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Que nous disent les lichens sur la qualité de l’air?
Anne Bauwens et Sandrine Kivits
Table des Matières
1. Mise en situation
2. Introduction: Les polluants et leurs sources
3. Evolution de la qualité de l’air
4. Les bio-indicateurs
5. Exemple: Les Lichens et la qualité de l’air
6. Sortie terrain
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Mise en situation
Observez pendant 5 minutes les 2 stations représentées sur les tables
Formulez des hypothèses quant à la qualité de l’air de chacune de ces stations
Mise en situation
A l’aide des documents d’une des stations, confirmez ou infirmez une des hypothèses formulées (argumenter) – 15 min
Mise en commun
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Mise en situation
Qu’entend-on par pollution? D’après le Larousse:
Dégradation de l'environnement par des substances (naturelles, chimiques ou radioactives), des déchets (ménagers ou industriels) ou des nuisances diverses (sonores, lumineuses, thermiques, biologiques, etc.). [Bien qu'elle puisse avoir une origine entièrement naturelle (éruption volcanique, par exemple), elle est principalement liée aux activités humaines.]
Mise en situation
Qu’entend-on par pollution? D’après le Conseil de l’Europe, 1967:
On parlera de pollution de l’air lorsque « la présence d’une substance étrangère ou une variation importante dans la proportion de constituants de l’air est susceptible de créer une gêne ou de provoquer un effet nuisible, compte tenu des connaissances scientifiques du moment »
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Table des Matières
1. Mise en situation 2. Introduction: Les polluants et leurs sources 3. Evolution de la qualité de l’air 4. Les bio-indicateurs 5. Exemple: Les Lichens et la qualité de l’air 6. Sortie Terrain
Les polluants et leurs sources
Evolution du % d’émission des substances acidifiantes (SO2, NOX et NH3) dans l’air en Wallonie par secteur d’activité:
05
10152025303540
1996
1998
2002
2005
2010
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Les polluants et leurs sources
SO2: Combustion d'énergies fossiles (charbon,
fioul, pétrole...)
Industries : métallurgie, raffineries63% en Wallonie Centrales thermiques 17% en Wallonie Chauffage 15% en Wallonie
Les polluants et leurs sources
Composés azotés (NOx + NH3):
Combustion E fossiles + composés présents dans l’atmosphère
Trafic routier 45 % en Wallonie
Industries 37% en Wallonie : production engrais, ac. Nitrique, …
Chauffage
Agriculture
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Les polluants et leur sourcesPolluants Sources principales
Particules en suspensiondont PM10 (µm) et PM2.5 (µm)
Combustion d'énergies fossiles Activités industrielles diverses : sidérurgie, métallurgie, incinération, cimenteries, carrières, hauts fourneaux,
verreries, céramique, chaux,… Trafic routier (usure, gaz d'échappement, frottements...) Agriculture (érosion sol => PM 2,5)
Ammoniac NH3 Agriculture
Monoxyde de carbone CO
Combustion carbonée incomplète Trafic Industries : sidérurgie (acier) + incinération Chauffage mal réglé
Dioxyde de Carbone CO2
CombustionChauffageTraficCentrales thermiquesTertiaire = fournir des services (marchands ou non)
Composés Organiques Volatils COV (hydrocarbures, exemple : CH4, butane éthanol, …)
Industries (raffinerie, chimie : imprimerie, solvants - peintures, cosmétiques, produits entretien ...) Trafic Agriculture (érosion sol) Nature (biomasse)
COV: Benzène C6H6
Industries (activités liées à la chimie, à la raffinerie, ...) Trafic Fumée de tabac
Les polluants et leur sources
Métaux Lourds :Plomb Pb, Arsenic As, Nickel Ni, Cadmium Cd
Associés aux particules fines en suspension, ils sont analysés sur la fraction PM10.De manière générale : Combustion énergies fossiles + Métallurgie + Incinérateurs + RésidentielPb : Trafic aérien, papier/cartonZn : Acier, papier cartonAs : Industrie chimique, cigarette, fonderies métaux & minerais, pesticides, herbicides, verreries, …Ni : raffinage, chimie, agro-alim, matériaux constructionCd : cigarette, fonderies, peintures, matériaux construction
Hydrocarbures Industries en particulier de la chimie et du pétrole (raffineries)Trafic Chauffage
Ozone O3 Photochimie entre COV et NOx : Azote + 02 + rayonnement solaire + polluant primaire = 03
Sonore
Trafic aérien et aéroportsUsines, chantiersTransportsManifestations, événements publics, voisinageTéléphone mobile, baladeur numérique, musique électronique
Electromagnétique
Lignes à haute et moyenne tension Câbles à haute, moyenne et basse tension enterrés proches des habitationsCabines de transformationStation d’antennes relais de GSMWI-FI, GSM, téléphone mobile, appareils électroménagers
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Facteurs influençant la qualité de l’airConditions météorologiques (brume, pluie,
ensoleillement…)Nos modes de production et de
consommation : chauffage, transports, industries…
Processus naturels (érosion, éruptions, émissions par la végétation…)
Variations saisonnières et journalières
Formation :NO2 -> O + NO
en présence de radiations
solaires
O + O2 -> O3
Destruction:NO + O3 -> O2 + NO2
Cas de l’ozone troposphérique
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Table des Matières
1. Mise en situation
2. Introduction : Les polluants et leurs sources
3. Evolution de la qualité de l’air
4. Les bio-indicateurs
5. Exemple: Les Lichens et la qualité de l’air
6. Sortie terrain
Evolution de la qualité de l’air
L’air ambiant est de plus en plus contrôlé - 182 points de mesure en Wallonie
Diminution générale des rejets de polluants en Région wallonne
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Evolution de la qualité de l’air
2 bêtes noires : ozone et particules
Adresses utiles :
Pour la Wallonie:http://airquality.issep.be/WebAirQuality/Accueil.aspx
http://etat.environnement.wallonie.be/
Cellule interrégionale de l’Environnementhttp://www.irceline.be/~celinair/french/homefr_java.html
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Table des Matières
1. Mise en situation 2. Introduction : Les polluants et leurs sources 3. Evolution de la qualité de l’air 4. Les bio-indicateurs 5. Exemple: Les Lichens et la qualité de l’air 6. Sortie terrain
Les bio-indicateurs
Le passage des polluants dans la biomasseLes polluants existant dans un milieu vont contaminer les êtres vivants. Si le polluant est stable, la chaîne alimentaire sera contaminée. Exemple Rennes - Tchernobyl.
Bioaccumulation = phénomène par lequel une substance, présente dans un biotope, s’accumule en surface et/ou pénètre dans un organisme même si elle n’a aucun rôle métabolique, voire si elle est toxique à ce dernier. (Ramade 1993)
Chez les plantes = absorption par les stomates + assimilation par les racinesChez les animaux = inhalation (respiration) + absorption par la peau + ingestion
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Les bio-indicateurs
Définition :D’après le Larousse:
Espèce vivante qui, par sa présence ou son absence, son abondance ou sa rareté, permet d'apprécier le degré de pollution de l'eau ou de l'air.
Bio-indicateur = relais faisant référence à des effets observables au niveau de l’individu se traduisant par des altérations morphologiques, tissulaires ou physiologiques (croissance et reproduction). Observable à l’œil
Les bio-indicateurs
Définition (suite)Bio-intégrateur = variations spécifique dans des populations et/ou des écosystèmes
Lichen = Bio-indicateur + Bio-intégrateur + Bio-accumulateur
Définition CNRS:
Organisme (ou partie d'un organisme ou communauté d'organismes) qui renseigne sur l'état et le fonctionnement d'un écosystème
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Les bio-indicateursUn bio-indicateur doit:
-être scientifiquement connu : sa biologie et son écologie doivent être maîtrisées : alimentation, voies d'exposition aux polluants, reproduction, place dans la chaîne alimentaire..., -être lié ou corrélé à des fonctions de l'écosystème, -être sensible aux nuisances et aux modifications du milieu/de l’écosystème-être facile à mesurer et à interpréter, -être compatible avec des indicateurs physiques et chimiques de la qualité de l’air,-être robuste pour ne pas être affecté par des variations naturelles à court terme, -avoir un faible coût.
Les bio-indicateurs
Avantages 1. Les organismes vivants sont de précieux révélateurs des
perturbations de l'environnement car ils intègrent l'ensemble des stress environnementaux (pollution chimique, état physique du biotope, variations climatiques, modifications biologiques...) et renseignent ainsi sur l'état global d’un écosystème/environnement.
2. Les mesures physico-chimiques: prennent en compte les polluants que l’on choisit de mesurer et ne peuvent rendre compte du devenir et de la toxicité des polluants dans les systèmes biologiques.
3. Méthodes simples, faciles et pas chères = ++ pour pays en voie de développement
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Les bio-indicateurs: Avantages et limites Avantages:4. Les micropolluants (composés qui expriment une nocivité
élevée à de très faibles concentrations) ne sont pas analysables directement. Bio-accumulateurs oui. (p. 16).
5. Suivi pollution dans l’espace et dans le temps: modification de la pollution atmosphérique en fonction des activités humaines (cf. Evolution qualité air) => nature, dispersion, concentrations, interactions, identification…
6. Détection de nouveaux polluants non pris en compte par les capteurs mis en place
Les bio-indicateurs
Les Limites1. Il existe tellement de paramètres biologiques =>
comment savoir si les modifications sont d’origine anthropique ou d’origine « naturelle »?
2. « Demandeurs » veulent des réponses précises3. Maîtriser la biologie et l’écologie des êtres vivants
choisis4. Présence des bio-indicateurs dans le milieu étudié5. Temps de réponse et seuil parfois élevés6. Certains pics de pollution auront un impact plus
important que de faibles niveaux de pollution
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Table des Matières
1. Mise en situation
2. Introduction : Les polluants et leurs sources
3. Evolution de la qualité de l’air
4. Les bio-indicateurs
5. Exemple: Les Lichens et la qualité de l’air
6. Pollution chimique
7. Pollution sonore
8. Pollution électromagnétique
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Table des Matières
Qu’est-ce qu’un lichen?
Les lichens et la pollution atmosphérique
L’écologie des lichens
La morphologie des lichens
Le matériel
Le protocole expérimental
Qu’est-ce qu’un lichen?
•Une algue
= SYMBIOSE
LichenIl y a échange:
Champignon protection + eau, sels minéraux et antibiotiques
Algue sucres obtenus par la photosynthèse,
CO2 + H2O sucres + O2
+•Un champignon et...ou une cyanobactérie
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Table des Matières
Qu’est-ce qu’un lichen?
Les lichens et la pollution, pourquoi eux?
L’écologie des lichens
La morphologie des lichens
Le matériel
Le protocole expérimental
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Les lichens et la pollution, pourquoi eux?
Végétaux Lichens
Feuilles recouvertes d’une cuticule protectrice et imperméable
Pas de cuticule, contact direct avec l’atmosphère
Pas d’activité l’hiver Actif toute l’année
Stomates Absence de système de régulation
Reproduction par graines protégées d’une enveloppe
Reproduction par des structures aériennes en contact direct avec les polluants de l’air
Croissance rapide Croissance lente
Nutrition par les feuilles et les racines (sol)
Nutrition uniquement dans l’air
Impact pollution sur lichens:Ratio surface/volume très élevé => absorption élevée des polluants gazeux et/ou
dissous dans l’eau de pluie.
- Diminution activité photosynthétique,- Dégénérescence des mitochondries,- Altération de la synthèse des protéines,- Perturbation des systèmes enzymatiques,- Modification rapide des voies métaboliques => nécroses- Etc. De nombreuses espèces disparaissent lorsque la qualité de
l’air se dégrade L’étude des associations permet d’étudier la progression
ou la régression de la qualité de l’air
Les lichens et la pollution, pourquoi eux?
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Table des Matières
Qu’est-ce qu’un lichen?
Les lichens et la pollution atmosphérique
L’écologie des lichens
La morphologie des lichens
Le matériel
Le protocole expérimental
Caractéristiques des lichens:
Pouvoir LITHOGENE = permet de s’installer en pionnier sur des substrats difficiles
RESISTANCE aux températures extrêmes
REVIVISCENCE = capacité de vivre à l’état sec
vie au ralenti
L’écologie des lichens
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L’écologie des lichens
Ils sont partout!Dans les déserts froids et
chaudsA la limite des neiges
éternelles dans les montagnes
Sur les côtes (sel)Dans les boisDans votre jardin: sur les
arbres, les murs, les vieilles tôles, des vieux pneus, ...
L’écologie des lichens
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Chaque espèce a besoin pour survivre de conditions écologiques très strictes!
luminosité nature du substrat (roche, arbre, arbres morts, ...) pH substrat (acide, neutre, basique) présence de certaines substances: azote (rochers
fréquentés par les oiseaux), fer ou autres métaux, etc. etc.Et....
L’écologie des lichens
la qualité de l’air !
Table des Matières
Qu’est-ce qu’un lichen?
Les lichens et la pollution atmosphérique
L’écologie des lichens
La morphologie des lichens
Le matériel
Le protocole expérimental
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La morphologie des lichens
Le Thalle = le corps du lichen
Les principaux types de thalles:
1. Thalle crustacé
La morphologie des lichens
3. Thalle fruticuleux2. Thalle foliacé
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La morphologie des lichens
Les organes:
Les apothécies Les rhizines, les cils, les poils
Les soralies et les isidies
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Foliacés: Physcia adscendens
Physcia
La morphologie des lichens
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Foliacés: Phaeophyscia orbicularis
Foliacés: Hypogymnia physodes
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Foliacés: Parmelia sulcata
Foliacés: Flavoparmelia caperata
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Foliacés: Parmelia sp.
Fruticuleux: Evernia prunasti
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Fruticuleux
Table des Matières
Qu’est-ce qu’un lichen?
Les lichens et la pollution atmosphérique
L’écologie des lichens
La morphologie des lichens
Le matériel
Le protocole expérimental
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Le matériel
Carte I.G.N (1/25 000)
Livret de détermination des arbres et des lichens
loupes
Grille de relevé
Fiches terrain
Fascicule enseignants
Table des Matières
Qu’est-ce qu’un lichen?
Les lichens et la pollution atmosphérique
L’écologie des lichens
La morphologie des lichens
Le matériel
Le protocole expérimental
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Protocole expérimental
1. Choix de 2-3 stations: il faut 6 arbres de même espèce et de diamètre > à 20 cm
2. Dénombrement et/ou identification des lichens sur chacun de ces 6 arbres
3. Compléter les fiches terrain
4. Évaluer la qualité de l’air
Protocole expérimental
Disposition de la grille de relevés:
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Station 1 : Arbre 2 : Chêne pédonculé
espèces identifiées ou non carré 1 carré 2 carré 3 carré 4 carré 5 carré 6 carré 7 carré 8 carré 9 carré 10 fréquence
Physcia = 5
Xanthoria parietina = 3
Parmelia sulcata = 0
Evernia prunasti = 0
Espèce A = 2
………………..
Les Fiches Terrain
Cadre 2 Cadre 3
Station n° … Localisation: Ville/village/Lieu dit/etc. : Nom et numéro de la carte : Longitude : Latitude :
Espèces de lichens Arbre 1:............................
Arbre 2:............................
Arbre 3:............................
Arbre 4:............................
Arbre 5:............................
Arbre 6:............................
Fréquence moyenne
Espèce :…………………………….
Espèce : ………… …………………...
Espèce : ………… …………………..
Espèce : ………… …………………..
Espèce : ………… …………………..
Espèce : ………… …………………..
Espèce : ………… …………………..
Espèce : ………… …………………..
Indice local de la qualité de l'air (somme des fréquences)
Cadre 1
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Echelle des indices de pollution :
Conclusion:
Le temps
Choix de la station:
fait par l’enseignant
fait par les élèves
Sur le terrain (avec la classe):
vérification des critères de choix de la station
dénombrement et identification des lichens (fiche arbre)
(fiche station)
Environ 1h
et/ou
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