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Our Planet Reviewed - Expedition Papua New-guinea :: Rubriques

Our Planet Reviewed - Expedition Papua New-guinea

La_respiration_des_animaux_du_recif_corallien

La respiration des animaux du récif corallien

Approche croisée géographie, Chimie et SVT

Niveau Primaire cycle 3, collège 6° et 5°

Récif corallien de la barrière de Hyehen

Récif corallien de la barrière de Hyehen

 

 

 

Objectifs :

En partant de l’exemple du récif de corail, il est possible de localiser les zones de récifs à différentes échelles, de montrer la composition de l’eau de mer et ses variations, de préciser les conditions particulières de cet environnement, d’aborder la notion de respiration et la répartition des espèces selon leur besoin en dioxygène, de montrer l’impact des activités humaines sur cet environnement.

Contexte :

Le récif corallien est un milieu particulier, une grande diversité d’êtres vivants  y est inféodée. Une approche géographique et chimique permet de voir les conditions particulières de ce milieu pour ensuite comprendre comment respirent les animaux qui y vivent. Les animaux des récifs coralliens de Papouasie-Nouvelle-Guinée possèdent des organes respiratoires qui leur permettent d’extraire le dioxygène présent dans le milieu : dans l’eau ou dans l’air. Certaines espèces n’extraient pas le dioxygène du milieu qu’ils occupent principalement (comme les serpents par exemple), ceci s’explique par les histoires évolutives propres de l’espèce. 

Documents :

Doc 1 : Les récifs coralliens de Papouasie

 


 

Carte des récifs coralliens dans le monde

Carte des récifs coralliens dans le monde

Carte de la répartition des récifs coralliens dans le monde [auteur Thierry magniez]

 

Les récifs coralliens sont situés le plus couramment dans la ceinture intertropicale, entre le Tropique du Cancer au Nord (23°26' N) et le Tropique du Capricorne au Sud (23°26' S).

Carte du triangle de corail

Carte du triangle de corail

Carte du “triangle de corail” (en bleu clair) [auteur: Devil m25]

 

Le « triangle d’or » ou « triangle de corail » est une zone géographique comprenant les eaux entres les Philippines au Nord, Bali (en Indonésie) au Sud-Ouest, et les iles Salomon au Sud-Est. La mer de Bismarck, au Nord de la Papouasie Nouvelle Guinée est donc au cœur de ce triangle. Cette région marine est considérée comme la plus riche en espèces au monde, et contient plus de 600 espèces de coraux de récifs (équivalent à 76% des espèces de coraux connus dans le monde).

Image satellite de récif dans la région de Madang

Image satellite de récif dans la région de Madang

Photographie satellite du récif à 5 kilomètres au nord de Madang, image utilisée par le volet marin pour définir les zones de collecte. 

 

Doc 2 : Le récif, un milieu aux conditions particulières

Composition chimique de l’eau de mer des côtes atlantiques de la France

Composition chimique de l’eau de mer des côtes atlantiques de la France

 

 

Conditions physico-chimiques du récif : 

L'eau du récif est un élément très complexe et très stable dans le temps où la moindre variation chimique ou physique peu être fatale à l'ensemble du récif.

 

  • Température : pour que les barrières de corail puissent se développer  la température de l’eau doit être comprise entre 20° et 29°C.
  • Profondeur : entre 0 et 50 mètres, enfin les coraux ont besoin d‘une luminosité importante ce qui nécessite une eau limpide et peu profonde.
  • Agitation : Les coraux comme tous les êtres vivants ont besoins d’oxygène pour respirer et de nourriture. Comme ils sont fixés, c’est le mouvement de l’eau qui leur apporte ce dont ils ont besoin. L’agitation ne doit pas être trop importante afin de ne pas endommager les colonies. Mais si les eaux sont trop calmes, alors les coraux manquent d’oxygène et se retrouvent recouverts par les particules sédimentaires.
  • L’hydrodynamisme joue sur la forme des coraux : c’est ainsi que dans la zone de déferlement ce sont les coraux massifs plus résistants qui dominent.

 

Sédiments : 

 

  • Substrat : les coraux s’installent sur un support solide et stable dans la durée pour éviter l’écrasement ou l’enfouissement des colonies.
  • Salinité : la diminution de la teneur en sel est très mal tolérée par les coraux. La salinité moyenne pour les eaux marines est de 35 g/ L et le maximum supporté est de 40 g/L.
  • Turbidité du milieu : La turbidité de l’eau, c'est-à-dire la quantité de particules en suspension dans l’eau diminue l’éclairement. Si les grains en suspension dans l’eau sont assez gros, ils vont user les colonies coralliennes (abrasion). Si les grains sont fins, ils vont se déposer et étouffer les polypes.
  • Ph : Les valeurs normales vont de 8.2 à 8.5, les extrêmes de 7.6 à 9. Des variations sont possible entre la nuit et le jour : la nuit, par arrêt de la photosynthèse, il peut descendre à 8, et la journée remonter à 8,4.
  • le climat tropical est composé d’un été austral ou les températures sont les plus fortes mais non sans l’apparition des cyclones tropicaux réguliers dans ces régions et d’une saison des pluies ou les précipitations sont au plus fort.
  • Pollution : qui doit être au niveau de traces, car le corail n'a qu'une très faible tolérance à la pollution. On peut prendre comme exemple, les nitrates qui sont produits par les bactéries qui décomposent les matières organiques. Un taux de 20 ppm est fatal pour la plupart des coraux mais les poissons peuvent supporter plus de 50 à 100 ppm.

 

 

Graphique de l’éclairement en fonction de la profondeur du milieu

Graphique de l’éclairement en fonction de la profondeur du milieu

 
Graphique du recouvrement corallien en fonction de la profondeur du milieu

Graphique du recouvrement corallien en fonction de la profondeur du milieu

 
Blanchissement de corail

Blanchissement de corail

[© Hazel Oxenford]

 

Un des signes de détérioration des récifs est le blanchissement. Celui-ci serait provoqué par le réchauffement des eaux, la forte sédimentation et la pollution marine qui entraînent l’acidification de l’eau et la disparition des zooxanthelles, ces minuscules algues qui vivent en association avec les coraux. Ne pouvant vivre sans ces algues, les coraux deviennent blancs puis meurent. On estime que près de 60 % des récifs coralliens du monde sont en danger en raison des activités humaines (pollution, changements climatiques, techniques de pêche nuisibles, etc.).

Les vagues de réchauffement des eaux de 1996 et de 1998, provoqué par une anomalie du phénomène El Niño, ont touché 16% des coraux selon le réseau mondial de surveillance des récifs. Aujourd’hui 6,4% de ces récifs touchés ont totalement récupéré ou sont en cours de rétablissement. Après le blanchissement des coraux, ceux-ci sont colonisés par des algues, et Il faut plus de 15 ans pour qu’un récif retrouve un état proche de son état initial. 

Commentaire tiré du livre de Pascal Joannot  Nouvelle Calédonie, Terre de corail

Doc 3 : Le corail respire

Corail <i>Pavona maldivensis</i>

Corail Pavona maldivensis

[© Sébastien Faninoz]

 
Corail <i>Acroporidae Acropora sp.</i>

Corail Acroporidae Acropora sp.

 

Importance des  zooxanthelles dans la respiration des coraux :

La densité de Zooxanthelles peut être extraordinaire, avec des densités variant généralement entre 1 000 000 et 5 000 000 algues unitaires par cm2 dans les tissus des coraux durs

Les coraux hermatypiques qui sont ceux qui construisent les récifs contiennent des algues unicellulaires, les zooxanthelles, à des densités de l’ordre de 1 millions de cellules par cm2. Ces algues ont besoin de lumière pour la photosynthèse. Elles utilisent alors le gaz carbonique dissous dans l’eau de mer, l’azote et le phosphore minéral pour fabriquer de la matière organique qui sera utilisée par le polype. Les zooxanthelles vivent dans l'endoderme des polypes des coraux. Comme les plantes, elles produisent par photosynthèse des sucres simples et de l'oxygène qui sont utilisés par les coraux et permettent la production du carbonate de calcium, en contre partie le corail fournit du dioxyde de carbone aux zooxanthelles. Les pigments des zooxanthelles sont à l'origine de la couleur des coraux.

La photosynthèse réalisée par les zooxanthelles produit un dégagement de dioxygène. La concentration en dioxygène des eaux chaudes est peu élevée du fait de sa faible solubilité qui, de plus, diminue avec la température. L'approvisionnement en dioxygène, nécessaire à la respiration du polype est alors facilité.

En déplaçant l’équilibre des carbonates, elles facilitent la précipitation du carbonate de calcium, base du squelette des coraux (la calcification).

Les zooxanthelles éliminent rapidement l’anhydride carbonique produit par le métabolisme des coraux et qui dissous le carbonate de calcium. Ainsi les zooxanthelles augmentent la production de calcaire qui peut-être dix fois supérieure à celles des coraux démunis d'algues.

 

Schéma des échanges respiratoires des coraux récifaux

Schéma des échanges respiratoires des coraux récifaux

 

Texte des échanges respiratoires ces les coraux récifaux :

Les coraux sont des animaux constitués uniquement de deux couches de cellules : une couche externe (l’ectoderme), et une couche interne (l’endoderme). Le transfert des deux gaz, le dioxygène de l’eau vers la cellule et le dioxyde de carbone de la cellule vers l’eau de mer, s’effectue par diffusion à travers la membrane cellulaire. Les molécules vont toujours de l’endroit où elles sont le plus concentrées vers l’endroit où elles le sont le moins.

Doc 4 : Le serpent « à la tête de tortue » de la mer de corail

Comme les serpents ayant une vie terrestre, arboricole ou souterraine, les serpents qui vivent en mer ont des poumons et doivent revenir régulièrement à la surface pour respirer. Chez presque toutes les espèces de serpents, le poumon gauche est atrophié et le poumon droit est lui hypertrophié. Chez les serpents marins, celui-ci est encore plus développé que chez les espèces terrestres, et s’étend sur toute la longueur de leur corps. La partie supérieure du poumon est consacrée à la fonction respiratoire, mais la partie inférieure de celui-ci leur sert à contrôler leur flottabilité. 

Le serpent « à tête de tortue » est répandu dans les eaux peu profondes des lagons de la mer de corail. Il passe toute sa vie en mer, et près du fond où il se nourrit d’œufs de poissons, sauf lors des remontées à la surface pour respirer.

Serpent à "tête de tortue" marin

Serpent à "tête de tortue" marin

Un serpent à "tête de tortue" marin (Emydocephalus annulatus) venant respirer à la surface. [© Sébastien Faninoz]

 

Doc 5 : La murène léopard dans les récifs

Murène léopard

Murène léopard

Murène léopard (Gymnothorax javanicus) [© Albert Kok]