Flux de matière et d'énergie

Les élèves retiennent mieux les flux de matière et d’énergie quand ils les incarnent avec leur corps et manipulent des objets concrets. Ce chapitre gagne à être abordé par des activités où les élèves deviennent eux-mêmes des maillons de l’écosystème ou observent directement la transformation de la matière.

• 3ème
• Comprendre le Vivant et la Planète : Enjeux et Responsabilités
• 3 activités
• 30 min–90 min

Objectifs d’apprentissage

1. Analyser la transformation de l'énergie solaire en énergie chimique par les producteurs primaires.
2. Expliquer le transfert d'énergie entre les différents niveaux trophiques d'un réseau alimentaire.
3. Identifier le rôle des décomposeurs dans la restitution des éléments minéraux au sol.
4. Comparer l'impact d'une perturbation sur un réseau trophique simple et un réseau trophique complexe.
5. Calculer le pourcentage d'énergie transférée à chaque niveau trophique dans un écosystème donné.

Apprentissage expérientiel

⏱ 30 min·Classe entière

Jeu de ficelle : Le réseau trophique

Chaque élève incarne un élément de l'écosystème (soleil, herbe, lapin, renard, bactérie). Ils se relient par une ficelle selon qui mange qui. L'enseignant 'supprime' une espèce, et les élèves sentent physiquement la tension ou le relâchement du réseau.

Préparation et détails

Expliquez comment l'énergie circule entre les différents maillons d'une chaîne alimentaire.

Conseil de facilitation: Pendant le Jeu de ficelle, insistez pour que chaque élève tire sur la ficelle avant de passer l’information à son voisin afin qu’il comprenne le transfert d’énergie physique.

Setup: Variable : extérieur, laboratoire, ou environnement associatif

Materials: Matériel de mise en situation, Carnet de réflexion avec pistes de guidage, Fiche d'observation, Support de mise en relation avec les contenus notionnels

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Conscience de soi
• Autogestion
• Conscience sociale

Apprentissage expérientiel

⏱ 90 min·Petits groupes

Expérience : La décomposition en direct

Les élèves installent des 'litières' témoins avec différents matériaux (feuilles, plastique, épluchures). Ils observent sur plusieurs semaines la transformation et identifient les êtres vivants du sol responsables du recyclage.

Préparation et détails

Analysez le rôle crucial des décomposeurs dans le cycle de la matière.

Conseil de facilitation: Pour l’Expérience de décomposition en direct, prévoyez des bocaux transparents pour que les élèves observent les changements de couleur et de texture chaque semaine.

Setup: Variable : extérieur, laboratoire, ou environnement associatif

Materials: Matériel de mise en situation, Carnet de réflexion avec pistes de guidage, Fiche d'observation, Support de mise en relation avec les contenus notionnels

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Conscience de soi
• Autogestion
• Conscience sociale

Apprentissage expérientiel

⏱ 45 min·Binômes

Calcul : La pyramide des énergies

À partir de données chiffrées, les élèves calculent la perte d'énergie entre chaque niveau trophique. Ils doivent expliquer pourquoi il y a toujours moins de prédateurs que de proies dans un milieu naturel.

Préparation et détails

Prédisez comment un déséquilibre à un niveau trophique affecte tout l'écosystème.

Conseil de facilitation: Lors du Calcul de la pyramide des énergies, utilisez des couleurs différentes pour les flèches de matière et d’énergie afin de matérialiser la différence entre les deux flux.

Setup: Variable : extérieur, laboratoire, ou environnement associatif

Materials: Matériel de mise en situation, Carnet de réflexion avec pistes de guidage, Fiche d'observation, Support de mise en relation avec les contenus notionnels

• Appliquer
• Analyser
• Évaluer
• Conscience de soi
• Autogestion
• Conscience sociale

Enseigner ce sujet

Enseignez ce chapitre en alternant entre des modèles à grande échelle (comme le jeu de ficelle) et des observations microscopiques (comme l’expérience de décomposition). Évitez de présenter le cycle de la matière comme un cercle parfait : montrez plutôt que chaque étape est une transformation. Insistez sur la dissipation de l’énergie en chaleur à chaque transfert trophique, car c’est une source fréquente de confusion.

À quoi s’attendre

Les élèves savent expliquer le rôle des producteurs primaires, des consommateurs et des décomposeurs dans le cycle de la matière. Ils distinguent clairement le flux unidirectionnel de l’énergie de la matière qui circule en cycle. Ils utilisent un vocabulaire précis pour décrire ces processus.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Pendant l’Expérience de décomposition en direct, certains élèves pourraient dire que les décomposeurs sont inutiles ou sales.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant cette activité, faites observer aux élèves la transformation de la matière organique (feuilles, restes de légumes) en compost : la couleur change, une odeur terreuse apparaît, et la structure se désagrège. Demandez-leur d’imaginer ce qui se passerait s’il n’y avait plus de décomposeurs dans leur bac à compost.

Idée reçue courante

Pendant le Calcul de la pyramide des énergies, les élèves pensent souvent que l’énergie se recycle comme la matière.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Dans cette activité, utilisez des flèches rouges pour l’énergie (qui deviennent de plus en plus fines à chaque niveau) et des flèches vertes pour la matière (qui restent d’épaisseur constante). Faites calculer aux élèves la perte d’énergie à chaque étape pour ancrer l’idée que l’énergie se dissipe en chaleur.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Après le Jeu de ficelle : demandez aux élèves de dessiner sur une feuille un réseau trophique simple (3 maillons) et d’écrire une phrase expliquant comment l’énergie circule entre ces maillons. Ils doivent aussi nommer un décomposeur qui interviendrait dans cet écosystème.

Vérification rapide

Pendant le Jeu de ficelle : présentez un scénario comme 'Une maladie décime la population de lapins dans une forêt' et posez les questions suivantes : 1. Quel niveau trophique est directement affecté ? 2. Citez deux conséquences possibles sur le niveau trophique supérieur et le niveau trophique inférieur. 3. Expliquez brièvement comment les décomposeurs sont impliqués.

Question de discussion

Après l’Expérience de décomposition en direct : lancez une discussion en classe avec la question : 'Si les décomposeurs disparaissaient soudainement, quelles seraient les conséquences à long terme sur la disponibilité des nutriments pour les producteurs primaires et, par extension, sur l’ensemble de l’écosystème ?' Encouragez les élèves à argumenter en s’appuyant sur les observations faites dans leurs bocaux.

Extensions et étayage

• Défi : Demandez aux élèves de concevoir un écosystème en aquarium fermé et d’y intégrer tous les maillons du réseau trophique, en expliquant comment l’énergie et la matière y circulent.
• Étayage : Pour les élèves qui ont du mal, fournissez-leur des étiquettes à coller sur un schéma vierge pour reconstruire un réseau trophique pas à pas.
• Exploration approfondie : Proposez une recherche sur le rôle des champignons mycorhiziens dans le recyclage des nutriments, en lien avec l’activité sur les décomposeurs.

Vocabulaire clé

Producteur primaire	Organisme capable de produire sa propre matière organique à partir de matière inorganique, généralement par photosynthèse. C'est la base de la chaîne alimentaire.
Consommateur	Organisme qui se nourrit d'autres organismes pour obtenir de l'énergie et de la matière. Il existe plusieurs niveaux de consommateurs (primaires, secondaires, tertiaires).
Décomposeur	Organisme (bactérie, champignon) qui dégrade la matière organique morte (plantes, animaux) pour en extraire de l'énergie, recyclant ainsi les nutriments dans l'écosystème.
Réseau trophique	Ensemble des relations alimentaires entre les organismes d'un écosystème. Il représente les flux de matière et d'énergie.
Niveau trophique	Position qu'occupe un organisme dans un réseau trophique, déterminée par son régime alimentaire (producteur, consommateur primaire, secondaire, etc.).