Sciences de la vie et de la Terre · Terminale · Enjeux Contemporains : Écosystèmes et Biodiversité · 3e Trimestre

Biodiversité : Niveaux et Mesure

Les élèves définissent la biodiversité à différentes échelles (génétique, spécifique, écosystémique) et explorent les méthodes de mesure et d'évaluation.

À propos de ce thème

La biodiversité s'appréhende à trois échelles emboîtées : génétique (diversité des allèles au sein d'une espèce), spécifique (nombre et abondance des espèces dans un milieu) et écosystémique (variété des habitats et des paysages). Les élèves de Terminale apprennent à distinguer ces niveaux et à comprendre leurs interconnexions. La diversité génétique conditionne la capacité d'adaptation des espèces, la diversité spécifique détermine la complexité des réseaux trophiques, et la diversité écosystémique garantit la variété des niches disponibles.

Les méthodes de mesure incluent les indices de diversité (Shannon, Simpson), les inventaires naturalistes, le barcoding ADN et les suivis de populations par capture-marquage-recapture. Les élèves comprennent que mesurer la biodiversité n'est pas simplement compter les espèces : l'abondance relative et l'équitabilité importent autant que la richesse spécifique. Les activités de terrain ou d'analyse de jeux de données réels sont essentielles pour concrétiser ces notions quantitatives et saisir pourquoi la biodiversité est un indicateur de la santé des écosystèmes.

Questions clés

1. Distinguez les différents niveaux de la biodiversité et leur interconnexion.
2. Analysez les méthodes utilisées pour mesurer la richesse spécifique et l'abondance des espèces.
3. Justifiez l'importance de la biodiversité pour la stabilité des écosystèmes.

Objectifs d'apprentissage

• Distinguer et expliquer les interconnexions entre la biodiversité génétique, spécifique et écosystémique.
• Calculer des indices de diversité (Shannon, Simpson) à partir de données d'abondance d'espèces.
• Analyser les protocoles de suivi de populations (capture-marquage-recapture) pour estimer la taille d'une population.
• Comparer l'efficacité de différentes méthodes de mesure de la biodiversité (inventaires, barcoding ADN) pour des contextes variés.
• Évaluer l'importance de la richesse spécifique et de l'équitabilité pour la stabilité d'un écosystème donné.

Avant de commencer

Notions de base sur les populations et les communautés

Pourquoi : Les élèves doivent avoir une compréhension préalable des concepts de population et de communauté pour aborder la diversité spécifique et écosystémique.

Principes de base de la génétique (allèles, génotypes)

Pourquoi : Une connaissance des bases de la génétique est nécessaire pour comprendre la notion de diversité génétique et la variation des allèles.

Vocabulaire clé

Biodiversité génétique	La diversité des allèles au sein d'une même espèce. Elle est mesurée par la variation des patrimoines génétiques des individus.
Biodiversité spécifique	La diversité des espèces présentes dans un milieu donné. Elle prend en compte à la fois le nombre d'espèces (richesse) et leur abondance relative.
Biodiversité écosystémique	La variété des habitats, des communautés et des processus écologiques présents sur une aire géographique donnée.
Indice de Shannon	Un indice mathématique qui mesure la diversité d'un écosystème en tenant compte de la richesse spécifique et de la répartition des abondances.
Capture-marquage-recapture	Une méthode d'estimation de la taille d'une population animale par capture, marquage, relâchement, puis nouvelle capture.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

La biodiversité se résume au nombre d'espèces présentes dans un milieu.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La richesse spécifique n'est qu'un aspect. L'abondance relative (équitabilité) et les niveaux génétique et écosystémique sont tout aussi importants. Le calcul de l'indice de Shannon en binôme montre concrètement qu'un milieu avec 10 espèces également réparties est plus diversifié qu'un milieu de 20 espèces dominé par une seule.

Idée reçue courante

La diversité génétique n'a pas de lien direct avec la survie des espèces.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Une faible diversité génétique réduit la capacité d'adaptation face aux changements environnementaux (maladies, climat). Le Penser-Partager-Présenter sur les liens entre échelles permet de comprendre comment l'érosion génétique (consanguinité, goulot d'étranglement) fragilise les populations.

Idées d'apprentissage actif

Progettazione: Calcul d'indices de diversité

Les binômes reçoivent des inventaires faunistiques ou floristiques de deux milieux différents. Ils calculent l'indice de Shannon pour chaque milieu, comparent les résultats et expliquent pourquoi un milieu riche en espèces mais dominé par une seule n'est pas forcément le plus diversifié.

45 min·Binômes

Sortie terrain virtuelle : Inventaire de biodiversité

À partir de photographies géolocalisées ou de bases de données naturalistes (INPN), les groupes réalisent un inventaire d'un milieu donné. Ils classent les espèces identifiées et évaluent la biodiversité aux trois échelles (génétique si données disponibles, spécifique, écosystémique).

55 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Trois échelles de biodiversité

Chaque élève associe des exemples concrets à chacune des trois échelles de biodiversité. En binôme, ils vérifient la cohérence de leurs classements et identifient les liens entre les échelles (ex : perte génétique qui fragilise l'espèce).

20 min·Binômes

Débat formel: Comment mesurer la biodiversité ?

Deux groupes défendent chacun une méthode (inventaire traditionnel vs barcoding ADN). Ils doivent argumenter sur les avantages, limites, coûts et contextes d'utilisation de leur méthode, puis la classe synthétise la complémentarité des approches.

35 min·Petits groupes

Liens avec le monde réel

• Les écologues travaillant pour l'Office Français de la Biodiversité (OFB) utilisent des inventaires et des indices de diversité pour évaluer l'état de santé des cours d'eau en France, comme la Seine ou la Loire, afin de proposer des plans de gestion.
• Les professionnels de la conservation, tels que ceux de l'UICN, emploient le suivi de populations par capture-marquage-recapture pour estimer la taille des populations d'espèces menacées, comme le bouquetin des Alpes, et adapter les stratégies de protection.
• Les chercheurs en agronomie utilisent le séquençage ADN (barcoding) pour identifier rapidement la diversité des insectes pollinisateurs dans les vergers, afin d'optimiser les pratiques agricoles pour le maintien de la pollinisation.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Distribuez une fiche avec trois colonnes : 'Niveau de biodiversité', 'Définition', 'Exemple concret'. Demandez aux élèves de remplir la fiche pour les trois niveaux (génétique, spécifique, écosystémique) en 5 minutes.

Question de discussion

Posez la question : 'Pourquoi un écosystème avec 10 espèces très abondantes est-il différent en termes de stabilité d'un écosystème avec 10 espèces aux abondances très variables ?' Guidez la discussion vers les notions de richesse et d'équitabilité.

Vérification rapide

Présentez un tableau de données simple avec le nombre d'individus pour 3 espèces dans deux milieux différents. Demandez aux élèves de calculer la richesse spécifique et l'indice de Shannon pour chaque milieu, puis de comparer les résultats.

Questions fréquentes

Quels sont les trois niveaux de la biodiversité ?

La biodiversité génétique désigne la diversité des allèles au sein d'une espèce. La biodiversité spécifique correspond à la variété des espèces dans un milieu donné. La biodiversité écosystémique englobe la diversité des habitats, des paysages et des interactions entre communautés à l'échelle régionale ou planétaire.

Comment mesure-t-on la biodiversité spécifique ?

Les écologues utilisent des inventaires (identification et comptage des espèces), puis calculent des indices comme l'indice de Shannon ou de Simpson, qui intègrent la richesse spécifique et l'équitabilité. Le barcoding ADN environnemental (ADNe) permet aussi de détecter des espèces difficiles à observer directement.

Pourquoi la biodiversité est-elle importante pour les écosystèmes ?

La biodiversité stabilise les écosystèmes par la redondance fonctionnelle : si une espèce disparaît, d'autres peuvent assurer ses fonctions. Elle garantit la productivité, la résilience face aux perturbations et le maintien des services écosystémiques essentiels (pollinisation, épuration de l'eau, régulation du climat).

Comment l'apprentissage actif améliore-t-il la compréhension de la biodiversité ?

Calculer soi-même des indices, réaliser des inventaires et débattre des méthodes de mesure transforment la biodiversité d'un concept abstrait en une réalité quantifiable. Les élèves retiennent que la biodiversité se mesure et se compare, ce qui prépare à la prise de décision en conservation.