Préparation à une sortie écologique

Introduction

L’environnement est constitué simultanément des êtres vivants (homme, animaux, végétaux…) existant dans le milieu naturel et des éléments non vivants (air, eau…). L'écologie étudie les relations entre les êtres vivants ainsi qu'avec leur environnement, en se basant principalement sur des recherches sur le terrain.

• Quelles sont les étapes d’une étude sur le terrain ?
• Quelles sont les méthodes d’étude en écologie ?
• Comment exploiter les données d’une sortie écologiques ?

I – Objectifs et outils nécessaires pour une sortie écologique

1 – Les objectifs d’une sortie écologique

Pour découvrir un milieu naturel, on réalise une sortie écologique, qui nous permet un contact direct avec ce milieu, ce qui permet : 

• La détermination des conditions de vie du milieu.
• L’étude de la répartition des végétaux.
• L’étude de la répartition des animaux.
• …

2 – Les outils nécessaires dans une sortie écologique

Pour découvrir les constituants d’un milieu naturel, on doit avoir plusieurs outils. Le tableau suivant montre quelques-uns :
 

Outils / instruments	Leurs rôles
Boussole	Orientation dans le terrain
Jumelles	Observer les animaux
Filet	Capturer les insectes, les poissons…
Outils de mesure (Triangle, mètre, corde pH mètre)	La mesure des distances et des dimensions
	La mesure des conditions de vie (la température, le pH du sol, de l’eau…)
…	…

II – L’étude d’un milieu naturel et quelques techniques de terrain

1 – Répartition verticale des végétaux dans la forêt

Il existe des milieux naturels différents : la mer, la forêt, les montagnes…, peuplés par différents êtres vivants. On a choisi la forêt comme exemple d’étude. 

a – Réalisation d’une coupe verticale

La figure suivante montre une coupe verticale de la répartition des végétaux dans la forêt de Maâmoura. 

Q – Décrivez le milieu naturel étudié et nommez les chiffres de 1 à 5 du doc 2.
R- 

• D’après la figure, on remarque que la forêt est essentiellement peuplée de plantes qui se diffèrent de point de vue : hauteur et aspect de la tige (souple, ligneuse). Ce sont des caractères de l’appareil végétatif.
• Les noms des chiffres de la figure :

N	Strate végétative	Caractères de l’appareil végétatif	Exemple
1	Strate des arbres (strate arborescente)	Plante à tronc (tige) rigide et une hauteur qui dépasse 5 m	Chêne-liège. Noisetier.
2	Strate des arbustes (strate arbustive)	Plantes à tige rigide, avec une hauteur inférieure à 5 m	Amélanchier.
3	Strate des herbes (strate herbacée)	Plantes à tige souple, comme les plantes annuelles.	Graminées. Asphodèle. Doum.
4	Strate des mousses et lichens (strate muscinale)	Plantes de très petite taille, qui pousse sur d’autres végétaux.	Mousses. Champignons.
5	Strate souterraine	Se trouve sous le sol	Tubercule. Racine. Rhizome.

b – Une technique pour mesurer la hauteur d’un arbre

Q – En se basant sur la figure suivante, expliquer la technique utilisée dans la mesure de la hauteur de l’arbre. 

R – Pour la mesure de la hauteur, on utilise un triangle rectangle isocèle, et on applique la règle des triangles semblables. Ainsi, on trouve que  

• AB = BC.
• Avec BC = la distance entre le sujet et l’arbre
• Donc : la hauteur de l’arbre = la hauteur du sujet (CE) + la distance entre le sujet et l’arbre (BC : facile à mesurer).

 

Bilan : la forêt est constituée de plantes de hauteurs différentes. C'est une répartition verticale des végétaux, on la nomme aussi stratification, elle est caractérisée par plusieurs couches de végétaux ou strate. 

2 – Répartition horizontale des végétaux dans la forêt

a – étapes de la réalisation d’une coupe horizontale

La figure suivante montre la répartition horizontale les végétaux dans un lac.

 

Q – Citez les étapes de la réalisation de la répartition horizontale des végétaux.

R – La coupe horizontale est effectuée en plusieurs étapes :  

• Tracer le profil topographique (qui permet de déterminer le type de reliefs) à partir de la carte topographique.
• Indiquer sur le profil topographique, et à l’aide de symboles, les espèces caractéristiques.
• On peut expliquer la répartition des végétaux dans cette région selon : le type du sol et le type du climat.

b – Exercice d’application

Les figures suivantes montrent une carte topographique, une carte de végétation, et la carte géologique d’une même région. 

Q-1 – Réaliser la coupe verticale les végétaux selon le plan XY.
Q-2 – Décrivez la coupe obtenue, et proposer une hypothèse pour expliquer la répartition des végétaux selon XY.

R-1 – réalisation de la coupe horizontale. 

R-2 – on remarque une différence de la répétition de la végétation de X à Y. On constate aussi l'existence d’une corrélation entre le type de sol et la végétation qui pousse au-dessus.
Hypothèse : Peut-être que c’est la différence dans le type du sol qui responsable sur la répartition horizontale des végétaux dans cette région.

III – L’étude statistique de la répartition des végétaux et des animaux

1 – Réalisation de relevés floristiques

a – Choix de la station de recensement

La figure suivante montre (5) stations différentes pour réaliser le recensement les plantes.
Q – en analysant cette figure, déterminer les stations les plus adéquates pour réaliser les recensements. 

R – Analyse : on constate sur la figure qu’il existe deux types stations : 

• Les stations homogènes (1, 2 et 3) : se trouvent au centre d’un milieu naturel, et contiennent essentiellement les plantes appartenant à ce milieu.
• Les stations hétérogènes (4, 5) : se trouvent à limite entre deux milieux différents. Ainsi, elles contiennent un mélange de plantes appartenant à ces deux milieux.

Donc, les stations les plus adéquates sont les stations homogènes. Parce qu’elles permettent de bien étudier les milieux, et donnent des résultats plus exacts sur les plantes qui caractérisent ces milieux. 

b – Détermination de l’aire minimale des relevés

L’aire minimale : est la plus petite surface où sont représentés toutes (la plupart) les espèces végétales du milieu. Elle est déterminée en utilisant la technique de quadrillage. En faisant l’inventaire de nombre d’espèces recensées dans des surfaces croissantes (1 m², 4 m²…) jusqu’à ce qu’on ne trouve plus de nouvelles espèces végétales.

Exercice d’application.
Le tableau suivant indique le nombre d’espèces recensées dans des carrés de surfaces croissantes.

Q-1 – Réalisez la courbe représentant le nombre d’espèces végétales en fonction de la dimension du quadrat.
Q-2 – En analysant la courbe, déterminez l’aire minimale du quadrat. 

Aire du quadrat	Espèces	Nombre totale d’espèces
1	Lycopus europaeus Phalaris arundinacea Rorippa amphibia Espèce indéterminée	4
2	Juncus effusus Lemna minor Lythrum salicaria	7
4	Iris pseudacorus Mentha aquatica Oenanthe crocata Ranunculus peltatus	11
8	Carex sp	12
16	Alisma plantago-aquatica Salix	14
32	Callitriche	15
64	-	15

R-1 – Réalisation de la courbe.

R-2 – On constate une augmentation progressive du nombre d’espèces en fonction de l’aire du quadrat, puis à 32 m², la courbe devient constante.
Donc, l’aire minimale est la plus petite surface nécessaire pour que toutes les espèces soient représentées (32 m²). 

2 – L’exploitation des résultats des relevés

a – Pour la flore

Pour caractériser un milieu, plusieurs coefficients sont utilisés 

• L’abondance (A): c’est le nombre d’individus par unité de surface.
• La fréquence (F): F = (n/N)*100. n : est le nombre de relevés où l’espèce est présente ; N : nombre total de relevés réalisés.
• L’indice de fréquence : le tableau (fig) montre les valeurs d’IF.

Catégories	Indice de fréquence (IF)	Nature de l’espèce végétale
F < 20 %	I	Accidentelle
20 % ≤ F < 40 %	II	Accessoire
40 % ≤ F < 60 %	III	Assez fréquente
60 % ≤ F < 80 %	IV	Fréquente
F ≥ 100 %	V	Très fréquente

Remarque : 

• Les plantes d’indice IF = IV et V sont des plantes caractéristiques du milieu. Elles sont les plus adaptées aux conditions écologiques du milieu.
• Les plantes de IF = III sont des plantes accompagnantes, leur présence peut traduire une évolution du milieu.

Exercice d’application
Le tableau suivant présente les résultats d’une étude statistique des plantes dans une forêt. 

	R1	R2	R3	R4	R5	R6
Hêtre	+	+	+	+	+	+
Chêne sessile	+	+	+	+	-	-
Houx	+	-	-	-	-	+
Ronce	-	+	-	+	+	+
Carex	-	-	-	-	-	+
Muguet	+	-	+	-	-	-

Q-1 – Calculez la fréquence. Puis déduisez l’indice de fréquence, et le type de l’espèce végétale.
Q-2 – Réaliser l’histogramme et la courbe de fréquence sur un papier millimètre, et déduisez l’homogénéité ce milieu naturel.
R-1 – Pour le Hêtre :

• On sait que F = (n/N) * 100
• Alors, F = (6/6)*100 = 100 %
• IF = V. Donc, espèce très fréquente 

	Fréquence	Indice de fréquence
Hêtre	100 %	V
Chêne sessile	66.6 %	IV
Houx	33.3 %	II
Ronce	66.6 %	IV
Carex	16.6 %	I
Muguet	33.3 %	II

R-2 –

• Réalisation de l’histogramme et de la courbe de fréquence :

 

• On constate que la courbe à un seul pic, donc la courbe est uni-modale, alors le milieu est homogène.

Remarque : si la courbe est plurimodale, alors le milieu dans lequel sont réalisés les recensements est hétérogène. 

b – Pour la faune

La réalisation des recensements des animaux est délicate en raison de leur mobilité. Pour cela, on utilise de nombreuses techniques : 

• L’observation directe (à l’œil, Jumelle, Vidéo…).
• L’observation des traces sur le terrain (empreintes, reste d’alimentation…).
• Capture en piège des animaux.

Comme pour la flore, on utilise plusieurs coefficients pour exploiter les résultats des relevés 

• La fréquence et l’indice de fréquence : sont évaluées comme pour la flore
• La densité : est la valeur de l’abondance, ou le nombre d’individus d’une espèce donnée par unité de surface. d = nombre total d’individus de l’espèce / la surface totale des relevées
• La densité relative : d = (n/N) * 100. avec : n est le nombre d’individus de la même espèce ; N est le nombre total des individus.

Remarque : selon la valeur de la densité relative (%) on caractérise l’espèce : 

d	L’espèce est
d ≥ 50 %	Dominante
20 % ≤ d < 50 %	Sus-dominante
10 % ≤ d < 20 %	Résidente
D < 10 %	Sub-résidente

Exercices d’application :
Le tableau suivant présente les résultats d’une étude statistique des animaux au niveau d’une embouchure. 

	R1	R2	R3	R4	R5
Espèce 1	0	0	0	1	0
Espèce 2	1	0	0	0	0
Espèce 3	1	0	0	0	0
Espèce 4	1	1	2	0	1
Espèce 5	0	0	1	0	3
Espèce 6	3	1	0	0	0
Espèce 7	7	81	99	202	6
Espèce 8	4	0	0	0	0
Espèce 9	1	27	8	6	7
Espèce 10	156	213	214	138	16
Espèce 11	3	39	47	11	9
Espèce 12	9	0	0	0	0
Espèce 13	0	0	0	0	2

Q-1 – Calculer la fréquence ; la densité D ; et la densité relative d, sachant que l’aire de chaque relevé est de 0,25 m²
Q-2 – Quelles sont les espèces les mieux adaptées aux caractéristiques du milieu ?
R-1 – 

• Calcule de F et IF pour l’espèce 1 :
  • F = (n/N)*100 = (1/5)*100 = 20 %. Donc, IF = II
     
• Calcule de la densité D pour les Némertes :
  • On sait que la surface de chaque relevé est 0,25 m². Alors, la surface totale est 0.25 × 5 = 1,25 m²
  • Ainsi, D = 1 / 1,25 = 0.8 / m²
     
• Calcule de la densité relative d pour les Némertes :
  • Le nombre total des individus est 1321
  • Alors, d = (n/N)*100 = (1/1321)*100 = 0.076. 

	Densité	Densité relative	Fréquence
Espèce 1	0.8 / m²	0.076 %	20 %
Espèce 2	0.8 / m²	0.076 %	20 %
Espèce 3	0.8 / m²	0.076 %	20 %
Espèce 4	4 / m²	0.378 %	80 %
Espèce 5	3.2 / m²	0.303 %	40 %
Espèce 6	3.2 / m²	0.303 %	40 %
Espèce 7	316 / m²	29.901 %	100 %
Espèce 8	3.2 / m²	0.303 %	20 %
Espèce 9	39.2 / m²	3.709 %	100 %
Espèce 10	589.6 / m²	55.791 %	100 %
Espèce 11	87.2 / m²	8.251 %	100 %
Espèce 12	7.2 / m²	0.681 %	20 %
Espèce 13	1.6 / m²	0.151 %	20 %

R-2 – les espèces les plus adaptées aux caractéristiques du milieu sont : Néréis et Scrobicularia, parce que ce sont les espèces sub-dominant et dominant. 

IV – Les méthodes de conservation des échantillons des végétaux et d’animaux

1 – L’herbier pour les végétaux

Un herbier est une collection de plantes séchées et pressées entre des feuilles de papier qui sert de support physique à différentes études sur ces plantes. On peut créer un herbier en suivant les étapes suivantes : 

• La récolte : on récolte des plantes ou des parties de plantes.
• Le Séchage : bien étaler l’échantillon entre deux feuilles, et poser de gros livres au-dessus pour bien les aplatir.
• Le suivi : changer le papier régulièrement tous deux jours (au moins 6 jours)
• Présentation : placer un échantillon par feuille (d’un cahier ou un dossier), et rédiger une étiquette qui contient : Le nom scientifique, la date et le lieu de la récolte …, et coller l’étiquette au-dessus de l’échantillon.

2 – Quelques techniques de conservations des animaux

Les techniques sont très variées et adaptées aux caractéristiques de l’animal. 

a – Taxidermie

C’est une activité consistant à traiter un animal mort de façon qu’on puisse conserver son apparence intacte. 

b – La conservation des animaux dans l’alcool

On collecte des échantillons des animaux (reptiles et amphibiens), on les met dans une bouteille en verre, et on la remplie avec de l’alcool (ou formol). 

c – Collection entomologique

Cette méthode est réservée pour les insectes. 

V – Notion d’écosystème

1 – Étude de quelques exemples écosystèmes

La figure suivante montre de deux types de milieux naturels. 

Q – Comparer entre les constituants des deux milieux.

R – On constate que la répartition des êtres vivants est différente dans les deux milieux, donc elle dépend des conditions de chaque milieu naturel. Ces conditions sont appelées facteurs écologiques, et sont réparties en : 

• Facteurs abiotiques : climatiques et édaphiques (sol).
• Facteurs biotiques : les relations entre les êtres vivants entre eux dans un milieu naturel.

 

Ainsi, on distingue : 

• Le biotope : c’est l’ensemble des éléments non vivants (milieu physico-chimique), les facteurs climatiques et édaphiques sont les deux composantes d’un biotope.
• La biocénose : c’est l’ensemble des êtres vivants qui peuplent le biotope.
• L’écosystème = biotope + biocénose.

Alors, l’étude d’un écosystème consiste à étudier l’ensemble du biotope et de la biocénose, plus les interactions qui existent entre les deux. 

2 – les caractéristiques d’un écosystème

Un écosystème se caractérise par : 

• Ses éléments constitutifs : la faune, la flore et les facteurs physico-chimiques.
• Sa structure : l’organisation spéciale (stratification verticale, horizontal…) et l’organisation fonctionnelle (l'interaction entre les éléments qui forme un écosystème).
• Sa taille : la dimension d’un écosystème diffère selon les milieux naturels, on distingue :
  • Macro-écosystème : océan, forêt.
  • Meso-écosystème : lac, prairie.
  • Micro-écosystème : un tronc d’un arbre, en dessous d’une pierre.