Les techniques adaptatives à l’étude écologique sur le terrain – cours
🌿 LES TECHNIQUES ADAPTATIVES À L’ÉTUDE ÉCOLOGIQUE SUR LE TERRAIN
Cours de SVT – Chapitre 1
Introduction
L’étude écologique sur le terrain nécessite la maîtrise des connaissances scientifiques et des techniques spécifiques de l’écologie.
Problématique :
- Quelles sont les techniques utilisées en écologie sur le terrain ?
- Quelle démarche utilise-t-on pour l’étude écologique sur le terrain ?
- Quelles sont les connaissances scientifiques spécifiques à l’écologie ?
Les techniques d’étude sur le terrain
1. Répartition verticale des végétaux : les strates végétales
a. Activité 1 : Les strates végétales (Document 1)
Dans une forêt, existe une distribution des plantes en étages superposés appelées : strates. Le document suivant donne une représentation schématique de la stratification verticale des végétaux d’une forêt.
Questions :
- Nommer les strates numérotées (a, b, c, d, e).
- Sur quel critère on s’est basé pour effectuer ce classement ?
Réponses :
- a = Arboréescente (arbres de plus de 5 m)
- b = Arbustive (arbustes et plantes ligneuses de moins de 5 m)
- c = Herbacée (plantes non ligneuses, bulbes)
- d = Muscinale (mousses, lichens, champignons)
- e = Souterraine (racines, rhizomes, bulbes)
Critère de classement : la hauteur des plantes.
b. Activité 2 : Technique de mesure de la hauteur des arbres (Document 2)
On peut mesurer la hauteur des arbres en utilisant un triangle rectangle isocèle, selon la démarche illustrée et en appliquant la règle des triangles semblables.
Démonstration :
On a \(abc\) et \(a’b’c’\) sont des triangles semblables et isocèles.
\(\frac{a b}{a’ b’} = \frac{a c}{a’ c’} \quad \Rightarrow \quad (ab) \times (a’c’) = (a’b’) \times (ac)\)
Puisque \(ab = ac\) (triangle isocèle) \(\Rightarrow a’c’ = a’b’ = D\)
On a donc \(H = a’b’ + h \Rightarrow H = D + h\)
c. Conclusion
Dans les milieux naturels comme les forêts, les végétaux sont le plus souvent disposés en strates. Chacune de ces strates est caractérisée par une hauteur déterminée et par un type d’appareil végétatif :
- La strate arborescente : végétaux ligneux (arbres) dont la hauteur dépasse cinq mètres (Ex : Chêne liège, cèdre, pin…)
- La strate arbustive : arbustes et plantes ligneuses de petite taille (ne dépassant pas 5 mètres) (Ex : olivier, pommier, arganier…)
- La strate herbacée : plantes à pieds non ligneux et plantes à bulbes (Ex : Doum, asphodèle, fraisier…)
- La strate muscinale : plantes qui poussent sur les troncs d’arbres, sur les rochers (Ex : mousses, lichens, champignons…)
- La strate souterraine : prolongement des végétaux dans le sol (racines, rhizomes, bulbes…)
2. Répartition horizontale des végétaux
a. Réalisation d’une coupe horizontale (Document 3)
La figure suivante représente une coupe montrant la distribution horizontale de la végétation au niveau de la forêt de M’khinza (Témara).
Questions :
- Quelles sont les étapes nécessaires à la réalisation de cette coupe ?
- Proposez des hypothèses expliquant la répartition de la végétation dans cette région.
Réponses :
1) Étapes :
- Réaliser un profil topographique à partir d’une carte topographique de la région, selon l’axe d’étude.
- Représenter sur le profil les différents types de végétaux, les rivières, les routes, les constructions, la direction, la nature du sol, etc. en utilisant différents symboles.
- Dénommer les espèces.
2) Hypothèses :
- La nature du sol (facteurs édaphiques).
- Les facteurs climatiques.
- L’intervention de l’homme.
b. Répartition des végétaux dans un milieu aquatique (Document 4)
La figure suivante représente une coupe horizontale de la répartition de la végétation au niveau de Dayet Sidi Boughaba (ouest de Mehdia, région de Rabat).
Question : Tracer la courbe de la variation du nombre d’espèces en fonction de l’aire de relevé.
Dayet Sidi Boughaba est un milieu aquatique caractérisé par l’influence de plusieurs facteurs physiques et chimiques. On y trouve une multitude d’espèces végétales, distribuées selon les facteurs biologiques déterminés par le milieu et les besoins de ces plantes. Certaines de ces plantes sont immergées dans l’eau. D’autres sont hygrophiles, formant une ceinture autour de la Daya.
L’étude statistique de la répartition des organismes
1. L’étude statistique des végétaux
a. Le choix de la station (Document 5)
La figure suivante montre 5 stations différentes où on peut effectuer des relevés.
Question : Quelles sont les stations où doit-on réaliser des relevés représentatifs des cinq milieux ? Justifier.
Réponse : La station où on doit réaliser des relevés doit être située loin de la limite séparant deux milieux différents. Donc les surfaces où on doit effectuer les relevés sont ❶, ❷ et ❸, car ces stations sont homogènes. Par contre, les stations ❹ et ❺ sont hétérogènes.
Vu la difficulté d’étudier tout l’espace d’une station, on recourt à la notion d’aire minimale.
b. La détermination de l’aire minimale (Document 6)
Pour délimiter la surface minimale des parcelles à étudier, on effectue un quadrillage (figure 1). Cela permet de dénombrer toutes les espèces végétales présentes sur \(1~\text{m}^2\), puis sur \(4~\text{m}^2\), \(9~\text{m}^2\), \(16~\text{m}^2\), etc., jusqu’à ce que l’on ne trouve plus de nouvelles espèces végétales.
Une fois ces relevés exécutés, on établit une courbe où l’on porte, en fonction de la surface explorée, le nombre d’espèces trouvées.
Le tableau suivant indique le nombre d’espèces recensées dans des carrés de \(1~\text{m}^2\), \(4~\text{m}^2\), \(9~\text{m}^2\), \(16~\text{m}^2\) et \(25~\text{m}^2\) :
Questions :
- Tracer la courbe de la variation du nombre d’espèces en fonction de l’aire de relevé.
- En analysant la courbe, déterminez l’aire minimale. Puis définir l’aire minimale.
Réponses :
1) Voir tracé ci-contre.
2) La courbe est ascendante : plus l’aire des relevés augmente, plus le nombre d’espèces végétales augmente. Puis on constate que la courbe montre un palier à partir de la surface \(16~\text{m}^2\). Cela signifie qu’on atteint la totalité des espèces végétales qu’on peut rencontrer dans le milieu étudié. Donc l’aire minimale est égale à \(16~\text{m}^2\).
L’aire minimale est la plus petite surface où sont représentées toutes les espèces végétales du milieu étudié.
c. L’exploitation des données du relevé (Document 7)
Après avoir déterminé l’aire minimale, il est recommandé de faire plusieurs relevés dont la surface est égale à l’aire minimale. Lorsque toutes les espèces végétales sont déterminées et recensées, on regroupe toutes les données dans un tableau.
c-1. Abondance – dominance
- L’abondance d’une espèce végétale représente le nombre d’individus de la même espèce par unité de surface.
- La dominance ou recouvrement : représente la surface couverte par l’ensemble des individus d’une espèce donnée, estimée par la projection verticale de leurs appareils végétatifs aériens sur le sol.
- Le coefficient d’abondance-dominance a été créé par Braun-Blanquet ; il met en évidence la relation entre les deux critères : abondance et dominance.
c-2. Fréquence et indice de fréquence
La fréquence (\(F\)) est un pourcentage qui exprime le degré de liaison d’une espèce vis-à-vis du milieu. Elle est représentée par la formule :
\(F = \frac{n}{N} \times 100\)
(\(n\)) nombre de relevés renfermant l’espèce étudiée (\(N\)) nombre de relevés réalisés
Le chercheur DU RIETZ a divisé les fréquences en 5 classes, chacune correspond à un indice de fréquence et caractérise le type végétal (Document 8).
- Les espèces végétales dont l’indice de fréquence est de IV ou V sont des végétaux indicateurs du milieu.
- Les espèces végétales dont l’indice de fréquence est de III sont des végétaux accompagnateurs ; ils reflètent le changement ou l’interférence de deux milieux différents.
Pour étudier les caractéristiques d’un milieu, on réalise l’histogramme des fréquences. On représente sur l’axe des abscisses les indices de fréquence et on porte sur l’axe des ordonnées le nombre d’espèces correspondant à chaque indice. À partir de l’histogramme, on trace la courbe de fréquence.
- Si la courbe de fréquence est unimodale, alors le groupement des êtres vivants est homogène ; cela reflète un milieu relativement stable du point de vue des conditions écologiques.
- Si la courbe de fréquence est bimodale ou multimodale, alors le groupement est hétérogène et reflète un milieu dont les conditions écologiques sont en évolution positive ou négative.
c-3. Exemple d’étude dans un milieu forestier (Document 9)
Le tableau suivant représente les résultats de l’étude des végétaux (la flore) d’un milieu forestier. (Le signe + indique la présence de l’espèce dans le relevé).
Questions :
- Compléter le tableau en calculant les fréquences (\(F\)) et les indices de fréquence (\(IF\)) des espèces.
- Quelles sont les espèces caractéristiques et les espèces accompagnatrices dans ce milieu ?
- Réalisez sur papier millimétré l’histogramme et la courbe de fréquence. Que pouvez-vous en déduire ?
Réponses :
1) Calcul des fréquences (\(F\)) et indices de fréquence (\(IF\)), voir tableau.
2) Les espèces caractéristiques sont celles qui ont \(IF\) égal à IV ou V : Bouleau blanc, Bouleau pubescent et Châtaignier.
Les espèces accompagnatrices sont celles qui ont \(IF\) égal à III : Fougère aigle, Chêne, Saule, Aulne et Jonc.
3) L’histogramme et la courbe de fréquence :
On constate que la courbe de fréquence est unimodale (une seule valeur maximale), donc les relevés étudiés appartiennent à un groupement végétal homogène.
2. L’étude statistique des animaux
a. Dénombrement des espèces animales
À cause de leur déplacement, il est relativement difficile de recenser les organismes animaux. Cela nécessite donc l’utilisation de plusieurs techniques adaptées :
- Observation et localisation
- Pour les oiseaux : observation avec des jumelles ; observation des nids ; étude du chant.
- Étude des traces : traces des pattes ; excréments ; etc.
- Différentes techniques et matériel de capture…
Ainsi, l’observation et l’inventaire des animaux permettent de rechercher leurs interactions avec leur milieu de vie.
b. L’exploitation des données du relevé
Après avoir réalisé des relevés, les résultats sont regroupés dans un tableau comme pour les végétaux.
Pour l’exploitation des données, en plus de la fréquence et de l’indice de fréquence, on peut calculer la densité :
- La densité absolue (\(D\)) : \(D = \frac{\text{Nombre total d’individus de l’espèce}}{\text{Surface totale des relevés effectués}}\)
- La densité relative (\(d\)) : \(d = \frac{\text{Nombre total d’individus de l’espèce}}{\text{Nombre total d’individus de toutes les espèces}} \times 100\)
c. Exemple d’étude dans un milieu aquatique (Document 10)
Le tableau ci-dessous représente le résultat des relevés des espèces animales (la faune) réalisés dans la station de l’Oudaya à l’embouchure de l’oued Bouregreg.
Questions :
- Compléter le tableau sachant que l’aire de chaque relevé est de \(0{,}25~\text{m}^2\).
- Quelles sont les espèces les mieux adaptées aux caractéristiques du milieu ?
- Tracer l’histogramme et la courbe de fréquence. Que peut-on en déduire ?
Réponses :
1) Complétons le tableau (voir tableau).
2) Les espèces les mieux adaptées aux caractéristiques du milieu sont celles qui ont un \(IF = V\) ou \(IV\) : les espèces 4, 7, 9, 10 et 11.
3) Traçons l’histogramme et la courbe de fréquence :
La courbe de fréquence est plurimodale, donc les relevés étudiés appartiennent à un groupement animal hétérogène.
Techniques de collecte et conservation des êtres vivants
1. Collecte et conservation des espèces végétales (Document 11)
Pour réaliser un herbier (collection de plantes séchées), on procède comme suit :
- Avec un sécateur ou des ciseaux, on prend un échantillon d’une espèce fréquente dans le milieu naturel étudié en découpant un morceau de la tige avec des feuilles et des fleurs.
- Mettre cet échantillon entre les feuilles de papier.
- Mettre un poids sur le papier contenant l’espèce végétale ; de temps en temps, on change le papier.
- Après séchage, on colle le végétal sur une feuille blanche cartonnée, tout en indiquant dans un espace réservé une fiche d’identité de l’espèce végétale portant le nom commun, le nom latin, le lieu et la date de la récolte.
Activité : Réalisez un herbier contenant 5 espèces de plantes connues de votre région.
2. Collecte et conservation des espèces animales (Document 12)
Il est souvent difficile de collecter des animaux, du fait qu’ils se déplacent couramment dans leur milieu de vie. Cela nécessite donc l’utilisation de techniques de collection spéciales telles que :
- Observation, identification et localisation de la répartition des animaux en utilisant des jumelles et des appareils d’enregistrement (enregistrer les chants, les cris et les sons des animaux).
- Recherche des traces d’animaux comme les nids, les excréments, les plumes, etc.
- Capture des animaux en utilisant des filets et des aspirateurs, en installant des pièges.
Pour la conservation des animaux, on procède comme suit :
- Pour les annélides, les poissons, les amphibiens et les reptiles, on les met dans des bocaux puis on remplit avec de l’eau et de l’alcool à volume égal ; ensuite on ajoute quelques morceaux de sucre pour conserver la couleur originale de l’espèce animale.
- Pour les insectes, on les fixe sur papier cartonné avec du scotch ou une punaise, on met une sphère de phénolphtaléine, tout en indiquant le nom de l’espèce animale, le lieu et la date de récolte.
La collection et la conservation des êtres vivants (animaux et végétaux) permettent de continuer les études de terrain au laboratoire et d’établir une classification de ces êtres vivants.
Définition préliminaire d’un écosystème
1. Les composantes d’un écosystème
2. Comment interagissent ces différents composants ?
Réponses :
- Tous les êtres vivants sont plus ou moins liés entre eux (relations alimentaires : compétition, prédation, parasitisme…). Ils sont aussi en relation avec les éléments physiques et chimiques qui les entourent (les facteurs abiotiques).
- Dans tout milieu naturel, se trouvent des êtres vivants qui lui sont spécifiques ; ils constituent alors une biocénose. Ces êtres vivants sont en relation entre eux et avec les constituants physiques et chimiques.
- Donc l’écosystème est l’ensemble des êtres vivants qui sont en interaction entre eux (biocénose) et en interaction avec le milieu dans lequel ils vivent (le biotope).
\(\text{Écosystème} = \text{Biocénose} + \text{Biotope}\)
3. Classification des écosystèmes
Les écosystèmes ont des dimensions différentes suivant les milieux naturels. Ainsi on distingue :
- Les macro-écosystèmes : les grandes forêts, les mers, les océans…
- Les méso-écosystèmes : les dayas, les lacs, les prairies…
- Les micro-écosystèmes : le tronc d’un arbre, en dessous d’une pierre…
📌 Synthèse – Techniques écologiques
• Strates végétales : arborescente, arbustive, herbacée, muscinale, souterraine. • Aire minimale : plus petite surface où toutes les espèces végétales sont représentées. • Indice de fréquence : I (accidentel) à V (très fréquent). • Écosystème : biocénose + biotope. La maîtrise des techniques de terrain est essentielle pour toute étude écologique rigoureuse.
Les techniques adaptatives à l’étude écologique sur le terrain – cours