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3. Échanges de matière et d’énergie dans un écosystème

La respiration transforme de la matière organique (glucose) en source d’énergie pour les êtres vivants...

Sommaire

Contexte et problématiqueQuestionnement ouvertQuestionnement guidé
DocumentsDoc. 1 Des exemples de chaînes alimentairesDoc. 2 Hétérotrophes et autotrophesDoc. 3 Répartition de l’énergie entre deux niveaux trophiquesDoc. 4 Une pyramide théorique de productivité nette
Savoir-faireConstruire un schéma fonctionnel
Bilan et exercicesÉchanges de matière et d’énergie dans un écosystèmeFlux de matière et d’énergie dans un écosystème - QCM

Contexte et problématique

La respiration transforme de la matière organique (glucose) en source d’énergie pour les êtres vivants. La photosynthèse permet, à partir de matière minérale (CO2) et d’énergie lumineuse, de produire du glucose.
Dans un écosystème, il existe des relations alimentaires entre les êtres vivants. Il y a donc, entre les êtres vivants et l’environnement, des transferts, des mouvements de matière ou d’énergie. Ces échanges sont qualifiés de flux.
Comment les métabolismes permettent-ils, à l’échelle d’un écosystème, de réaliser des transferts de matière et d’énergie ?

Questionnement ouvert

À l’aide de l’ensemble des documents et de vos connaissances, réaliser un schéma des échanges de matière et d’énergie entre les êtres vivants d’un écosystème.
Le schéma contiendra quatre niveaux trophiques et utilisera les valeurs théoriques de la pyramide de productivité nette.
Liste des documents
Doc. 1 Des exemples de chaînes alimentaires
Doc. 2 Hétérotrophes et autotrophes
Doc. 3 Répartition de l’énergie entre deux niveaux trophiques
Doc. 4 Une pyramide théorique de productivité nette
Doc. 5 Production de chaleur par les êtres vivants
Doc. 6 Recyclage de la matière et de l’énergie

Questionnement guidé

1.Docs 1 et 2. Réaliser une chaîne alimentaire présentant quatre niveaux trophiques et indiquant les molécules (matière organique et minérale) transférées entre les niveaux et avec l'environnement.
2.Docs 4 et 5. Ajuster la taille des flèches entre les niveaux trophiques pour représenter l’énergie réellement utilisée par ces niveaux.
3.Docs 6 et 7. Ajouter des flèches représentant la perte d’énergie sous forme de chaleur et le recyclage des détritus par les décomposeurs.
4.Donner un titre au schéma et ajouter des couleurs si besoin.
Liste des documents
Doc. 1 Des exemples de chaînes alimentaires
Doc. 2 Hétérotrophes et autotrophes
Doc. 3 Répartition de l’énergie entre deux niveaux trophiques
Doc. 4 Une pyramide théorique de productivité nette
Doc. 5 Production de chaleur par les êtres vivants
Doc. 6 Recyclage de la matière et de l’énergie

Documents

Doc. 1 Des exemples de chaînes alimentaires

Les flèches signifient « est mangé par ». Elles représentent surtout le sens du transfert de matière et d’énergie entre les divers maillons de la chaîne.
Les maillons sont appelés desniveaux trophiques(rang qu’occupe un être vivant dans un réseau alimentaire).

Doc. 2 Hétérotrophes et autotrophes

Un organisme est qualifié d’hétérotrophelorsqu’il doit prélever de la matière organique pour produire sa propre matière organique (et sa source d’énergie). Ce sont tous les consommateurs dans une chaîne alimentaire.
Un organisme est qualifié d’autotrophelorsqu’il est capable d’utiliser uniquement de la matière minérale et une source d’énergie (énergie lumineuse dans le cas de la photosynthèse) afin de produire sa matière organique (et sa source d’énergie). Ce sont les producteurs dans une chaîne alimentaire.

Doc. 3 Répartition de l’énergie entre deux niveaux trophiques

Afin de se rendre compte, visuellement, des quantités, l’épaisseur des flèches est proportionnelle à la valeur notée dans celles-ci.
De la matière produite par le végétal (et l’énergie stockée), moins de 20 % est utilisée par la chenille pour produire sa matière. Le reste est perdu sous forme d’excréments (déchets) ou lors de la respiration cellulaire (pour produire l’énergie nécessaire à la chenille).
Il y a donc, entre deux niveaux trophiques, une perte de matière et d’énergie.

Doc. 4 Une pyramide théorique de productivité nette

La productivité nette est, ici, la quantité d’énergie produite par chaque niveau trophique sans tenir compte des pertes.
Les producteurs convertissent seulement 1 % de l’énergie solaire disponible. Chaque niveau trophique convertit seulement 10 % de l’énergie disponible en nouvelle matière organique. En effet, les consommateurs n’utilisent pas toute la matière du niveau trophique inférieur ; une partie de ce cette matière finit donc en déchets (restes de matière non utilisés).

Savoir-faire

Construire un schéma fonctionnel

Un schéma fonctionnel est une façon de représenter le fonctionnement d’un phénomène réel. Dans un schéma fonctionnel, les éléments sont représentés avec diverses formes reliées entre elles, permettant de donner un sens de lecture au schéma.
Pour réaliser un schéma fonctionnel, je dois
1.Identifier les éléments importants à faire apparaître dans le schéma.
2.Identifier des catégories regroupant les éléments (organe, cellule, etc.).
3.Associer chaque élément d’une catégorie à une forme (carré, rond, triangle, etc.).
4.Ajouter des flèches entre les éléments permettant de représenter une chronologie, une étape, un déplacement, etc.
Remarque :l’épaisseur des flèches peut varier pour représenter, par exemple, une quantité variable d’un élément (énergie, concentration, etc.).
5.Ajouter des légendes (formes, flèches, couleurs).
6.Ajouter un titre (« Schéma fonctionnel de … »).
J’ai réussi à réaliser un schéma fonctionnel si
  • Tous les éléments utiles sont représentés.
  • Les relations sont exactes.
  • Les annotations et le titre sont bien orthographiés.
  • Le titre est explicatif (nature du document, action mise en évidence).
  • Les objets et actions sont traduits par un codage simple et pertinent.
  • Le schéma fonctionnel est soigné et clair.

Bilan et exercices

Échanges de matière et d’énergie dans un écosystème

Les êtres vivantséchangentavec l’environnement, entre eux et avec d’autres êtres vivants.
Les organismeshétérotrophesse nourrissent de la matière organique d’autres organismes pour produire leur matière et leur source d’énergie (grâce à larespiration).
Les organismesautotrophesutilisent la matière minérale et une source d’énergie provenant de l’environnement pour produire leur matière (grâce à laphotosynthèse) et leur source d’énergie (grâce à la respiration).
Il y a donc, à l’échelle d’un écosystème, untransfert de matière et d’énergieentre les niveaux trophiques d’une chaîne alimentaire.
Une partie de cette matière et énergie est perdue entre deux niveaux trophiques, sous forme dedéchetsou dechaleur.
Le recyclage des déchets par lesdécomposeurspermet de former un cycle essentiel pour la survie de tous les êtres vivants de l’écosystème.

Flux de matière et d’énergie dans un écosystème - QCM