
• Les échanges ne sont possibles que si l'oxygène est dissous dans une fine pellicule d'eau qui recouvre la peau.

2. Les trachées
Observation au microscope d'une préparation du commerce

• Le Criquet est un Invertébré, Arthropode, Insecte

Les trachées constituent les organes respiratoires des Insectes comme le Criquet, des Myriapodes et des Arachnides (les Arthropodes sauf les Crustacés). Lorsqu’on observe un criquet, on remarque immédiatement des mouvements rythmiques de l’abdomen, ce sont des mouvements respiratoires. Le criquet possède une respiration trachéenne. L'air entré par les stigmates est directement distribué aux organes par un réseau de trachées dans lequel l'air circule en va et vient. Ce courant d'air est animé par les sacs aériens pressés par les contractions de l’abdomen.

Segments abdominaux du criquet, montrant l'ouverture des trachées

Les stigmates communiquent avec un réseau de trachées connectées aux organes et reliées à des sacs aériens permettant le renouvellement de l'air.

• Dans cette stratégie respiratoire, les organes sont directement alimentés en oxygène gazeux par les trachées.

Les mouvements respiratoires abdominaux chez le criquet.

A - Les deux moitiés de la carapace des segments abdominaux s’éloignent, les sacs aériens gonflent et aspirent l'air venant de l'extérieur et venant des organes.	B -Dans les sacs aériens l'air est un mélange d'air riche en oxygène et d'air appauvri venant des organes. Lorsque les deux moitiés de carapace se rapprochent et écrasent les sacs, l'air des sacs est chassé vers l'extérieur et vers les organes.

B. Savoir utiliser le dioxygène dissous dans l'eau.

1. La respiration du poisson

• Observation du courant d'eau
  Poisson rouge en aquarium
  • L'observation montre un mouvement rythmique de la bouche et des opercules.
  • Ce courant créé entre la bouche et les deux opercules qui s'ouvrent en se ferment alternativement, est responsable d'un courant d'eau.
  • Ce courant permet le renouvellement de l'eau au contact des branchies situées sous les opercules.
  • Schématisation du courant de renouvellement de l'eau au contact des branchies.
• Observation des branchies
  A l'œil nu et à la loupe des branchies d'une sardine
  • Les branchies sont les organes respiratoires qui permettent les échanges gazeux entre l'eau et le sang (responsable de la couleur rouge vif des branchies du poisson).
  • La structure en filaments augmente la surface de contact entre l'eau et le sang (milieu intérieur) qui circule à l'intérieur des filaments.
    • Cette augmentation de la surface de contact est caractéristique, nous le savons, des organes d'échanges entre deux milieux (plissement de la paroi interne de l’intestin grêle, millions d’alvéoles pulmonaires, sang circulant dans des millions de capillaires,…).
  • Schéma de la coupe d'une branchie.

2. Observation des branchies d'une moule vivante
Observation au microscope dans une goutte d'eau de mer prélevée dans la moule (choisir une moule bien fermée)

• Ouverture et observation d'une moule ouverte.
  • La Moule est un Invertébré, Mollusque, Bivalve . À l'intérieur du manteau, on distingue deux paires de branchies constituées de filaments.
• Observation d'un fragment de branchie entre lame et lamelle dans une goutte d'eau de mer
  • À la surface des filaments, des cils responsables du courant d'eau qui permet le renouvellement de l'eau au contact des branchies.
  • Ce courant apporte aussi le plancton et les particules organiques en suspension, qui sont retenus et emportés vers la bouche.
  • Les filaments jouent aussi le rôle de filtre alimentaire.
  • Schéma montrant la disposition des organes chez la Moule, manteau ouvert et la circulation de l'eau lorsque les 2 valves de la coquille sont entrouvertes.

C. Schématisation des différents types de respiration

• Fiche à compléter
• Document corrigé

III. Certaines caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants.

A. Les caractéristiques du milieu interviennent sur le type de respiration.

1. Un type de respiration qui correspond au milieu de vie
Manuel, p. 106.

• Les animaux terrestres possèdent des poumons ou des trachées.
• Les animaux aquatiques possèdent des poumons.

2. Des comportements respiratoires inattendus
Manuel, p. 107, 108 et 109.

• Les animaux aquatiques, qui vivent et se nourrissent dans l'eau possèdent des poumons ou des trachées.
• Etude de diverses stratégies.
  • Plonger en apnée et remonter de temps en temps à la surface (le plus fréquent).
  • Vivre dans une bulle d'air qui se réoxygène directement au contact de l'eau.
  • Posséder des trachéo-branchies.

B. Les caractéristiques du milieu influent sur la répartition des êtres vivants
T.P. et Manuel, p. 110 à 113

• T.D. Les conditions de vie de deux poissons d'eau douce : la Truite et la Carpe.
  • Fiche T.D.
  • Corrigé de la fiche

IV. Bilan concernant la respiration

La respiration nécessite :

1. un milieu extérieur riche en oxygène,
2. un système de renouvellement du milieu extérieur rendu visible par les mouvements respiratoires,
3. un lieu d’échange des gaz entre le milieu extérieur et le milieu intérieur : les organes respiratoires,
4. dans le milieu intérieur, un transporteur (exemple, le sang) qui relie les organes respiratoires aux autres organes de l’organisme.