Projet Expérimental et Numérique

PROJET EXPERIMENTAL ET NUMERIQUE

Le MAXI pouvoir des MICROorganismes

Enseignement scientifique de 1°

PRESENTATION DU PROJET

REFLEXIONS PREALABLES

CONCEPTIONSREALISATIONS

TRAITEMENT CONCLUSION

Eva Baldi & Anne-Claire Labadie

Présentation

PRESENTATION DU PROJET

La décomposition de la litière, en milieu aquatique (cours d’eau) comme en milieu terrestre (sol forestier), est un indicateur du bon fonctionnement des écosystèmes. Elle est étudiée dans les laboratoires d’écologie en lien avec le développement durable. Elle permet entre autres d’étudier l’influence de différents facteurs (température, salinité, acidification des milieux, …) sur la vitesse et le taux de décomposition de la litière.Dans ce projet, l’étude de la décomposition de la litière est l’occasion de concevoir un capteur et de mettre en œuvre des dispositifs numériques permettant de mesurer des paramètres traduisant les vitesses et taux de décomposition de la matière organique, et ainsi de réfléchir à l’influence de l’homme sur son environnement.

Temporalité

12h (dans l’idéal réparties sur la totalité de l’année pour un suivi dans le temps).

Objectifs

Objectif général : Etudier la décomposition de la matière organique pour identifier les facteurs qui favorisent (ou menacent) la présence et l’activité des décomposeurs dans le sol, gage du bon fonctionnement d’un écosystème.

• Mettre en œuvre des pratiques scientifiques.
• Utiliser/mobiliser des outils numériques (capteurs, logiciels, site de sciences participatives).
• Contribuer à faire de chaque élève un citoyen responsable.

Parcours

• Parcours citoyen : adopter un comportement responsable face à l’environnement.
• Parcours avenir : approfondir les connaissances de l’ensemble des métiers (partenariat possible avec le laboratoire ECOLAB - utilisation du kit décomposition fourni gratuitement par le laboratoire, intervention d’un chercheur du laboratoire, possibilité d’effectuer des mesures avec des appareils professionnels au laboratoire).

Acquis

• Sciences de la Vie et de la Terre : l’influence de différents facteurs liés à l’activité humaine sur l’environnement (cycle 4) ; caractéristiques des sols et production de biomasse : décomposeurs et cycle de la matière (2nde)
• Physique-chimie : caractéristiques d’une force (2nde) ; mesurer une grandeur physique à l’aide d’un capteur électrique résistif ; utiliser un dispositif avec microcontrôleur et capteur (2nde) ; mesure et incertitudes (2nde)
• Mathématiques : information chiffrée et statistique descriptive (2nde) ; utilisation d’un tableur (2nde)
• Sciences Numériques et Technologie : données structurées et leur traitement (2nde) ; la photographie numérique (2nde).

Etape 1 : Présentation du projet aux élèves

Etape 1 : classe entière, présentation – 1h - présentation des modalités du projet expérimental et numérique (BO) - présentation du sujet retenu pour la classe : la préservation de la biodiversité du sol (décomposeurs) - contextualisation : importance des animaux et micro-organismes du sol dans les agrosystèmes (cf. p.2 du livret, ou dossier sur La vie du sol paru dans La France Agricole grâce à l'INRA) - rappel des acquis : avec notamment les décomposeurs et le cycle de la matière (SVT seconde) - problématisation : quels sont les facteurs qui favorisent (ou menacent) la présence et l’activité des décomposeurs dans le sol ? - formulation des hypothèses par les élèves = la température, la pollution, la sécheresse, les pesticides, le pH … (cf. p.3 du livret)

REFLEXIONS PREALABLES

Etape 3 : Réflexions sur les choix à effectuer

Etape 3 : classe entière, réflexions préalables en groupes de travail – 2h - réflexion sur les outils à utiliser pour estimer la décomposition des feuilles : mesurer les masses / surfaces / résistances des feuilles (cf. p.4 du livret) - constitution des groupes de travail en fonction de l’outil de mesure que les élèves souhaiteraient utiliser par la suite (balance pour l’évaluation de la masse, appareil photo numérique et logiciel de traitement d’image pour l’évaluation de la surface, résistomètre pour l’évaluation de la résistance) - réflexion sur la conception d’un outil permettant de tester la décomposition de la matière organique (tubes percés, grillages fermés, … qui contiendraient les feuilles mortes) : réalisation d’un cahier des charges, et demande du matériel nécessaire (cf. p.5-6 du livret) - réflexion et choix sur les milieux où seront placés les dispositifs expérimentaux : quel type de sol, à quel endroit, … - réflexion et choix sur le matériel biologique à tester : quantité de feuilles, essence de feuilles, …

Etape 2 : Conception d'une stratégie

Etape 2 : classe entière, conception d’une stratégie – 1h - réflexion sur la/les démarche(s) à mettre en place pour vérifier la présence et l’activité des organismes du sol (aide possible pour amener les élèves à réfléchir sur l’objet décomposé et pas uniquement le décomposeur : photo d’une feuille d’arbre avant et après décomposition) - exemple de réponse des élèves :

• observation/identification/comptage des animaux du sol par la mise en place d’un dispositif type Berlèse (cette solution peut être proposée par les élèves, mais cet outil ne permettrait pas d’observer les micro-décomposeurs)
• quantification de la décomposition de la matière par les décomposeurs

- rédaction d’une stratégie permettant d’estimer la décomposition de la litière (feuilles mortes)

• principe : comparer la décomposition de feuilles mortes dans deux sols différents en faisant varier un seul paramètre (humidité, température, pH, nature du sol, …)
• méthode : peser les feuilles avant et après passage dans les deux sols / OU / mesurer les surfaces des feuilles avant et après passage dans les deux sols / OU / mesurer la résistance des feuilles (au déchirement ou au perçage) avant et après passage dans les deux sols
• résultats : s’il y a une perte plus importante de masse / de surface / de résistance des feuilles dans un milieu par rapport à l’autre, alors le paramètre étudié aura bien un effet sur la décomposition des feuilles.

Etape 4 : Conception des outils et dispositifs expérimentaux

Etape 4 : ½ classe, conception des outils et dispositifs expérimentaux en groupes de travail – 1h - conception de l’outil permettant de tester la décomposition de la matière organique (cf. p.5-6 du livret) - conception de l’outil permettant de mesurer la résistance d’une feuille : pénétromètre simple (cf. p.7 du livret) ou capteur électrique résistif (avec force nécessaire pour déchirer une feuille par exemple).

CONCEPTIONSREALISATIONS

Etape 6 : Récupération des dispositifs expérimentaux et mesures finales

Etape 6 : ½ classe, récupération des dispositifs expérimentaux en groupes de travail – 1h - récupération des dispositifs expérimentaux (au moins 3 semaines après leur mise en place pour pouvoir observer une décomposition des feuilles) - réalisation des mesures finales (masse, surface, résistance, …) en fonction des mesures initiales effectuées.

Etape 5 : Mesures initiales et mise en place des dispositifs expérimentaux

Etape 5 : ½ classe, mise en place des dispositifs expérimentaux en groupes de travail – 2h - réalisation des mesures initiales (masse, surface, résistance, …) selon le choix des élèves - installation du matériel biologique dans l’outil - mise en place de l’outil dans le milieu souhaité (organisation d’une sortie terrain si possible)

Etape 7 : Réflexion sur les résultats

Etape 7 : classe, réflexion sur les résultats obtenus – 2h - comparaison des mesures avant/après décomposition (cf. p.8 du livret) - réflexion sur la nécessité de collaborer avec d’autres groupes ayant des conditions expérimentales comparables de façon à augmenter le nombre de résultats (cf. p.9-10 du livret) - mise en commun des résultats de ces groupes similaires et discussion sur les résultats à retenir : traitement mathématique (cf. p.8-12 du livret).

TRAITEMENTCONCLUSION

Etape 9 : Interprétation des résultats

Etape 9 : classe, interprétation des résultats – 1h - interprétation des résultats obtenus - mise en relation avec la présence des organismes du sol - conclusion sur les facteurs favorisant ou menaçant l’activité des décomposeurs dans le sol, gage du bon fonctionnement d’un écosystème.

Etape 8 : Communication des résultats

Etape 8 : ½ classe, communication des résultats obtenus – 1h - présentation des résultats en vue de leur communication - publication des résultats sur un site de sciences participatives : Kit décompo.