g Partie Fonctionnement de 2 l’organisme et besoin en énergie · Au cycle 3, il a complété cette découverte par l’étude des articulations et le fonctionnement des muscles

Fonctionnement del’organisme et besoinen énergie

Partie2

Y Cette partie doit permettre à l’élève d’appréhender quelques aspects généraux concernant lefonctionnement du corps humain. Il s’agit principalement :- d’identifier certaines manifestations, à l’échelle de l’organisme, consécutives de l’activité mus-culaire : modifications des activités cardiaque et respiratoire, évacuation de la chaleur corporel-le lors d’un effort physique…)- de relier ces manifestations avec le fonctionnement du muscle à l’effort : besoins en dioxygè-ne et nutriments accrus, rejets amplifiés de déchets et de chaleur- de rechercher comment l’organisme concourt, par différents organes ou appareils, à fournir aumuscle dioxygène et nutriments, ou à évacuer déchets et chaleur

Y Dans un cadre éducatif, cette étude conduit l’élève à appréhender certains dysfonctionne-ments des fonctions respiratoires, circulatoires…, à les relier à des comportements déviants, etcomprendre ainsi quelques règles d’hygiène corporelle. Ces différentes ouvertures vers une édu-cation à la santé est aussi une occasion d’être davantage à l’écoute des autres, de respecter lesdifférences entre individus.

Y Quatre chapitres sont donc proposés dans le manuel à ce propos :- le premier conduit à préciser quelques conséquences de l’activité musculaire. Il n’y est pasquestion d’étudier les modalités de la contraction musculaire mais d’en voir les conséquencesen terme de besoins. Les muscles apparaissent donc plus comme des organes en fonctionnement(et non des organes du mouvement), intégrés à l’organisme : le muscle est un organe irrigué,échangeant avec les vaisseaux sanguins qui y sont associés des molécules (O2, nutriment = glu-cose, déchets…) et de la chaleur. Le sang apparaît tel un intermédiaire entre les organes et lemilieu extérieur.

CHAPITRE 4 : Muscles et activité musculaire

- le deuxième revient sur les modalités d’entrée du dioxygène dans l’organisme, c’est-à-dire jus-qu’aux vaisseaux sanguins qui assureront l’approvisionnement des muscles. Les voies d’entréesont étudiées, c’est-à-dire l’appareil respiratoire.

CHAPITRE 5 : Prélever le dioxygène de l’air

- le troisième s’intéresse à l’entrée de nutriments : il convient donc de présenter la transforma-tion des aliments en matériaux susceptibles de pénétrer dans l’organisme, donc d’être absorbés.Digestion et absorption, et donc organisation générale de l’appareil digestif sont étudiées.

CHAPITRE 6 : Approvisionner les organes en nutriments

47

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48

Ouvrages généraux• Physiologie humaine, Biologie humaine….,Si besoin est, l’enseignant trouvera plusieurs ouvrages de référence sur ces thèmes clas-siques de physiologie animale. Ces ouvrages sont présents chez différents éditeursscientifiques (publications universitaires) : De Boeck (Physiologie humaine), Nathan(Biologie humaine : physiologie, anatomie, santé).

Publications pédagogiques• Guide pratique classes de 5e et 3e, CRDP de LorraineMême si ces ouvrages ont été écrits dans le cadre de la mise en œuvre des programmesde 1997 et 1999, de nombreuses suggestions pédagogiques restent d’actualité.

Liens avec le CM2• Sciences, cycle 3, D. Pommier et G. Simonin, Magnard 2002

Ressources pour le professeur et pour la classe

- le quatrième revient sur la vascularisation qui associe les muscles aux surfaces d’échanges (sur-faces d’entrée dans l’organisme comme l’échangeur pulmonaire et l’échangeur intestinal, sur-faces de sortie comme le poumon : CO2, le rein : autres déchets, voire la peau : chaleur). Ce cha-pitre est donc l’occasion d’étudier les différents vaisseaux qui canalisent le sang mais aussid’aborder l’organisation fonctionnelle de l’organe qui assure la mise en mouvement du sang,c’est-à-dire le cœur.

CHAPITRE 7 : Circulation du sang et échanges avec les organes

Cette partie de programme pourra être étudiée pendant la période hivernale, puisque non liée àdes contingences climatiques pour être réalisée.

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Chapitre 4 • Mus c le s e t ac t i v i t é mus c u la i r e 49

Muscles et activité musculaire

Manuel élève : p. 61 à 76

4

■ Thème généralCe chapitre a pour objectif général de montrer que les organes, par exemple les muscles, réalisent deséchanges avec le sang et que ces échanges varient en fonction de l’effort. Les muscles ont besoin dedioxygène et de glucose pour libérer de l’énergie convertie en travail (contraction) et, en partie, sousforme de chaleur libérée dans l’organisme. Cette activité s’accompagne d’une production de déchets quise retrouvent dans le sang.Il correspond aux items : au cours d’une activité musculaire, des modifications s’observent au niveau del’organisme et les muscles comme les autres organes réalisent avec le sang des échanges qui varientselon leur activité.

■ Programme officiel (application rentrée 2006)

Durée conseillée : 3 heures soit environ 2 semaines.

Les muscles comme les autres organes réali-sent avec le sang des échanges qui varientselon leur activité.

[École primaire : fiche 13, cycles 2 et 3]

[Thèmes : Santé, Statistiques]

[Mathématiques : tableaux, graphiques, valeursmoyennes, rythme, fréquence]

[Physique-Chimie : transformation chimique, 4e,combustion, 3e]

Les organes richement irrigués prélèvent enpermanence dans le sang des nutriments et dudioxygène. Ils y rejettent des déchets dont ledioxyde de carbone.

La consommation de nutriments et de dioxygè-ne, le rejet de dioxyde de carbone par lesorganes varient selon leur activité.

Notions – contenus Compétences Exemples d’activités

I – observation de l’irrigation sanguine d’unorgane.

I/Ra – exploitation de données d’imagerie médi-cale montrant une variation du débit sanguinlors de l’activité d’un organe.

Ra/Re – mise en évidence de la consommationde dioxygène (ExAO) par le muscle et du rejetde dioxyde de carbone.

Ra – comparaison des quantités de dioxygène,de glucose et de dioxyde de carbone dans lesang avant et après son passage dans un muscleau repos et en activité, ou dans un autre orga-ne.

C – réalisation d’un schéma indiquant leséchanges entre le sang et l’organe.

Relier les besoins des organes aux échangesqu’ils réalisent avec le sang.

Mettre en évidence l’absorption de dioxygèneet la libération de dioxyde de carbone par unmuscle vivant.

Déduire l’existence et la nature des échangesau niveau d’un organe à partir de la comparai-son de données chiffrées.

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50 Mus c le s e t ac t i v i t é mus c u la i r e • Chapitre 4

• Objectifs de connaissancesIntentions générales

Ce chapitre permet de constater que l’organisme humain a des besoins en dioxygène identiques à ceuxobservés chez les animaux et les plantes étudiés dans la première partie, et en nutriments (acquis del’École Élémentaire). Il complète ce constat en montrant que les apports s’effectuent par l’intermé-diaire du sang, et qu’ils varient avec l’activité des organes. L’apport de dioxygène et de nutriments vaassurer la libération d’énergie nécessaire au travail des organes et entraîner une production de chaleuret la formation de déchets éliminés par le sang :– les muscles sont des organes qui prélèvent du dioxygène et qui produisent du dioxyde de carbone ;– c’est le sang qui assure les échanges ;– d’autres échanges ont lieu : les organes prennent du glucose et libèrent de l’énergie. Des substancescarbonées et azotées sont éliminées.

Cohérence verticaleAu cycle 2, dans le cadre de l’étude des manisfestations de la vie, l’élève a découvert l’intervention desmuscles et du squelette dans la réalisation des mouvements.Au cycle 3, il a complété cette découverte par l’étude des articulations et le fonctionnement desmuscles (contraction = raccourcissement entraînant le déplacement des os les uns par rapport auxautres…). Il a appris que la réalisation des mouvements imposait un bon entretien des muscles et dusquelette (hygiène corporelle, éducation à la santé…) et dépendait d’un apport régulier et adapté « d’aliments digérés ».Voir Fiches de connaissances, cycles 2 et 3, n° 11 et 12.Documents d’applications des programmes, École, diffusion CNDP.

TransversalitéL’usage de tableaux, de graphiques, les notions de rythme et de fréquence peuvent correspondre à uneapproche transversale avec le professeur de mathématiques.À souligner que les transformations chimiques et la combustion ne seront abordées qu’en 4e et 3e enphysique-chimie.

• Objectifs méthodologiquesCe chapitre permet de poursuivre la formation au raisonnement scientifique en remettant l’accent surcertains points de la démarche expérimentale (notion d’hypothèse, critique de protocole, validationd’hypothèse) et sur la lecture de résultats présentés sous forme de tableaux. L’apprentissage à laconstruction de schémas fonctionnels favorise, chez l’élève, l’usage d’une communication scientifiquesynthétique.

S’informer– observer des photogra-

phies prises à différenteséchelles, notammentmicroscopiques

– identifier des struc-tures au sein desorganes

– noter des modifica-tions à partir demesures ou detableaux comparatifs

– repérer des relationsexistantes entre lesorganes

Réaliser– apprendre à utiliser des

outils de mesures :sonde à dioxygèneExAO

– effectuer des mesures

Communiquer– construire des bilans

d’expériences– utiliser des adverbes de

comparaison– lire des tableaux à

double entrée

Raisonner– se placer dans une

démarche expérimen-tale

– mettre en relation lesrésultats et les obser-vations préliminaires

– exploiter des tableauxde données

– effectuer des compa-raisons

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Séquences

Activité 1

(1h00)

Activité 2

(0h45)

Activité 3

(0h45)

Objectifs

• Constater des échanges entre unmuscle et son milieu de vie

• Constater l’irrigation importante desorganes

• Constater les modifications de débitsanguin selon les efforts

• Rechercher une explication quantaux différences de concentration desubstances dans le sang à l’entrée et àla sortie d’un muscle

• Constater la consommation de glu-cose par le muscle, l’émission de cha-leur, les déchets rejetés

Compétences mises en œuvre

– saisir et mettre en relation desinformations

– respecter des consignes

– saisir des informations

– mettre en relation des informa-tions

– utiliser un schéma

– saisir et mettre en relation desinformations

– réaliser un compte rendu écrit

– réaliser un schéma

Supports proposés

– photographies des résul-tats d’expériences ExAO

– tableau à double entrée

– photographies

– photographies de prépa-rations microscopiques

– thermographies

– tableaux comparatifs

Notions construites

– échanges muscles-organes variables selonactivité

– prélèvements et rejetsdans le sang

– variation des échangesen fonction de l’activité

– relations entre les diffé-rentes composantes d’unenvironnement

■ Découpage du chapitre : progression et programmation horaireUne double page «Observer pour s’interroger » permet de mieux cerner, à partir de quelques docu-ments volontairement peu légendés pour permettre une saisie d’informations et une discussion opti-males, la problématique du chapitre : comment mettre en évidence les liens existant entre les besoins del’organisme et le travail musculaire ?Viennent ensuite trois doubles pages de documents conçues pour résoudre progressivement le pro-blème en suivant une démarche d’investigation.Volontairement, nous avons privilégié l’exploitation dedocuments par rapport à une réalisation pratique correspondant aux expériences de Paul Bert1 parsouci de réalité scientifique. Il semble difficile de présenter ces expériences comme modèles de respi-ration musculaire. Ces expériences historiques dont l’exploitation peut développer l’esprit critique desélèves sont toutefois rappelées ci-dessous. Ces trois « Exploitations de documents » sont prévuespour encadrer un chapitre n’excédant pas, dans sa durée, trois heures d’enseignement. On peut pré-voir, par exemple, la programmation horaire résumée dans le tableau ci-dessous.

1 Les élèves pourront développer leur esprit critique à propos des expériences de P. Bert souvent exploitées en classe sur :- le protocole d’expérience ;- l’utilisation d’un témoin ;- les conditions d’expériences ;- les conditions biologiques.En fait, cette expérience est à relier à d’autres expériences que Paul Bert réalisa sur l’influence des pressions barométriques sur le vivant et ne peut être envi-sagée comme une expérience sur la respiration qu’en modélisation. Elle doit être replacée dans l’histoire des sciences et dans le contexte correspondant àl’évolution des sciences de l’époque.

La programmation proposée laisse ainsi 0h30 pour faire un bilan des notions construites au cours desdifférentes activités.On trouvera dans ce chapitre, dans les pages Sciences Mag, des pistes d’activités, de lecture ou deréflexion complémentaires, réalisables en autonomie, en classe ou hors de la classe, par l’élève seul ouen groupe. Ces compléments ont été orientés :– vers une éducation à la santé et à l’appréhension de techniques médicales (Biologie et santé : deschauds et froids mortels… ou bienfaiteurs) ;– vers une éducation à l’orientation au choix par la découverte de métiers (coin des métiers : autourdu sport).

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■ Supports pédagogiques utilesInformatique

– Logiciel (Jeulin) : fonction de nutrition (activité et besoin descellules, utilisation des nutriments et conversion de l’énergiepar les cellules).

■ Aide à la mise en œuvre des activitésPages d’ouverture du chapitre ➥ Page 61

Cycliste lors d’une ascension. L’activité musculaire est perceptible au niveau des bras (contractionvisible). Cette activité semble liée à un besoin respiratoire, à un dégagement de chaleur… Cette acti-vité s’effectue sous contrôle (noter le brassard abdominal qui renseigne en permanence les suiveurssur l’état cardiovasculaire du coureur lors de l’effort.) Les oreillettes permettent au coureur d’êtreinformé de son état…

Observer pour s’interroger ➥ Pages 62-63

Document a : Mesure de fréquence cardiaque en EPS. On peut s’interroger sur les modifications obser-vées au cours d’un exercice physique. Les tableaux comparatifs des fréquences cardiaques permettentde repérer des différences entre élèves qui permettront d’émettre des hypothèses.Documents b, c, d : Des modifications de comportements peuvent s’observer lors d’efforts :– renouvellement de l’air (inspiration) ;– réhydratation ;– prise alimentaire (boissons sucrées, fruits…).La relation avec les besoins de l’organisme peut s’envisager.

Au terme de cette double page, les élèves doivent, à partir de la consigne, identifier les manifes-tations qui accompagnent une activité sportive, donc musculaire, et envisager la possibilité d’unlien entre ces manifestations et les besoins des organes (problématique générale du chapitre).

Activité 1 - Des échanges respiratoires au niveau des organes ➥ Pages 64-65

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’activité proposée est une exploitation de documents. On s’intéresse à un organe qui travaille : lemuscle. Il faut donc observer des échanges avec le milieu de vie, les identifier, puis envisager les liensqu’il est possible d’établir entre les variations constatées et les besoins musculaires.L’activité est organisée en deux temps. On précise d’abord la façon de procéder et les outils utiliséspour ensuite analyser les résultats obtenus.• Objectifs de connaissances : notion d’échanges d’O2 et CO2 et de variations en fonction de l’état dumuscle (repos, activité).• Objectifs méthodologiques : comprendre une démarche expérimentale et travailler plus particulière-ment sur l’hypothèse et sa validation par l’exploitation de résultats, et la compréhension d’un dispo-sitif expérimental.Sécurité et réglementation :Cette expérience ne peut être réalisée devant et par des élèves. Elle entre en effet dans le cadre del’expérimentation sur animal. Pour cela, un muscle a été dégagé sur un animal fraîchement tué (gre-nouille) et placé dans un liquide conservateur (vivisection interdite).

L iens ut iles– Transparents magnard (SVT 5e) :transparents 8 et 9

– Internet :www.magnard.fr/college/SVT

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La manipulation est effectuée dès extraction de l’organe. Le muscle est excité par l’intermédiaire desélectrodes sur lesquelles il est posé. Sa stimulation permet le passage d’un état relâché (repos) à unétat contracté (activité). Deux sondes (d’O2 et CO2), reliées à un ordinateur, mesurent la concentra-tion de ces molécules dans le liquide physiologique dans lequel baigne le muscle.Les enregistrements montrent qu’au repos, le muscle échange du dioxygène et du dioxyde de carbo-ne avec son environnement immédiat et qu’en activité, ces échanges sont amplifiés.Les enregistrements témoins indiquent que, sans muscle, les sondes présentent de légères dérives.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Une expérience.Ce document peut être considéré comme un guide d’apprentissage à la démarche expérimentale avecpour objectif de tester une hypothèse à partir de constats. Les outils utilisés peuvent être décrits pré-cisément pour faciliter la compréhension des expériences proposées. Éventuellement, l’élaborationd’un protocole sera demandé aux élèves.Document 2 : Des résultats expérimentaux.Les saisies d’information sur les écrans pourront être analysées en travail personnel par chaque élève.Une description précise des expériences peut aussi se faire en travail autonome. Bien souligner l’im-portance des témoins.

• Corrections des pistes de travail1. On cherche à constater des échanges entre le muscle et le liquide dans lequel il baigne (milieu devie… artificiel ici).2. Les mesures effectuées servent à prouver que des échanges se produisent, à expliquer la nature deces échanges et leur variation en fonction de l’effort.3. La comparaison des résultats (enregistrements) et la référence aux témoins (courbes « sansmuscles ») permettent d’affirmer que l’hypothèse est validée.4. Le muscle prélève du dioxygène dans son milieu, y rejette du dioxyde de carbone. Ces échanges aug-mentent lors d’un effort musculaire.

Activité 2 - Le sang et les échanges avec les organes ➥ Pages 66-67

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’activité proposée est une exploitation de documents, mettant en place des notions à partir d’obser-vations de photographies et d’analyses de tableaux comparatifs.• Objectifs de connaissances : notion d’irrigation très riche et notion d’agent de transport : le sang.

MUSCLE EN ACTIVITÉMUSCLE AU REPOS

Milieu dans lequelse trouve le muscle

Milieu dans lequelse trouve le muscle

Prélèvement de dioxygèneRejet de dioxydede carbone


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• Objectifs méthodologiques : saisies d’informations à partir de photographies, de textes et de don-nées chiffrées, raisonnement à partir de tableaux comparatifs.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : L’irrigation sanguine des organes.Le cliché permet à l’élève d’apprécier la richesse de l’irrigation à l’échelle microscopique (les cellulesdu muscle sont toutes situées à proximité des capillaires), de percevoir quels sont les agents de trans-port (globules rouges du sang). Un travail sur l’échelle du cliché est nécessaire.Document 2 : Des échanges avec le sang.Les artères et les veines ne sont pas encore étudiées en tant que vaisseaux afférents et efférents aussiparle-t-on simplement de sang arrivant ou sortant d’un organe. En revanche, les capillaires pourrontêtre mis en place sur un schéma bilan construit progressivement puisqu’ils ont été présentés (doc. 1)comme étant les sites des échanges entre le sang et les organes.Document 3 : L’apport de sang aux organes.L’augmentation du débit sanguin dans de nombreux organes lors d’efforts physiques montre auxélèves que l’organisme est un tout, que les organes travaillent en synergie et que les apports de sangvarient selon les organes.

• Corrections des pistes de travail1. Les vaisseaux irrigant les muscles sont les capillaires : c’est à leur niveau que les muscles prélèventO2 et rejettent CO2.2. Le sang entrant est plus riche en dioxygène et contient moins de dioxyde de carbone que le sangsortant des organes. Ces différences sont amplifiées lors d’un effort musculaire.3. Lors de l’effort, le débit sanguin est plus important dans les muscles, dans la peau et dans le cœur. Ilne varie pas dans le cerveau. Il est moins important dans les reins et dans les organes du reste du corps.4. Les échanges se font au niveau des nombreux capillaires irrigant les muscles. Le schéma peut êtreconstruit à partir de ceux du document 2 et en y ajoutant des flèches pour indiquer les échanges effec-tués (voir schéma bilan ou transparent Magnard, SVT 5e).

Activité 3 - D’autres échanges au niveau des organes ➥ Pages 68-69

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’exploitation des documents rassemblés dans cette activité est l’occasion de montrer que les organesont besoin de glucose pour fonctionner et que leur travail entraîne des productions de déchets et dechaleur.

MUSCLE EN ACTIVITÉMUSCLE AU REPOS

Sang Sang



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• Objectifs de connaissances : notion d’énergie libérée en partie sous forme de chaleur, nature desdéchets produits par les organes.• Objectifs méthodologiques : saisies d’informations à partir de photographies de préparations micro-scopiques, raisonnement avec des calculs d’échelles basées sur les grossissements, de pourcentages oude conversions à partir des données chiffrées, ou de comparaisons dans les tableaux.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Des modifications dans les muscles.Relier la coloration des cellules avec le réactif à la présence ou non de glucides ; c’est l’occasion de rap-peler ce qu’est un réactif.Document 2 : Activité du muscle et composition du sang.Les quantités de substances sont indiquées en milligrammes pour 100 millilitres de sang. Des pour-centages peuvent se calculer, des conversions s’effectuer à partir des données.Document 3 : Des modifications constatées chez l’individu.Le muscle produit de la chaleur qui peut se mesurer par thermographie correspondant à des variationsde couleur selon la chaleur émise (rouge, verte, bleue). Pour montrer le lien entre l’importance des pro-ductions et l’intensité du travail effectué, des données comparatives entre l’état de repos et l’étatd’activité sont fournies : individu au repos, debout, et individu sur un vélo ergométrique, pédalant.

• Corrections des pistes de travail1. La substance consommée par le muscle est le glu-cose.2. Le glucose consommé par les muscles est apportépar le sang.3. Échanges de chaleur (dégagement par le muscle,prise en charge par le sang), et de matière (rejet dedéchets pris en charge par le sang). Les échanges sontamplifiés lors de l’activité musculaire.4. Les muscles prennent du glucose dans le sang, yrejettent des déchets organiques, y évacuent la cha-leur dégagée lors de la contraction. Ces élémentspeuvent être ajoutés au schéma construit précédem-ment.

Schéma bilan ➥ Pages 71

En reprenant les représentations figuratives établies dans différentes activités (besoins d’un muscle enrepos ou en activité) , on construit peu à peu un schéma fonctionnel simple des interactions entre unmuscle en activité et le sang circulant dans les capillaires.

Sciences Mag ➥ Pages 72-73

• Des chauds et froids mortels... ou bienfaiteursL’anecdote de la bataille de Marathon permet de sensibiliser l’élève à la relation effort physique, déga-gement de chaleur… et danger pour l’organisme. S’il peut supporter des écarts importants de tempé-rature, l’homme ne résiste pas aux variations extrêmes, sans protection… Par contre, le froid peut, danscertaines conditions (les cellules ne doivent pas geler) favoriser la conservation des organes.

Sang

Glucose

Dioxygène

Chaleur

Dioxygènede carbone

MUSCLE

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• Des métiers autour du sportLes trois exemples retenus montrent que chaque métier est spécifique, qu’il correspond à des filièresd’apprentisage spécifiques, et que les parcours à suivre sont variés.

■ Correction des exercices

Les exercices de la rubrique « Pour apprendre sa leçon » sont corrigés en fin de manuel de l’élève.

Correction dans le manuel de l’élève, p.192

1. Éléments présents : cellules (membrane en bleu foncé, cytoplasme en bleu plus clair,noyau en rouge tacheté) et capillaire contenant des globules rouges traversant ces cellules.

2.

1. Il y a plus de dioxygène dans le sang entrant dans le muscle que dans le sang sortant.2. Il y a moins de dioxyde de carbone dans le sang entrant dans le muscle que dans le sang

sortant.3. Il y a plus de glucose dans le sang entrant dans le muscle que dans le sang sortant.4. Les muscles prélèvent du glucose et du dioxygène dans le sang. Ils rejettent du dioxyde de

carbone dans le sang.

1. Avant l’effort physique, le rythme cardiaque est relativement constant, aux alentours de 70battements par minute.Pendant l’exercice, le rythme cardiaque augmente rapidement pour atteindre 120 batte-ments/min au bout d’une minute d’effort, puis reste constante à cette valeur durant toutl’exercice.Après l’exercice, la fréquence cardiaque diminue progressivement et revient à la mêmevaleur qu’avant l’exercice après un peu plus d’une minute de repos.

5

4

3

2

1

Cellules

Paroi d’uncapillaire

Globulerouge

Sang

SANG

MUSCLE

Glucose Dioxygène Dioxyde de carbone


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2. L'augmentation du rythme cardiaque permet aux muscles d'être mieux approvisionnés endioxygène et glucose, ce qui favorise leur fonctionnement. Cette accélération du rythme car-diaque permet également une meilleure évacuation des déchets.

1.

2. Le rythme respiratoire augmente pendant l’effort, il passe de 16 mouvements par minute à 38. Après l’effort physique, le rythme respiratoire diminue progressivement.L’augmentation du rythme respiratoire permet de fournir plus de dioxygène aux muscles quitravaillent. Le rythme diminue ensuite progressivement durant la phase de récupération.

1. Au repos, le rythme cardiaque est de 65 battements par minute.2. Le rythme cardiaque maximum est de 175 battements par minute.3. Le rythme cardiaque est constant, à 65 battements par minute, avant l’exercice. Pendant

l’effort, le rythme augmente rapidement pendant la première minute d’effort puis augmen-te plus lentement avant de se stabiliser aux environs de 175 battements par minute.Après l’effort, le rythme cardiaque diminue jusqu’à retrouver sa valeur au repos au bout de3 minutes.

4. Le rythme cardiaque reste élevé juste après l’effort le temps que les muscles continuent àévacuer du dioxyde de carbone et de la chaleur (et à prélever du glucose et du dioxygène).

Correction dans le manuel de l’élève, p.192.8

7

6

10

5

00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

15

20

25

30

35

40

Rythme respiratoire(en nombre de mouvements)

Temps (en minutes)

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Chapitre 5 • Pr é le v er le d iox yg è ne de l ’ a i r 59

Prélever le dioxygène de l’air


5

■ Thème généralCe chapitre a pour objectif général de montrer que le dioxygène de l’air est utilisé par les organes. Parconséquent, des dysfonctionnements organiques peuvent apparaître si notre milieu de vie est pertur-bé par des substances nocives.Il correspond aux items :– le dioxygène utilisé en permanence par les organes provient de l’air ;– des substances nocives, plus ou moins abondantes dans l’environnement perturbent le fonctionne-ment de l’appareil respiratoire. Elles favorisent l’apparition de certaines maladies.


Durée conseillée : 4 heures soit environ 2,5 semaines.

Le dioxygène utilisé en permanence par lesorganes provient de l’air.

[Physique-Chimie : composition de l’air, descrip-tion moléculaire]

Par des mouvements respiratoires, l’air arrivedans les alvéoles pulmonaires où a lieu le pas-sage du dioxygène dans le sang.

Le passage du dioxygène est facilité par unegrande surface alvéolaire richement vasculari-sée.

Des substances nocives, plus ou moins abon-dantes dans l’environnemnet perturbent lefonctionnement de l’appareil respiratoire.Elles favorisent l’apparition de certainesmaladies.

[Thèmes : Santé, Environnement et développe-ment durable]

[Physique-Chimie : filtration]

[Technologie : matériaux, thème environnementet énergie]

Notions – contenus Compétences Exemples d’activités

I - comparaison de la composition de l’air inspiré àcelle de l’air expiré.

Re – mesure du volume de dioxygène dans l’air inspiréet dans l’air expiré (ExAO).

I – description des mouvements respiratoires.

I – observation d’un appareil respiratoire sur un ani-mal, sur un écorché.

C – annotation d’un schéma de l’appareil respiratoirehumain.

Ra – comparaison de la quantité de dioxygène dans lesang entrant et sortant des poumons.

I – observation d’alvéoles pulmonaires au microscope.

C – réalisation d’un schéma d’une alvéole pulmonaire.

I – comparaison de photos ou de coupes de poumonsde fumeur et de non-fumeur.

Re – mise en évidence des dépôts de goudron sur unfiltre.

I – recherche des effets des substances contenues dansla cigarette sur l’appareil respiratoire. [B2i]

Ra – mise en relation de la fréquence de certainesmaladies avec des pollutions de l’air. [B2i]

Décrire le trajet du dioxygène jusqu’ausang.

Décrire le trajet de l’air sur une imageou un schéma de l’appareil respiratoire.

Expliquer l’arrivée d’air dans lesalvéoles.

Établir un premier schéma fonctionneld’une alvéole pulmonaire.

Relier certaines caractéristiques de laparoi alvéolaire au passage du dioxygè-ne dans le sang.

Mesurer le volume de dioxygène dansl’air inspiré et dans l’air expiré (ExAO).

Déduire le passage du dioxygène dans lesang par comparaison de données chif-frées.

Relier des perturbations du fonction-nement de l’appareil respiratoire à laprésence de substances nocives.

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• Objectifs de connaissancesIntentions générales

Ce chapitre permet de constater que l’air qui entre dans l’organisme arrive jusqu’aux alvéoles, vastelieu d’échanges avec les capillaires sanguins. Si la composition de l’air est modifiée, des maladies peu-vent survenir suite à un fonctionnement anormal de l’appareil respiratoire.– L’Homme échange avec l’air des gaz respiratoires.– L’air circule dans des conduits respiratoires terminés par des alvéoles.– Le dioxygène de l’air passe dans les alvéoles, vaste surface d’échanges entre l’air et le sang.– Certaines substances perturbent le fonctionnement respiratoire et provoquent des maladies.

Cohérence verticaleLes connaissances sur le concept de la respiration ont été mises en place à l’aide de la fiche de connais-sances 13 (cycles 2 et 3) concernant le thème « Découverte du corps, éducation à la santé ».

TransversalitéLa composition de l’air et la description de molécules sont étudiées en physique-chimie en classe de4e. Seule la filtration est abordée en classe de 5e. Certaines activités pourront être rattachées au thèmede convergence concernant la santé, l’environnement et le développement durable ou à celui concer-nant l’énergie.

• Objectifs méthodologiquesCe chapitre permet de poursuivre l’apprentissage de l’ensemble des capacités de la discipline.

60 Pr é le v er le d iox yg è ne de l ’ a i r • Chapitre 5

S’informer– observer des prépara-

tions microscopiques– identifier des organes

sur un écorché, unschéma

– noter des modifica-tions à partir detableaux

– repérer des relationsexistantes entre desorganes

Réaliser– effectuer des mesures– apprendre à utiliser des

outils ExAO…

Communiquer– compléter un schéma– faire un croquis et le

légender– rédiger un bilan– réaliser un schéma

fonctionnel

Raisonner– s’inscrire dans une

démarche expérimen-tale

– comprendre un modèleanalogique et l’utiliser

– exploiter des résultats– mettre en relation des

données

■ Découpage du chapitre : progression et programmation horaireLa double page de Documents pour s’interroger permet de mieux cerner, à partir de quelques docu-ments volontairement peu légendés pour permettre une saisie d’informations et une discussion opti-males, la problématique du chapitre : comment montrer que l’air inspiré approvisionne le sang endioxygène ? À ce niveau de la progression, l’élève sait en effet que les organes échangent avec le sangO2 et CO2 (voir chapitre précédent).Les activités « Exploitation de documents », précédées par une « Réalisation pratique », sont pré-vues pour encadrer un chapitre n’excédant pas, dans sa durée, quatre heures d’enseignement. On peutprévoir, par exemple, la programmation horaire résumée dans le tableau ci-dessous.

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Séquences

Observer pours’interroger

Activité 1

(1h00)

Activité 2

(0h 45)

Activité 3

(0h 45)

Activité 4

(0h45)

Objectifs

• Prouver que le dioxygèneutilisé par les organes pro-vient de l’air inspiré

• Faire découvrir les organesde l’appareil respiratoirehumain et le trajet de l’airjusqu’aux alvéoles

• Montrer la grande surfaced’échange existant entre lemilieu extérieur et le milieuintérieur

• Constater la relation exis-tante entre la présence desubstances dans l’air et ledysfonctionnement desorganes


– Saisir et mettre en relation desinformations

– Saisir des informations à partir dephotographies

– Utiliser un modèle analogique

_ Mettre en relation des informations

– Réaliser un schéma

– Saisir des informations à partir dephotographies, de préparationsmicroscopiques, de tableaux

– Réaliser un croquis légendé d’al-véole pulmonaire

– Communiquer par un schéma fonc-tionnel

– Saisir des informations à partir dedocuments écrits et d’images

– Communiquer par tableaux

Supports proposés

– Matériel ExAO

– Modélisation d’une cage thora-cique avec poumons

– Photos de poumons ou poumonsde lapin placés sous caméra

– Schéma d’appareil respiratoire àcompléter

– Photographies

– Préparations microscopiquesd’alvéoles

– Tableaux comparatifs

– Documents et photographies

Notions construites

– L’organisme retient ledioxygène de l’atmosphère

– L’air inspiré circule dansles organes respiratoires etl’air expiré prend le che-min inverse

– Les alvéoles pulmonairesassurent une vaste zoned’échange entre l’air et lesang

– Perturbations liées à laprésence de substancesnocives dans l’air

La programmation proposée laisse ainsi 0h45 pour faire un bilan des notions construites au cours desdifférentes activités avec l’élaboration d’un schéma bilan et l’évaluation sommative.On trouvera dans ce chapitre (Sciences Mag) des pistes d’activités complémentaires, réalisables en auto-nomie, en classe ou hors de la classe, par l’élève seul ou en groupe. Ces compléments ont été orientés :– vers l’histoire des sciences. À noter que des textes de Claude Bernard peuvent également servir desupport ;– vers la construction de maquettes simples.

■ Supports pédagogiques utilesMatériel

Chaîne ExAO avec logiciel adapté, écorché, ensemble cœur-poumon, préparations microscopiques depoumon de petit mammifère, maquette de cage thoracique avec poumon

Multimédia– DVD (Jeulin) : L’appareil respiratoire : de l’animal à l’homme– DVD (Jeulin) : L’appareil respiratoire : tabac, pollution– VHS (Pierron) : la respiration de l’homme

Informatique et matériel scientifique– Chaîne d’acquisition ExAO avec enceinte pour mesurer leséchanges respiratoires (consommation de dioxygène)

■ Aide à la mise en œuvre des activités


Document a : Entrée et sortie d’air du corps humain : visualisation avec l’utilisation de ballons,d’échanges réalisés successivement (acquis du cycle 3).

L iens ut iles– Transparents Magnard (SVT 5e) :transparents 10, 11, 12 et 13

– Internet :www.magnard.fr/college/SVT

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Document b : Les modifications de volume du thorax correspondent à l’entrée et à la sortie d’air aucours des mouvements d’inspiration et d’expiration (acquis du cycle 3).Document c : Au niveau du thorax, une radiographie indique des masses sombres dissymétriques, àl’intérieur de la cage thoracique : les poumons.Document d : Une bifurcation amène l’air dans les deux poumons : l’air qui pénètre dans l’organismeau niveau du nez (ou de la bouche) est dirigé, via la trachée, vers le thorax. À ce niveau, il est distribuévers chaque poumon par l’intermédiaire des bronches (tuyaux d’air).Document e : MEB de coupe transversale de capillaire sanguin avec globules rouges. L’air présent dansles poumons doit échanger avec le sang O2 et CO2, pour renouveler la composition de ce liquide quiréalise lui-même des échanges avec les organes.Au terme de cette double page, les élèves doivent, à partir de la consigne indiquée, avoir réactivéleurs acquis du primaire, identifier les organes de circulation de l’air, envisager un lien entre l’entréed’air et l’approvisionnement du sang en dioxygène vu dans le chapitre précédent, ce qui les conduit àla problématique du chapitre.

Activité 1 - Les échanges respiratoires chez l’homme ➥ Pages 80-81

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’activité proposée (Réalisation pratique) va permettre de prouver que l’air inspiré apporte du dioxy-gène aux poumons. L’étape de la démarche expérimentale travaillée est celle de l’hypothèse émiseavec validation ou non, permettant d’avancer dans la résolution du problème. Sur le plan méthodolo-gique, ce travail en autonomie des élèves et en équipes permet une saisie d’informations sur écran,une mise en relation des données avec l’hypothèse formulée, et la rédaction d’une conclusion corres-pondant à la résolution du problème.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Une expérience.Le document écrit est un support pour mettre en place certaines étapes de la démarche scientifique.La photographie aide les élèves à utiliser le dispositif ExAO de l’établissement, en visualisant les piècespermettant de réaliser les mesures.Document 2 : Résultats et observations.En absence de matériel d’ExAO ou pour confronter les mesures effectuées à d’autres données, lesrésultats présentés permettent d’atteindre l’objectif fixé (document a). Les radiographies pulmonairesindiquent que entrée (ou sortie) d’air dans l’organisme semble(nt) liée(s) à une variation de volumedes poumons : ces organes apparaissent tels des sacs, mieux des culs-de-sacs, susceptibles d’être deslieux d’échanges entre l’air qui y est situé et l’organisme proprement dit (document b).

• Corrections des pistes de travail1. L’hypothèse à valider est que l’air inspiré approvisionne l’organisme en dioxygène.2. Voir les écrans et tableau fournis (document 2a).3. L’air inspiré contient plus de dioxygène que l’air expiré. L’air inspiré contient moins de dioxyde decarbone que l’air expiré.4. C’est au niveau des poumons que le dioxygène et le dioxyde de carbone de l’air peuvent être échan-gés (entrée ou rejet) avec l’organisme.

Activité 2 - L’air dans l’appareil respiratoire ➥ Pages 82-83

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’activité proposée est notée comme une « exploitation de documents ». Elle a pour objectif de fairedécouvrir les organes respiratoires permettant de faire circuler l’air jusqu’aux poumons.

L’élève va s’informer à partir de photographies, de radiographies, d’un schéma légendé.


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• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Poumons et échanges respiratoires.Ce document permet de constater que la trachée permet à l’air d’entrer dans les poumons. Il faut bienfaire remarquer aux élèves que, pour obtenir ces clichés sur un lapin mort, l’air a été soufflé dans lespoumons, qui sont des organes passifs. Sur un animal vivant, le gonflement des poumons sera lié auxmouvements de la cage thoracique (utilisation d’une maquette analogique de poumons, voir SciencesMag).Document 2 : Le cheminement de l’air dans un poumon.Les clichés (document a) permettent de visualiser l’arbre bronchique à l’intérieur des poumons et desuivre la circulation de l’air jusqu’aux alvéoles pulmonaires, dont les parois contiennent des vaisseauxsanguins.Le schéma de l’appareil (document b) permet d’identifier les organes intervenant pour assurer la cir-culation de l’air et servira de support à la construction d’un schéma fonctionnel fléché.

• Corrections des pistes de travail1. L’air passe dans la trachée, les deux bronches, les bronchioles et les sacs alvéolaires (avec l’aide duschéma, on peut ajouter : voies aériennes des fosses nasales, du pharynx et du larynx).2. Les conduits respiratoires se ramifient dans chaque poumon, par bifurcations successives et en dimi-nuant de taille.3. L’air inspiré aboutit dans les alvéoles.4. Pour le schéma, éviter les flèches bleues et rouges qui peuvent provoquer des confusions mentaleschez l’élève avec celles correspondant au sang oxygéné et au sang carbonaté (par exemple : flèche évi-dée (blanche) pour l’entrée d’O2, et noire pour le rejet de CO2).

Activité 3 - Des échanges entre les alvéoles et le sang ➥ Pages 84-85

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’exploitation de documents rassemblés dans cette activité est l’occasion de découvrir où aboutit ledioxygène de l’air inspiré. Elle souligne aussi le fait que les échanges permanents entre l’air et le sangvont être facilités par la finesse des alvéoles, leur grande surface et l’importance de l’irrigation san-guine.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : L’organisation des poumons.La photographie de poumons injectés de résines de couleurs différentes permet de visualiser l’asso-ciation des ramifications des voies aériennes avec les voies sanguines.Document 2 : Le passage du dioxygène dans le sang.Une photographie en microscopie à balayage montre les détails accentués par le relief des zones decontact entre la paroi alvéolaire et la paroi des capillaires sanguins.La comparaison des données chiffrées du tableau permet d’aboutir au fait que le dioxygène de l’airalvéolaire passe dans le sang et que le dioxyde de carbone du sang est échangé avec l’air des alvéoles.

• Corrections des pistes de travail1. Dans les poumons se trouvent des voies aériennes conduisant l’air et des voies sanguines.2. La quantité de dioxygène qui part vers les organes est plus importante que la quantité qui arrive desorganes.3. Les alvéoles sont des surfaces d’échanges très importantes du fait de leur nombre, 700 millions envi-ron, de la faible distance qui sépare globules rouges et air alvéolaire.4. Pour le schéma, symboliser avec une grosse flèche rouge le passage du dioxygène de l’alvéole versle capillaire et avec une petite flèche (bleue) la sortie de dioxyde de carbone du capillaire vers l’al-véole.

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Activité 4 - Protéger notre appareil respiratoire ➥ Pages 86-87

• Objectifs / Intentions pédagogiquesIl s’agit à nouveau d’une exploitation de documents, visant l’éducation à la santé et l’éducation àl’environnement pour un développement durable.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Appareil respiratoire et pollution de l’air.Mise en relation de la fréquence de certaines maladies avec la présence de substances dans l’atmo-sphère.Document 2 : Les dangers du tabac.Sensibiliser les élèves au danger du tabagisme (documents a et b) et montrer les effets du tabagismepassif (document c).

• Corrections des pistes de travail1. Les symptômes dont la pollution de l’air est responsable sont la toux, les maux de gorge, les irrita-tions des yeux.2. Le facteur qui favorise la pollution à l’ozone est l’augmentation de la température liée au rayonne-ment ultraviolet du soleil (recherche à effectuer, sur Internet par exemple).3. Les composants de la cigarette provoquent des encombrements des bronches, des dépôts de gou-drons, des maladies respiratoires comme l’asthme, les cancers, des maladies cardiaques.4.

Schéma bilan ➥ Pages 89

Une représentation figurative de l’appareil pulmonaire, in situ, permet d’en rappeler les caractéris-tiques puis conduit à proposer un schéma fonctionnel des relations existant entre un poumon et unmuscle.


• Point d’histoire : la respiration selon DescartesParmi les idées que peut retenir l’élève : la pluridisciplinarité des érudits au XVIIe siècle ; l’améliorationdes savoirs sur la connaissance de l’homme depuis.

• Biologie en pratique : à chacun sa maquetteCes montages simples permettent de prolonger l’exploitation des résultats des activités 1 et 4.


Les exercices de la rubrique « Pour apprendre sa leçon » sont corrigés en fin de manuel de l’élève.

Correction dans le manuel de l’élève, p.192.1


Substances polluantes Effets

Pollution par l’airDioxydes de soufre et d’azote,particules Asthmes, cancers

Pollution à la cigarette Nicotine, goudrons Encombrement des voies respiratoires,

asthme, maladies cardiaques, cancers

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Schémas de deux flacons contenant de l’eau de chaux, le 1er avec une paille et l’eau de chauxblanche, le 2e avec une seringue contenant de l’air qui touche l’eau de chaux limpide.Les légendes sont pour le 1er : eau de chaux troublée et air expiré, pour le 2e : eau de chauxlimpide et air atmosphérique (expérience témoin).Le titre est : Recherche du dioxyde de carbone dans l’air inspiré et dans l’air expiré.

Correction dans le manuel de l’élève, p.192.

1. La quantité de dioxygène présente dans le sang arrivant aux poumons est moins importan-te que celle partant des poumons dans l’organisme.

2. La quantité de dioxyde de carbone présente dans le sang arrivant aux poumons est plusimportante que celle partant des poumons dans l’organisme.

3. La diminution de la quantité de dioxygène dans le sang entre les organes et les poumonss’explique par le fait que les organes utilisent du dioxygène.

4. L’augmentation de la quantité de dioxyde de carbone dans le sang entre les organes et lespoumons s’explique par le fait que les organes produisent du dioxyde de carbone.

5. Schéma d’une alvéole avec 2 flèches : une rouge, qui part de l’alvéole vers un capillaire etune bleue qui part du capillaire vers l’alvéole.

1. En mm2 : la surface alvéolaire des deux poumons est de 210 millions (soit 210 m2).2. La surface d’un terrain de tennis de 24 m de long sur 8m de large est de 192 m2, donc

presque identique à notre surface alvéolaire.3. La surface alvéolaire est une grande surface d’échanges (entre l’air et le sang).

Correction dans le manuel de l’élève, p.193.

1. La personne malade a moins de cellules sanguines transportant le dioxygène que la person-ne saine.

2. Les symptômes qui ont conduit le médecin à prescrire la prise de sang sont la fatigue et lapâleur.

3. Les cellules sanguines transportent le dioxygène aux organes.

1.

2. Attention à limiter la cage thoracique à sa base, par le diaphragme.3. Mouvements respiratoires et entrée d’air dans l’organisme.4. Les côtes se sont abaissées, le diaphragme s’est relevé : le volume de la cage thoracique a

diminué, l’air contenu dans le poumon a été expiré.

8

7

6

5

4

3

2

Trachée

Côte

Cagethoracique

Diaphragme

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Chapitre 6 • A ppr o v i s ion ner le s orga ne s en nu tr i ments 67

Approvisionner lesorganes en nutriments6

■ Thème généralCe chapitre regroupe les items 6 et 7 du programme : « Les nutriments utilisés en permanence par lesorganes proviennent de la digestion des aliments » et « Les aliments sont source d'énergie. Desapports supérieurs aux besoins de l'organisme favorisent certaines maladies ».

• Objectifs de connaissancesIntentions Générales

L'étude s'appuie sur l'étude de l'Homme. Le fonctionnement de l'organisme et de son appareil diges-tif contribue à approvisionner les organes en matériaux pouvant libérer de l'énergie. Il s'agit donc defaire comprendre ce qu'est l'appareil digestif, avec ses organes et ses fonctions, donc son anatomie etle fonctionnement de la digestion ; l'absorption des nutriments est l'aboutissement du fonctionne-ment de l'appareil digestif.Ces bases biologiques permettent de réfléchir à des comportements à risque comme le grignotage ou


Notions – contenus

Les nutriments utilisés en permanencepar les organes proviennent de la diges-tion des aliments.[École primaire : fiche 12, cycles 2 et 3][Physique-Chimie : transformations chi-miques, 4e et 3e]La transformation de la plupart des ali-ments consommés en nutriments s’effec-tue dans le tube digestif sous l’action d’en-zymes.Ces transformations chimiques complètentl’action mécanique.Les nutriments passent dans le sang auniveau de l’intestin grêle dont la grandesurface richement vascularisée favorisel’absorption.

Les aliments sont source d’énergie. Desapports supérieurs aux besoins de l’orga-nisme favorisent certaines maladies.[Thèmes : Santé, Statistiques][Mathématiques : tableaux, graphiques,valeurs moyennes, pourcentage – expres-sion littérale]

Compétences

Relier la transformation des aliments àleur passage dans le sang au niveau del’intestin.

Situer sur soi-même des organes de l’appa-reil digestif.Suivre un protocole pour réaliser unedigestion in vitro.Indiquer le trajet des aliments et localiserl’arrivée des enzymes dans le tube digestif.Relier les caractéristiques de la paroi del’intestin grêle au passage des nutrimentsdans le sang.

Comparer l’apport énergétique des ali-ments consommés aux besoins énergé-tiques de l’organisme.

Exemples d’activités

Ra – étude critique des textes historiques sur la digestion.[Histoire des sciences]Ra/Re – réalisation d’une digestion in vitro.I – observation de l’appareil digestif humain sur un écorché etlocalisation des organes sur soi-même.C – annotation d’un schéma de l’appareil digestif humain enlocalisant les lieux d’arrivée des enzymes.I – observation d’une coupe de la paroi intestinale à différenteséchelles.Ra – mise en relation de la vascularisation de l’intestin grêleavec le passage des nutriments dans le sang.C – schématisation de l’absorption intestinale.

Ra – utiliser un logiciel pour calculer l’apport énergétique desrepas d’une journée et les besoins en énergie d’un individu. [B2i]I – retrouver sur des emballages alimentaires les apports éner-gétiques.I/Ra – rechercher et analyser des documents permettant decomprendre les conséquences d’un excès d’apport énergétique.[B2i]I – calcul d’un indice de masse corporel (IMC) à partir d’unexemple fictif.


Durée conseillée : 5 heures.

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68 A ppr o v i s io n ner le s orga ne s en nu tr i ments • Chapitre 6

l'absence de petit déjeuner, facteurs d'obésité. Une éducation à la santé est à mettre en place à cetteoccasion.Le sujet est particulièrement propice à la prise en compte des représentations mentales et des concep-tions des élèves.

Cohérence verticaleÀ l'école primaire, les élèves ont abordé les fonctions de nutrition en observant leurs manifestationset leurs principes élémentaires, notamment pour justifier quelques comportements souhaitables enmatière de santé.Fiches connaissances des Documents d'application des Programmes des cycles 2 et 3 : fiche 12 (cycle2 : règles de vie et d'hygiène, habitudes quotidiennes d'alimentation, nutrition et régimes alimentaireschez les animaux ; (cycle 3) : corps humain et éducation à la santé, approche de la fonction de nutri-tion et comportements alimentaires.Au collège, en classe de Sixième, les élèves ont vu que les êtres vivants, et donc l'homme, sont des pro-ducteurs de matière (organique) à partir de la matière prélevée dans le milieu. Ils ont abordé égale-ment les besoins en aliments de l'homme (matières grasses, sucres rapides et lents, protéines ont doncété présentés).

TransversalitéPhysique et chimie : le programme aborde les notions de transformations chimiques, de mises en solu-tions, de molécules.

• Objectifs méthodologiquesCe chapitre peut être l'occasion de réaliser la dissection d'un petit mammifère (souris en liquideconservateur ou congelée), si cette activité est très recentrée sur la partie « anatomie du tube diges-tif », la dissection étant réduite à l'étalement du tube digestif, à la reconnaissance des organes et àleur éventuel dessin (sur fond préparé). Nous avons pris le parti de ne pas décrire cette activité maisde présenter une dissection de lapin qui permet d'observer facilement les étapes de la transformationdes aliments ingérés par l'animal.La digestion expérimentale peut également être réalisée en classe, en prenant le temps de mettre enplace toutes les étapes de la démarche expérimentale. L'étude de l'absorption des nutriments est l'oc-casion d'utiliser le microscope, l'observation des villosités étant aisée. Ce chapitre offre plusieurs pos-sibilités de construction de croquis et de schémas fonctionnels : la transformation des aliments, l'ab-sorption des aliments (voir en annexe du livre élèves, pages 200 et 201).

■ Découpage du chapitre : progression et programmation horaireDans la partie « Fonctionnement de l'organisme et besoin en énergie », ce chapitre nécessite cinq heuresde cours afin de réaliser complètement les observations et activités nécessaires à la compréhension d'unfonctionnement et d'une anatomie souvent connus avec des erreurs bien ancrées et nécessaires à la réa-lisation d'observations et de manipulations.– L’activité 1 (Exploitation de documents) consiste en une recherche de renseignements, sur des docu-ments de différentes natures : la description d'expériences historiques, des photographies en relation avecla vie courante (dents, repas) et des photographies de la dissection d'un lapin. Ces renseignements serontregroupés dans un tableau pour mettre en évidence la progressivité des transformations, et leur caractè-

S’informer– saisir des informationsà partir de photogra-phies, résultats expéri-mentaux (tableau, gra-phique)

Réaliser– réaliser une digestionexpérimentale

Communiquer– lire et commenter ungraphique– construire un tableau– réaliser un schémafonctionnel

Raisonner– exploiter des résultatsexpérimentaux

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Chapitre 6 • A ppr o v i s io n ner le s o rga ne s en nu tr i ments 69

Séquences

Mise en route(0h15)

Activité 1(0h45)

Activité 2(0h45)

Activité 3(0h45)

Activité 4(0h45)

Science Mag(1h30)

Objectifs

• Mobilisation des acquisdes cycles 2 et 3

• Décrire le devenir des ali-ments consommés

• Déterminer par uneapproche expérimentale,l’action des enzymes surles aliments ingérés

• Établissement d’un sché-ma bilan de la digestion

• Mettre en évidence unerelation entre la structurede l’intestin grêle et safonction (absorption)

• Comparer l’apport éner-gétique des alimentsconsommés aux besoinsénergétiques de l’organis-me


– saisir et mettre en rela-tion des informations

– saisie d’informations(texte, photographies)

– réaliser une démarcheexpérimentale

– mettre en œuvre un pro-tocole

– lire un dessin illustratif

– mettre en relation desinformations

– lire un graphique

– exploiter les donnéesd’un tableau, de photogra-phies

– réaliser un schéma fonc-tionnel

– saisir des informationsdans des tableaux, sur lesétiquettes alimentaires

– utiliser un logiciel pourcalculer l’apport énergé-tique des repas (DIET,Jeulin)

Supports proposés

– photographies et croquis d’aide àla lecture

– radiographie région intérieure dela face

– dissection de l’appareil digestifd’un lapin et évolution des ali-ments ingérés

– guide d’étude (protocole)

– photographies (résultats expéri-mentaux)

– organisation de l’appareil digestif

– durée de transit des alimentsdans le tube digestif

– devenir des principaux alimentsdans le tube digestif

– histogramme

– tableau de mesures

– observations de coupes d’intes-tins à différentes échelles

– tableaux de donnés pour sensibi-liser les élèves aux besoins et auxdépenses énergétiques

– travail sur Internet (sites indi-qués)

Notions construites

– Les aliments sont transformés en unensemble liquide dans le tube digestif

– La transformation des aliments ennutriments dans le tube digestif est ren-due possible par la sécrétion d’enzymesdans le tube digestif

– Dans le tube digestif, sous l’influencedes sécrétions digestives, les alimentssont progressivement transformés ennutriments

– Les nutriments sont absorbés auniveau de l’intestin grêle. Ils passentdans le sang.

– L’énergie contenue dans les alimentspermet le fonctionnement des organeset de l’organisme. L’alimentation doitêtre équilibrée.

re mécanique ou chimique (ou du moins non-mécanique). Les élèves peuvent ici travailler en autonomie(en petits groupes) à partir de ces documents et rendre compte de leurs travaux ;– L’activité 2 (Réalisation pratique) d'une digestion in vitro ne nécessite pas une démarche expérimen-tale lourde. L'activité présente la préparation de quatre tubes qui seront testés deux fois chacun. Ce tra-vail peut être réparti entre plusieurs groupes, la partie ayant le plus de sens étant la recherche de l'hy-pothèse, la mise en route d'une démarche expérimentale, le suivi d'un protocole simplement évaluable.Des résultats expérimentaux sont présentés et pourront être utilisés, bien que la partie pratique ne doivepas être négligée dans une discipline par essence expérimentale. L'exercice 5 « une digestion expéri-mentale » est un complément utile à cette activité.– L’activité 3 (Exploitation de documents) permet de recentrer sur l'homme, de transposer les observa-tions de l'activité 1 (schéma de l'appareil digestif de l'homme). La photographie d'un petit-déjeuner per-mettrait de rappeler les acquis de Sixième concernant les différentes matières nécessaires à l'homme(matières grasses, glucides, protéines et eau) ; la transformation de ces matières, rappelées sous uneforme schématique au-dessus du tableau de la page 103, est établie (transformation en nutriments). Unbilan des nutriments présents dans l'intestin grêle est nécessaire. La notion d'enzyme apparaît à ce niveaucomme une substance présente dans certaines sécrétions digestives.– L’activité 4 (Exploitation de documents) permet un retour sur le problème de départ des chapitres « fonctionnement de l'organisme et besoins en énergie » : comment les nutriments d'origine externevont passer dans le milieu intérieur. L'augmentation du taux de glucose sanguin dans une veine qui quit-te la paroi de l'intestin permet de montrer le devenir d'un nutriment, son évolution étant également sui-vie dans le tube digestif, à l'aide d'un graphique cette fois, qui permet de relier disparition du nutrimentdans le tube digestif et localisation de cette disparition. L'observation d'une coupe d'intestin avec sesreplis peut être facilement mise en œuvre en classe. Le manuel présente deux images à deux échelles dif-férentes: une coupe d'intestin observé à faible grossissement et le détail des villosités. Ces villosités appa-raissant comme le lieu de l'absorption et donc du passage des nutriments dans le sang. C'est ici l'occa-sion de travailler facilement sur la mise en place d'un schéma fonctionnel, comme présenté dans lesfiches méthodologiques.

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■ Supports pédagogiques utiles

Matériel scientifiqueUn écorché humain peut être utile pour localiser les organes, de façon à prendre au mieux consciencede leur localisation sur soi.S'il est difficile et peu souhaitable de faire en classe une dissection de lapin, la dissection de l'appareildigestif de petits animaux est possible, selon les disponibilités locales.La digestion expérimentale de l'amidon nécessite l'achat d'une enzyme amylase, de bandelettes-tests(en pharmacie). La digestion de l'amidon dans ces conditions mène surtout à la formation de malto-se. La durée de la transformation au bain-marie laisse le temps de mettre au propre l'activité derecherche d'hypothèse, ou d'évaluer les élèves sur le thème des organes de la digestion. L'étude de l'ab-sorption est l'occasion de faire des observations à différentes échelles : à l'œil nu pour observer desreplis sur des échantillons d'intestin de bovin achetés en boucherie, au microscope à faible grossisse-ment pour les replis et villosités d'un intestin de petit animal (lames du commerce) et à fort grossis-sement pour observer les villosités intestinales.

Sécurité et réglementationLa dissection d'un appareil digestif de petit animal ne peutêtre réalisée que dans le respect de la législation en vigueuret en appliquant les directives les plus récentes.


Page d’ouverture du chapitre ➥ Page 95

Repas de sportifs de haut niveau (Sébastien Loeb et son capitaine) au cours d’une épreuve. Noterl’abondance des glucides lents (pâtes) dans les assiettes.


Document a : repas pris à la demi-pension du collège. Le repas de midi est pris à une heure fixe ; l’ex-ploitation de la photographie peut-être accompagnée par l’analyse des menus de la semaine affichésà l’entrée du self.Le contenu des assiettes (aliments) pourra être mis en relation avec la nature des nutriments utiliséspar les organes (chapitre 4).Document b : denture d’un adolescent. Les dents sont sollicitées pour la prise de la nourriture. Une dis-cussion sur l’hygiène dentaire peut-être envisagée, ainsi que le rôle des différentes dents – qu’on aurapréalablement identifiées – dans la prise des aliments (mobilisation des acquis de l’École Élémentai-re).Document c : l’ingestion se fait par l’intermédiaire de la cavité buccale. La mastication précède ladéglutition et le passage dans l’œsophage, qui pourra être distingué de la trachée sur la radiogra-phie.Document d : l’intestin grêle est un long tube aux nombreuses circonvolutions et enveloppé dans unpéritoine très richement vascularisé. Cette vascularisation peut suggérer (après l’étude des chapitres4 et 5) des échanges entre le sang et l’intérieur de l’intestin grêle.

L iens ut iles– Transparents Magnard SVT 5e

n° 14 ; 15

– Site : www.magnard.fr/college/SVT

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Activité 1 - La transformation progressive des aliments ➥ Pages 98-99

• Objectifs / Intentions pédagogiquesIl s’agit ici d’identifier les différents secteurs de l’appareil digestif au niveau desquels les aliments sontprogressivement transformés en masse liquide (susceptible d’être absorbée).

• Commentaires des documents proposésDocument 1a : Des informations.Radiographie panoramique d’une denture avec croquis d’interprétation. Chaque type de dent peut êtreidentifié et nommé ; son rôle dans la transformation mécanique des aliments évoqué.Document 1b : Texte (partiel) relatant les expériences de Spallanzani et Réaumur. Les documents ori-ginaux peuvent être consultés sur le site www.magnard.fr/college/SVT Document 2 : Les organes de la digestion.Dissection d’un petit mammifère phytophage (le lapin) avec appareil digestif déroulé. Les différentssegments du tube digestif peuvent être identifiés et leur contenu (après un repas d’herbes) examiné.On insistera sur l’aspect des aliments transformés (texture notamment).Dans l’estomac, les herbes ne sont plus reconnaissables. Elles apparaissent transformées en une massesolide, pâteuse ; Dans l’intestin grêle, le contenu est semblable à une bouillie liquide avec quelques élé-ments solides, fibreux. Dans le gros intestin, les crottes solides suggèrent une absorption du matérielliquide et une concentration des résidus solides présents dans l’intestin grêle.

• Corrections des pistes de travail1. (Mobilisation des acquis). Incisives (en violet sur le croquis) au bord plan, susceptibles de trancherdes aliments solides. Molaires et prémolaires à la surface bosselée et aplatie, favorisant un écrasementdes aliments (broyage). Les dents permettent une transformation « mécanique » des aliments, unefragmentation.2. Les nutriments (cf. mini-dico) sont les substances résultant de la digestion des aliments, c’est-à-diredes matières « liquéfiées » présentes dans l’intestin grêle. Cette transformation est le résultat detransformations, notamment physiques, réalisées au niveau buccal, stomacal, et intestinal.D’après Réaumur, la transformation aboutissant à la « dissolution » des éléments est réalisée auniveau de l’estomac.3. Spallanzani a pris en compte les résultats des expériences de Réaumur (l’estomac est la première « poche » du tube digestif, où se mettent en place les pelotes de régurgitation).4. Cette transformation est une liquéfaction.5.

Activité 2 - Une digestion expérimentale ➥ Pages 100-101

• Objectifs / Intentions pédagogiquesIl s’agit, à ce niveau, de chercher à expliquer comment des aliments solides peuvent être transformésen une pâte plus ou moins liquide au niveau de l’intestin grêle.Cette étape est l’occasion d’une approche expérimentale (digestion in vitro).

• Commentaire des documents proposésDocument 1 : Une expérience.Les différentes étapes sont précises : constat conduisant à formuler une hypothèse. Recherche d’uneexpérience visant à éprouver cette hypothèse : principe général et protocole envisagé.

dents (cavité buccale) fragmentation

estomac homogénéisation, mise en place d’une pâte

intestin grêle liquéfaction

gros intestin déshydratation

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Document 2 : Exemple de résultatsLa comparaison aux témoins permet de montrer que des pâtes solides (amidon) présentes dans le tubesont fortement ou partiellement transformées en matériel mou ou plus ou moins liquéfié lorsqu’onajoute des sécrétions digestives. Les tests à l’eau iodée (lugol) indiquent que l’amidon a disparu, peut-être au profit de sucres solubles, confirmés par l’utilisation de bandelettes test de glucose.

• Correction des pistes de travail1. Le glucose est une substance (« soluble ») dans le sang qui approvisionne les organes.2. Les tubes 2 et 4 sont des témoins.3.

4. Tubes 1 : la présence d’enzyme semble être à l’origine de la liquéfaction (partielle) de l’amidon despâtes.Tubes 2 : expérience témoin : les sécrétions digestives sont indispensables à la digestion de l’amidon.Tubes 3 : la liquéfaction est plus importante si les pâtes sont fragmentées (hypothèses d’une surfacede contact plus grande avec les sécrétions digestives)5. Voir la définition du mini-dico : les enzymes digestives favorisent la transformation des alimentssolides ou éléments plus ou moins mous et « solubles ». Ces solutions contiennent des enzymes diges-tives.

Activité 3 - Appareil digestif et digestion ➥ Pages 102-103

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’organisation générale de l’appareil digestif et l’intervention des enzymes des sécrétions digestives étantconnues (activités précédentes), il s’agit là de mettre en relation ces connaissances pour établir, in situ, lesétapes de la digestion. La présentation en « tableaux », se lisant verticalement et horizontalement, faciliteles repérages.

• Commentaires des documents proposésDocument 1a : Schéma de l’appareil digestif en place.Les flèches blanches (à droite) précisent les lieux de sécrétions des glandes digestives et notamment,la nature des enzymes qu’elles contiennent.Document 1b : étapes chronologiques de la digestion avec le temps de passage (en valeur moyenne,sans distinction de l’aliment ingéré) dans les différents segments du tube digestif.Document 1c : illustration pour les aliments d’un petit-déjeuner des principales transformationssubies. La mise en relation avec les sécrétions digestives et le temps de transit peuvent être établiesimmédiatement.

• Corrections des pistes de travail1. Durée moyenne du temps de digestion d’un repas : près d’une journée.2. Aliments riches en glucides : dans la bouche et le début de l’œsophage (pour la plupart) ; alimentsriches en protéines : dans l’intestin, après action des sécrétions stomacales (et pancréatiques) ; ali-ments riches en lipides : dans l’intestin, après action des sécrétions hépatiques (bile) et pancréatiques.3. Il n’existe pas d’enzymes correspondant à ces substances.4. Pour conclure : en fin de digestion, il reste dans l’intestin des produits non digérés et des nutriments.

Pâtes sans sécrétions digestives

Début d’expérience solides solides

Fin d’expérience plus ou moins liquéfiées non transformées

Pâtes avec sécrétions digestives

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Activité 4 - Le passage des nutriments dans le sang ➥ Pages 104-105

• Objectifs / Intentions pédagogiquesIl s’agit ici d’identifier le lieu « d’entrée » dans l’organisme des nutriments (et de l’eau et sels minéraux) :la paroi intestinale, et d’en souligner les caractéristiques fonctionnelles.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Des mesuresCette expérience (faire absorber à une personne du glucose – un nutriment – pour voir où il est absor-bé montre que l’intestin grêle (pour l’essentiel) et le gros intestin (faiblement) sont les lieux privilé-giés de cette absorption. Le tableau b montre que le glucose est absorbé dans le sang des vaisseauxassociés à l’intestin.Document 2 : L’organisation de l’intestinUne coupe transversale d’intestin grêle (a) indique l’augmentation de surface de contact entre nutri-ments et paroi que les villosités déterminent.Un détail de villosité (microphotographie b) montre la faible épaisseur (une couche de cellules) sépa-rant les nutriments présents dans la lumière de l’intestin et celle des vaisseaux sanguins associés à laparoi de l’intestin grêle. Le texte c souligne, par l’intermédiaire de quelques chiffres, l’importance decette surface de contact (reprise de l’idée de surface d’échanges, évoquée au chapitre 5).

• Corrections des pistes de travail1. La quantité de glucose ne varie pas dans les premiers segments du tube digestif. La diminution, auniveau des intestins, laisse supposer que le glucose disparaît de l’intestin pour passer dans le sang.2. Ce passage est confirmé par le document b.3. Le nombre de villosités augmente la surface de contact (une villosité correspond à presque un demi-diamètre d’intestin grêle et la surface de l’intestin, côté lumière, vaut ≠πx D2 x L) (avec L= longueur del’intestin). 4On augmente la surface de contact par plus de 10 millions de D…4. Pour conclure…

Schéma bilan ➥ Page 107

Le schéma bilan mobilise dans un premier temps (croquis figuratif) les structures impliquées dans la prisedes aliments et leur transformation en nutriments au cours de la digestion. Le schéma placé à droite, sché-ma fonctionnel, précise comment ces structures participent à la transformation, jusqu’à l’absorption dansle sang, réalisée au niveau intestinal.

Nutriments

Intestin grêle

Vaisseausanguin

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La première page de « Sciences Mag » se veut une ouverture vers des observations et des expéri-mentations anciennes et vers les observations d'aujourd'hui et de demain, qui sont liées au dévelop-pement des techniques. Les images à chercher sur le net sont nombreuses, et peuvent être l'occasiond'une séance de recherche et de tri d'informations. De même les sites faciles d'utilisation qui concer-nent l'alimentation sont nombreux, et peuvent servir de support à une leçon ou une présentationconstruite par les élèves.


Les exercices « Pour apprendre sa leçon » sont corrigés en fin de manuel, p. 193.

Correction dans le manuel de l’élève, p.193

Correction dans le manuel de l’élève p.193

1. Une personne sans estomac doit manger souvent parce qu'elle ne peut pas stocker unequantité importante d'aliments. Elle doit manger des aliments qui sont mixés pour rempla-cer en partie l'action de l'estomac.

2. Une personne sans intestin grêle doit être nourrie avec des nutriments car elle est incapablede réaliser une digestion normale, qui a lieu en grande partie dans l'intestin grêle.

3. Une personne incapable de s'alimenter seule est perfusée avec du glucose pour lui apporterdes nutriments directement dans le sang, sans digestion ni absorption.

1. LégendesEn rouge : a : bouche - c :œsophage - d : estomac - f : intestin grêle - g : gros intestin - h : anusEn vert : b : glandes salivaires - e : pancréas - i : foie

1. L'hypothèse à tester est : « l'amidon est digéré par les sécrétions du pancréas ».2. Protocole : cf annexe 2 jointe

Explications : de l'amidon dilué dans de l'eau est mis dans deux tubes A et B: le tube A serale tube témoin, dans le tube B on ajoute des sécrétions pancréatiques. Les tubes sont placésà température du corps.

3. Quelques temps plus tard, on réalise des tests de présence d'amidon et de glucose. Les deuxrésultats possibles sont : « l'amidon n'est pas digéré » et « l'amidon est digéré par les sécré-tions pancréatiques ».

4. Si le pancréas libère des enzymes qui digèrent l'amidon, la conclusion est « l'amidon estdigéré par les sécrétions pancréatiques ».

1. Notre alimentation doit être variée pour apporter tous les nutriments différents dont notrecorps a besoin et qui se trouvent dans des aliments divers. Par exemple, les sucreriescontiennent beaucoup de glucides mais peu de protéines.

2. Courbe : la quantité de nutriments disponibles continue à baisser pour atteindre un niveautrès faible avant le déjeuner.

3. Si la quantité de nutriments disponibles est trop faible pour nos muscles, ceux-ci ne fonc-tionneront pas au mieux: on est incapable de faire des efforts et on se sent fatigué. Le cer-veau ne fonctionne pas au maximum de ses capacités et on a envie de somnoler au lieu deréfléchir.

4. Un apport d'énergie important entraîne une mise en réserve (sous forme de graisse) desnutriments : l'organisme grossit.

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Chapitre 7 • C i r c u lat ion du sa ng e t é c ha ng e s av e c le s orga ne s 75

Circulation du sang etéchanges avec les organes7


Notions – contenus

Les déchets, dont le dioxyde de carbone,sont éliminés.Le dioxyde de carbone est éliminé dansl’air expiré au niveau des poumons.Les autres déchets sont excrétés au niveaudes reins qui fabriquent l’urine.

La circulation sanguine assure la conti-nuité des échanges au niveau desorganes.Le sang circule à sens unique dans des vais-seaux (artères, veines, capillaires) qui for-ment un système clos.Le sang est mis en mouvement par lecœur, muscle creux, cloisonné, fonction-nant de façon rythmique.

Le bon fonctionnement du système car-dio-vasculaire est favorisé par l’activitéphysique ; une alimentation trop riche, laconsommation de tabac, l’excès de stresssont à l’origine de maladies cardio-vascu-laires.[Mathématiques : tableaux, graphiques,valeurs moyennes, fréquence][Éducation civique : droit et responsabilitéface à la santé][Français : compte rendu écrit, oral][Thèmes : Santé, Statistiques]

Compétences

Décrire le trajet des déchets depuis lesang jusqu’à l’extérieur de l’organisme.

Compléter le schéma fonctionnel de l’al-véole.

Expliquer le rôle de la circulation sangui-ne dans le fonctionnement de l’organis-me.Annoter un document présentant l’appa-reil circulatoire en indiquant le trajet dusang.Réaliser une coupe transversale de cœur.Dessiner une coupe transversale de cœur.

Relier un type d’accident cardio-vasculai-re à des facteurs de risques.Localiser et expliquer simplement untype d’accident.

Exemples d’activités

Ra – comparaison des teneurs en dioxyde de carbone de l’airinspiré et de l’air expiré.I – observation d’un appareil urinaire humain sur un écorché ousur des radiographies.I – observation de la vascularisation du rein.C – schématisation de l’excrétion au niveau de l’alvéole pulmo-naire et du rein.

I – mise en évidence du sens de circulation du sang dans uneartère et dans une veine.I – repérage des deux types de vaisseaux au niveau du cœur.Re – réalisation d’une coupe transversale de cœur au niveau desventricules.I – observation de contractions cardiaques à l’aide d’un vidéo-gramme.Ra – annotation d’un schéma de l’appareil circulatoire et indica-tion du sens de la circulation dans les vaisseaux.I – étude critique de représentations historiques de la circula-tion sanguine. [Histoire des sciences]

I – recherche d’informations, par exemple au CDI, sur les mala-dies cardio-vasculaires et les facteurs de risques. [B2i]I – comparaison d’une artériographie normale et d’une artério-graphie de malade atteint d’arthérosclérose.


Durée conseillée : 5 heures.Les items : l’élimination des déchets par l'organisme, la circulation du sang (souvent très obscure pourles élèves) et la mise en place et l'exploitation d'observations sur dissections nécessitent du temps. Lapartie « santé » est également à ne pas négliger.

■ Thème généralCe chapitre regroupe les items 8, 9 et 10 du programme: «Les déchets dont le dioxyde de carbone, sont éliminés »,« La circulation sanguine assure la continuité des échanges au niveau des organes » , « Le bon fonctionnement dusystème cardio-vasculaire... ».

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■ Découpage du chapitre : progression et programmation horaire– L’activité 1 (Exploitation de documents) montre que le fonctionnement des organes aboutit à laproduction de déchets ; ces déchets doivent être éliminés. Un test à l'eau de chaux réalisé par lesélèves montre facilement le rejet de dioxyde de carbone; et les deux tableaux présentés permettentde déduire l'origine sanguine du dioxyde de carbone expiré. Les observations peuvent être résuméessous la forme d'un premier croquis figuratif. L'étude de l'élimination de l'urée au niveau des reins per-met de tracer un deuxième croquis. Les élèves écriront un texte court pour résumer leurs recherches ;– L’activité 2 (Exploitation de documents) a pour but de relier les différents organes étudiés,muscles, intestin, poumons, reins, par un système clos de vaisseaux. L'observation des vaisseaux san-guins sur un bras et sur eux-mêmes permet de raccrocher au réel. Les images de radiographie et lescoupes transversales de vaisseaux sanguins permettent de mettre en place la notion de circuit closdans des vaisseaux aux propriétés différentes, et la notion de capillaires sanguins.– L’activité 3 (Exploitation de documents) souligne la place et le rôle du cœur comme moteur de lacirculation. Les élèves ont en général comme pré-acquis le fait que le cœur est actif et qu'il a un rôledans cette circulation. Les premiers documents permettent de vérifier le trajet du sang à partir ducœur et son retour vers le cœur. L'activité cardiaque, mise en évidence et mesurée, peut apparaîtrecomme une succession de contractions-relâchements qui correspondent bien au fonctionnementd’une pompe.– L’activité 4 est une Réalisation pratique : le cœur est maintenant observé en détail La dissectiond'un cœur de volaille (le cœur de dinde est suffisamment volumineux pour permettre des observa-tions) met en évidence la présence de plusieurs cavités, notamment la présence de deux ventriculesaux parois épaisses et musculaires. Le passage à l'observation d'un cœur de mammifère va faire lelien avec le cœur humain. Les différences observées avec le cœur de volaille disséqué ne sont pas un

• Objectifs de connaissances

Intentions générales Après avoir envisagé l'alimentation des organes en matériaux à partir du sang, l'approvisionnement del'organisme en dioxygène et en nutriments qui rejoignent le sang, il reste à relier l'ensemble avec unsystème circulatoire qui va distribuer les substances dans l'organisme. Les déchets produits par le fonc-tionnement des organes utiliseront ce même circuit pour être éliminés, au niveau des poumons et desreins. En plus des bases biologiques, il s'agit de faire comprendre les risques pour la santé de compor-tements comme la sédentarité et le tabagisme.

Cohérence verticale La circulation sanguine a été abordée en Primaire, les élèves ont appris à « développer des argumentsmettant en évidence le rôle de la circulation sanguine dans l'alimentation des organes à partir despoumons et du tube digestif ».

• Objectifs méthodologiquesLes sujets abordés sont l'occasion d'étudier des images médicales, reins, circulation du sang dans des

organes, artériographies. C'est l'occasion de travailler sur la dissection du cœur, avec son protocole et lesexigences du professeur quant à la réalisation d'un croquis. Ce chapitre présente plusieurs occasions deréalisation de schémas fonctionnels : échanges au niveau des poumons, des reins, et ce chapitre deman-de également de travailler sur un schéma général de la circulation dans l'organisme, tous les organes déjàétudiés (poumons, appareil digestif, muscles) pouvant être reliés.

76 C i r c u lat io n du sa ng e t é c ha ng e s av e c le s o rga ne s • Chapitre 7

S’informer– saisir des informationsà partir de radiographies,de tableaux, de schémas,d’enregistrements

Réaliser– une dissection (cœur)

Communiquer– faire un croquis– formuler une conclu-sion rédigée

Raisonner– mettre en relation desinformations

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Chapitre 7 • C i r c u lat io n d u sa ng e t é c ha ng e s av e c le s o rga ne s 77

obstacle à la compréhension du mécanisme de pompage. Un croquis de la coupe longitudinale ducœur est nécessaire afin de préciser la présence et les liens entre les cavités du cœur.

■ Supports pédagogiques utilesInformatique

Le matériel ExAO est utilisé pour mettre en évidence et mesurer l'activité cardiaque.

Matériel scientifique L'écorché permet de replacer le cœur dans le thorax et de donner une idée de sa taille chez l'homme.La dissection du cœur de volaille est une occasion simple de réaliser une manipulation facilement éva-luable.

Sécurité et réglementation La dissection du cœur doit évidemment se faire dansle respect de la réglementation et dans des conditionsd'hygiène irréprochables. C'est l'occasion de deman-der aux élèves d'utiliser des moyens de protection(gants) et de laisser le matériel propre et rangé.

Séquences

Mise en route

(0h15)

Activité 1

(0h45)

Activité 2

(0h30)

Activité 3

(0h45)

Activité 4

(0h45)

Science Mag

(2h00)

Objectifs

• Identifier les composants del’appareil circulatoire.

• Rechercher le moteur de la cir-culation sanguine.

• Identifier le trajet des déchetsau sein de l’organisme

• Souligner l’importance de lavoie sanguine.

• Repérer le rôle des vaisseauxdans la circulation du sang.

• Identifier les caractéristiquesstructurales des différents vais-seaux sanguins.

• Identifier le rôle du cœur dansla circulation sanguine.

• Comprendre l’organisationinterne du cœur.

• Identifier un accident cardio-vasculaire.

• Relier un type d’accident car-dio-vasculaire.




– mettre en relation desinformations pour discuterune hypothèse, proposerune conclusion

– saisir et mettre en rela-tion des informations

– proposer une conclusion


– exploiter un graphique

– exploiter un schémafonctionnel

– réaliser une dissection

– réaliser un croquis


– recherche d’informations(Internet)

Supports proposés

– photographies

– enregistrements

– affiche d’une campagne desanté

– tableaux de mesure

– radiographie

– photographies

– micro-photographies

– schéma général de l’appa-reil circulatoire

– radiographies

– enregistrements de l’acti-vité cardiaque

– schéma fonctionnel decœur

– guide de dissection

– photographes et croquislégendés

– photographies

– textes

– exploitation de sites surInternet

Notions construites

– Les poumons et les reins évacuenthors de l’organisme les déchets résul-tant de l’activité des organes.

– Le système circulatoire est composéde vaisseaux sanguins organisés en unsystème clos et un cœur auquel ils sontreliés.

– Le sang s’écoule à sens unique dans lecœur. Le cœur met en mouvement lesang dans l’appareil circulatoire.

– Le cœur est un muscle creux, quireçoit le sang des veines et propulse cedernier dans les artères.

– L’activité physique favorise le fonctionnement de l’appareil cardio-vasculaire. Les maladies cardio-vasculaires ont souvent pour originedes excès alimentaires, une grandesédentarité, une consommation impor-tante de tabac et d’alcool.

L iens ut iles– Le logiciel « cœur » de P. Perez, dispo-nible sur de nombreux sites académiques,peut être utilisé soit de façon autonomepar les élèves soit en démonstration enclasse (en projection). Il permet de suivreles mouvements cardiaques, et de visuali-ser la circulation sanguine.

– Site : www.magnard.fr/college/SVT

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Page d’ouverture du chapitre ➥ Page 113

Photographie obtenue par transformation informatique d’une coupe longitudinale de cœur (paroisreprésentées par des intensités différentes de bleu, cavités par des intensités différentes de rose)


Document a : Rappel de l’importance de la vascularisation des tissus. Les capillaires et le sang qu’ilscontiennent sont au cœur des tissus, et peuvent y échanger nutriments, dioxygène, déchets, tempéra-ture…Document b : Les vaisseaux sanguins qui irriguent le cœur doivent conserver leur intégrité pour quecet organe continue à fonctionner. L’apport de sang au cœur (et l’export), donc la circulation sangui-ne est vitale pour cet organe !Document c : Le cœur présente une activité rythmique. Le rythme de battements est d’environ 1 seconde, soit près de 60 battements par minute. Ces battements peuvent être des témoins de lamise en circulation du sang par le cœur (acquis des élèves : l’arrêt des battements d’un cœur est signede la mort de l’individu).Document d : Une hygiène de vie, souligné par un refus de sédentarité, est indispensable. Peut-on cor-réler cet impératif avec le fonctionnement de l’appareil circulatoire ?

Activité 1 - Évacuer les déchets produits par l’organisme ➥ Pages 116-117

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’appareil circulatoire prend en charge les déchets issus de l’activité des organes et les transporte versdes surfaces d’échanges entre l’organisme et le milieu extérieur c’est-à-dire vers les poumons et lesreins.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Élimination au niveau des poumons.Résultats des mesures d’échanges gazeux entre l’organisme et le milieu extérieur. Seul est pris en comp-te le cas du dioxyde de carbone. Les comparaisons des concentrations entre l’air expiré et l’air inspiré, etle sang sortant et entrant des poumons montrent que les poumons rejettent ce dioxyde de carbone etqu’il est évacué hors de l’organisme.Document 2 : Une élimination au niveau des reins.La radiographie précise comment le rein peut évacuer l’urine qu’il produit par l’intermédiaire des voiesurinaires. Les tableaux du document 2b montrent que l’urée et l’acide urique sont des substances quel’urine prend en charge au niveau du rein et qui sont évacuées hors de l’organisme.

• Corrections des pistes de travail1. Le dioxyde de carbone contenu dans le sang est libéré dans l’air des alvéoles, puis évacué dans l’airdu milieu extérieur. L’hypothèse est validée.2. Les substances rejetées par l’urine étaient présentes dans le sang parvenant aux reins. Elles pro-viennent de l’activité des organes.3. L’organisme évacue des déchets issus de l’activité de ces organes (dioxyde de carbone, urée…) parl’intermédiaire des reins et des poumons.

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Activité 2 - L’appareil circulatoire ➥ Pages 118-119

• Objectifs / Intentions pédagogiquesL’appareil circulatoire apporte nutriments et dioxygène aux organes, et exporte les déchets résultant deleur activité, vers les organes excréteurs (reins et poumons). Il s’agit donc de mieux connaître l’organisa-tion générale de cet appareil circulatoire.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Des observationsLe gonflement des vaisseaux sanguins entre la main vers le cœur (a) indique que le sang circule versle cœur : le point de compression bloque ce retour, d’où le gonflement. L’injection de la substanceopaque (b) montre que le sang circule également du cœur vers la main.Document 2 : Plusieurs types de vaisseauxSchéma général de l’appareil circulatoire soulignant les relations entre les vaisseaux sanguins et lecœur. Souligner le caractère clos (circuit fermé) de cette circulation. Le texte associé au schéma sou-ligne la densité des vaisseaux sanguins dans l’organisme.Les trois coupes transversales (b,c,d) soulignent les similitudes (sang contenu dans une paroi) et lesdifférences (diamètre, épaisseur des parois) entre les trois grands types de vaisseaux sanguins.

• Corrections des pistes de travail1. Caractères communs : sections de diamètres voisins, d’assez grande taille. Caractères différents :épaisseur de la paroi.2. Les capillaires sont des vaisseaux de petit diamètre et paroi très fine, laissant une très faible dis-tance entre sang et tissus (facilité des échanges).3. Les capillaires sont des zones d’échanges entre sang et tissus, les veines et les artères distribuent lesang dans l’organisme. L’ensemble des vaisseaux sanguins forment du cœur, jusqu’au cœur, un circuitrefermé sur lui-même.

Activité 3 - Le rôle du cœur ➥ Pages 120-121

• Objectifs / Intentions pédagogiquesLes vaisseaux sanguins assurent la distribution du sang et les échanges entre le sang et les tissus, reste àpréciser le rôle du cœur, autre composante de l’appareil circulatoire auquel sont associés les vaisseaux.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : Le cœur et la circulation du sangLe sang injecté dans une veine revient au cœur, puis en ressort en direction des artères. Le cœur estun passage obligé entre veines et artères.Document 2 : L’activité du cœurChaque battement cardiaque traduit une contraction de cet organe, suivie immédiatement de sonrelâchement.Document 3 : Les mouvements cardiaquesLa contraction du cœur permet l’éjection du sang vers les artères ; son relâchement, le remplissage deses cavités (oreillettes-ventricules). L’expulsion du sang vers les artères est dû à la contraction des ven-tricules.Le cœur apparaît comme un muscle creux dont la paroi se contracte puis relâche alternativement.

• Correction des pistes de travail1. Trajet du sang : veine ––> cœur ––> artère. Le sang passe par le cœur ;Hypothèse : le cœur joue le rôle d’une pompe au sein de l’appareil circulatoire.2. Le cœur se contracte toutes les 0,8 s : il a une activité rythmique.

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3. Lorsque le cœur se contracte, le volume de sang présent dans le ventricule diminue et celui dansl’aorte augmente. La contraction vide le ventricule et remplit l’aorte de sang (aorte=artère).4. Le cœur, en propulsant le sang dans les artères, apparaît comme un moteur de l’écoulement du sangdans les vaisseaux sanguins.

Activité 4 - L’anatomie du cœur ➥ Pages 122-123

• Objectifs / Intentions pédagogiquesLe cœur apparaissant comme un moteur de la circulation, il reste à en montrer l’organisation de musclecreux, acceptant un liquide, le mettant sous pression par sa contraction, et l’évacuant vers les artères.

• Commentaires des documents proposésDocument 1 : La dissection d’un cœurGuide de dissection (cœur de dinde ou de poulet)Document 2 : Des exemples de résultatsLa coupe transversale montre le caractère de muscle creux, aux parois épaisses ; l’observation du cœurd’un mammifère (mouton) permet le retour à l’homme, dont le cœur a une forme semblable.

• Correction des pistes de travail1. Croquis.

2. Sens de circulation du sang (cœur de mammifère) : le sang entre dans le cœur par les veines (caves,pulmonaires), en direction des organes.3. Le cœur est un muscle creux dont la contraction permet la mise en mouvement du sang au sein del’appareil circulatoire.

Schéma bilan ➥ Page 125

Ce schéma est bâti sur le même principe que le chapitre précédent : à gauche, présentation des structuresimpliquées dans la circulation, à droite schéma fonctionnel de la double circulation chez un mammifère.

Ventricules

Vaisseaux sanguins

Oreillettes

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La première page « Biologie en pratique » permet d'approfondir les connaissances sur le cœur par quelqueschiffres et anecdotes qui « parlent » aux jeunes élèves. Le « point d'histoire » montre que les connaissancesont une histoire, qu'elles n'ont pas été toujours exactes. Les deux pages « Biologie et santé » font le pointsur des connaissances minimum concernant la bonne santé de l'appareil circulatoire ; elles peuvent être unepremière source de renseignements pour démarrer des recherches.


Les exercices de la rubrique « Pour apprendre sa leçon » sont corrigés en fin du manuel de l’élève

Correction dans le manuel de l’élève, page 193.

1. Nom des vaisseauxn° 1 = veine cave inférieure n° 2 = veine cave supérieuren° 3 = artère pulmonaire n° 4 = veine pulmonairen° 5 = artère aorten° 6 = veine pulmonaire

2. La veine cave inférieure (n° 1) apporte le sang des organes inférieurs vers le cœur ; la veinecave supérieure (n° 2) apporte le sang des organes supérieurs (bras, tête) vers le cœur ; l'ar-tère pulmonaire (n° 3) conduit le sang du cœur vers les poumons; les veines pulmonaires (n°4 et n°6) ramènent le sang vers le cœur depuis les poumons ; l'artère aorte (n°5) conduitle sang du cœur vers les organes.

3. Le cœur expulse le sang dans une artère en direction des poumons ; dans les poumons lesang circule dans des capillaires et rejoint des veines qui le rapportent vers le cœur. Le cœurexpulse le sang dans une artère en direction des muscles ; dans les muscles le sang circuledans des capillaires et rejoint des veines qui le rapportent vers le cœur.

1. Les organes qui utilisent du dioxygène sont les muscles.Les organes qui prélèvent le dioxygène dans le milieu sont les poumons.Les muscles fabriquent du dioxyde de carbone.Les poumons éliminent le dioxyde de carbone.

2. Le coeur fait circuler le sang qui sert à transporter les différentes substances comme ledioxygène et le dioxyde de carbone.

3. et 4. Sur le dessin : veines pulmonaires et artères en rouge, veines et artères pulmonaires enbleu. Titre possible : « Circulation du dioxygène et du dioxyde de carbone dans le sang. »

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Croquis

5. Les cavités contiennent le sang, les cloisons sont des muscles qui se contractent pour expul-ser le sang.

1. La cloison qui sépare les deux cavités du cœur (les ventricules) est percée; les cavités serejoignent.

2. Le sang n'est pas bien expulsé dans l'artère aorte, il retourne dans le ventricule droit. Le sangriche en dioxygène du ventricule gauche se mélange avec le sang pauvre en dioxygène duventricule droit.

3. En cas d'effort, le coeur n'expulse pas assez de sang par l'artère aorte en direction desmuscles, les muscles ne reçoivent pas assez de dioxygène et se fatiguent.

1. L'artère a son diamètre rétréci.2. La conséquence est que le sang circule anormalement (le débit est trop faible) dans le rein.3. Les conséquences sont qu'une quantité anormalement faible de sang est filtrée par le rein,

donc le sang se charge en substances nocives.

1. Les causes de la stagnation de l'espérance de vie, en relation avec les accidents cardio-vas-culaires, sont l'alcoolisme et le tabagisme (qui entraînent un durcissement et un rétrécisse-ment des vaisseaux sanguins), la surcharge alimentaire (qui est à l'origine du dépôt de grais-se dans les artères), la sédentarité et le stress (qui sont à l'origine de la fatigue du coeur).

2. Un organisme de santé publique devrait faire de l'information pour inciter les gens à ne plusboire ou fumer, à manger de façon raisonnable, à faire du sport et vivre sans stress.

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Oreillette droite Paroi du ventricule droit (fine)Paroi du ventricule gauche (épaisse)

Cavité du ventricule gauche

Cavité du ventricule droit

Oreillette gauche

Vaisseauxsanguins du myocarde

Organisation générale du cœur(observation face ventrale)

Coupe tranversale d’un cœur

Ventriculedroit

Ventriculegauche

PARTIEDROITE

PARTIEGAUCHE

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