Tome 1 : À la découverte de la flore de la mare Gwladys Doyen Equipe ACCES ENS-Lyon Sabine Lavorel Equipe ACCES ENS-Lyon 2015-02-01 Vous trouverez dans ce livre numérique les données scientifiques et des idées d'activités pédagogiques lors de votre visite au jardin de l'ENS et plus particulièrement autour de la mare. Activité 1 & 2 : Observer, recenser et organiser des informations relatives au peuplement du milieu et à ses variations en étudiant la mare au cours des saisons. Activité 2 & 3 : Faire (en respectant des conventions) un dessin scientifique de certaines parties d’un végétal. Effectuer un geste technique en observant à la loupe binoculaire et/ou au microscope de certaines parties d’un végétal : dissection d'un bourgeon et d'une graine. Appliquer un protocole expérimental. Activité 1 & 2 : Observer, recenser et organiser des informations relatives au peuplement du milieu et à ses variations. Activité 2 & 3 : Faire (en respectant des conventions) un dessin scientifique de certaines parties d’un végétal. Effectuer un geste technique en observant à la loupe binoculaire et/ou au microscope de certaines parties d’un végétal. Appliquer un protocole expérimental. Activité 1 & 2 : Observer, recenser et organiser des informations afin d’établir que les êtres vivants ne sont pas répartis au hasard. Formuler l’hypothèse d’une relation de cause à effet entre les conditions de milieu et la présence d’êtres vivants. Réaliser des mesures afin d’établir les caractéristiques d’un milieu. Construire un tableau afin de présenter les résultats des mesures. Activité 2 : 5ème : Recenser et organiser des données relatives à l’influence de l’Homme sur la répartition des êtres vivants. Exprimer à l’écrit et/ou à l’oral les étapes de la démarche de résolution. Activité 1 : L'occupation d'un milieu varie au cours de l'année.  On ne retrouve pas les mêmes végétaux au cours de l'année. Certains sont visibles quelle que soit la saison alors que d’autres disparaissent ou changent de forme en hiver. Activité 2 : Les arbres perdent leurs feuilles en hiver pour les retrouver au printemps grâce à l’éclosion des bourgeons portés par les rameaux. Activité 3 : Les plantes annuelles passent l’hiver dans le sol sous forme de graines qui renferment une plante miniature.   Activité 1 : Les graines ou les fruits contenant les graines peuvent être dispersés. Après germination, on obtient une nouvelle plante qui s’installe alors dans un nouveau milieu. Activité 2 : Les graines apparaissent lors de la transformation de la fleur en fruit. Le pistil se transforme en fruit après dépôt du pollen contenu dans les étamines. C’est la fécondation. Les ovules qu’il contient donnent alors des graines. Activité 3 : Les plantes sans fleurs, comme les fougères, les prêles et les mousses, peuvent libérer dans leur environnement des spores. Transportées par le vent, les minuscules spores peuvent, après germination, favoriser leur installation dans un nouvel environnement. Activité 4 : Certains végétaux envahissent sans spores ni graines mais à l'aide de certaines parties de ces végétaux. C'est la reproduction végétative. L'envahissement est souvent plus rapide avec la reproduction végétative. Activité 1 : Les organismes vivants observés ne sont pas répartis au hasard. Il existe des interactions entre les organismes vivants et les caractéristiques du milieu, par exemple, la présence d’un sol, la présence d'eau, l'exposition, l’heure du jour. Activité 2 6ème : Les organismes vivants observés ne sont pas répartis au hasard. Il existe des interactions entre les organismes vivants et les caractéristiques du milieu, par exemple, la présence d’un sol, la présence d'eau, l'exposition, l’heure du jour. 5ème : Dans l’eau, la répartition des organismes vivants dépend notamment de la teneur en dioxygène. L’agitation, la température de l’eau influent sur l’oxygénation du milieu. L’Homme par son action sur le milieu peut modifier la teneur en dioxygène de l’eau et donc la répartition des organismes vivants. Il agit sur la biodiversité.

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Certains ont complétement disparu, d’autres ont changé de formes : ils ont perdu leurs feuilles ou celles-ci ont fané. D'autres végétaux sont présents en hiver et en été sous la même forme. (voir vocabulaire et les différentes espèces de plantes remarquables de la mare). Constat : En hiver, les feuilles des arbres sont tombées. On peut observer, à l’extrémité des branches des arbres, de petits organes : ce sont les bourgeons. Quel est le rôle de ces bourgeons ?

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Q1/Le bougeon est pointu et est entouré d’écailles protectrices. Q2/Le bourgeon est brun-clair, allongé, recouvert d'un duvet et est de quelques millimètres. Q3/& 4/ Le coton reste accroché aux écailles et l’eau à sa surface. Elles sont imprégnées d’une substance imperméable et collante qui les protège du gel ou de la sécheresse. Cette substance s’appelle le propolis : les abeilles s’en servent d’ailleurs pour imperméabiliser leur ruche. Q5/Les bourgeons sont indispensables à la croissance de l’arbre. Ils renferment des rameaux miniatures. Q7/La bourre permet de protéger le bourgeon du froid. Chez certaines espèces, des écailles et un duvet protègent les parties intérieures du gel et de la sècheresse. vidéo Q8/Les bourgeons peuvent résister à des températures de -10 à -15°C. Toutefois, au moment du débourrement des bourgeons, les jeunes feuilles et surtout les fleurs gèlent et meurent vers -2 ou -3°C. Les arboriculteurs placent donc des systèmes de chauffage dans leur verger en cas de gel au printemps. Q9/ Les bourgeons écloront au printemps pour former les nouvelles feuilles et fleurs de l’arbre, alors que durant tout l’hiver ils sont en état de vie ralentie. C’est le débourrage ou débourrement. Il faudrait couper une branche d'arbre avec des bourgeons et la placer dans un verre d'eau. Puis la laisser pendant plusieurs jours /semaines et observer chaque jour ce qu'il se passe. Constat : Les plantes annuelles ne vivent qu’une année et laissent uniquement des graines dans le sol. Au printemps, ces graines germent et donnent une nouvelle plantule.

Constat : Les plantes sont des organismes fixés sur le sol. Nous avons vu qu'elles produisaient des graines. Ces graines peuvent être un moyen pour la plante pour coloniser d’autres milieux. Quelles sont donc les stratégies des plantes pour assurer la dissémination (ou dispersion) de leurs graines ? Comment les graines assurent-elles l’installation des plantes dans un nouveau milieu ?

La fleur de l'iris contient : 3 grands tépales extérieurs 3 grands tépales intérieurs 3 stigmates (pétaloïdes)

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La fleur de la salicaire contient : 6 pétales libres 12 étamines 1 stigmate

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Les sacs polliniques renferment des petits grains bien visibles qui sont les grains de pollen. Le pistil contient quant à lui des petites boules qui sont les ovules.

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Les élèves observeront que le fruit à la même structure que l’ovaire, c’est-à-dire qu’il est divisé en 3 parties ou carpelles. Ainsi, on pourra faire remarquer que le fruit est issu de la fleur et plus particulièrement de l’ovaire. Les graines sont en fait les ovules observées précédemment.

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Q1/ L'épi est formé d'écailles. A l'intérieur de ces écailles, nous pouvons observer des petits grains orange : les spores. Vocabulaire : Sporange (un) : petit sac contenant des spores Spore (une) : élément sphérique capable chez les végétaux sans fleurs de donner en germant une nouvelle plante. Les spores de prêles, à la loupe, apparaissent animées de mouvements aléatoires. Elles sautent. Les mouvements sont dus d'une part par la particularité anatomique (la paroi des spores est découpée en spirale) et biochimique (propriété hydrophile de la paroi externe) des spores.

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Vidéos présentant les mouvements des spores Constat : Certains végétaux comme le bambou, la potentille rampante ou encore l'élodée semblent envahir des milieux rapidement sans spores ni graines. Comment ces végétaux envahissent-ils un milieu très rapidement et sans que l'on observe de fleurs et/ou de fruits?

L'exemple du Bambou Cette tige possède des bourgeons, qui contiennent donc des tiges et feuilles miniatures qui n’ont plus qu’à sortir de terre et à grandir au printemps. Les bambous fleurissent spontanément en tous les points du globe en même temps sans que les scientifiques n'aient encore élucidé ce phénomène. Les bambous noirs ont fleuri pour la dernière fois en 1932.

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L'exemple de la potentille rampante

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La potentille est très envahissante au jardin poussant par de longs stolons qui peuvent faire plus d'un mètre de long et qui s'enracinent au niveau des nœuds. Application chez les jardiniers Les jardiniers pratiquent souvent la multiplication végétative pour multiplier leurs plantes. Deux techniques existent : le bouturage et le marcottage. Bouturage : Le bouturage est un mode de multiplication végétative de certaines plantes consistant à donner naissance à un nouvel individu à partir d'un organe ou d'un fragment d'organe isolé. par la tige : voir la balsamine dans la partie ressources. Marcottage : Le marcottage est une méthode de multiplication des végétaux par le développement de racines sur une partie aérienne d'une plante. Il faut placer une tige ou une branche en terre. Il suffira dans quelques temps de couper la tige, après que les racines se soient formées, pour séparer la plante mère et le jeune plant.

Q1/Les espèces végétales ne sont pas réparties au hasard. Certaines plantes se trouvent préférentiellement à certains endroits de la mare. Q2/Les caractéristiques sont : L’ensoleillement La température Le taux de dioxygène Le niveau d’eau Le sol Les végétaux sont répartis en fonction de leur exigence en eau depuis les plantes émergées jusqu’aux plantes totalement immergées. La mare reste un milieu aquatique en constante évolution. Selon les saisons, son niveau d’eau ou par la végétation elle-même, la mare subit des variations physico-chimiques. On pourra aborder ici l’eutrophisation des eaux rapidement (Programmes de 6ème et en particulier 5ème : Respiration et occupation des milieux de vie – Respiration et occupation des milieux de vie). Q3/Ces différents facteurs entraînent une sélection et une zonation de la végétation de la mare. Chaque espèce a bien entendu ses exigences en matière d’oxygénation, de qualité d’eau mais surtout de profondeur d’eau. Ainsi, trois zones peuvent être distinguées : LES HYDROPHYTES Du grec “hydro” : eau et “phyto” : plante. Ces plantes se développent totalement dans l'eau. Elles peuvent être enracinées comme le nénuphar ou libres comme la lentille ou l'élodée. LES HELOPHYTES Du grec “helos” : vase et “phyto” : plante. Ces plantes ont leurs racines sous l'eau, dans la vase mais leurs feuilles et leurs fleurs sont émergées. Exemples : plantain, massette, iris

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LES HYGROPHYTES Du grec "hygro" : humide et "phyto" : plante. Ces plantes colonisent les milieux humides comme la rive de la mare plus ou moins imbibée d'eau. Exemples : salicaire, saule, menthe

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Comment peut-on expliquer que malgré l’abondance de certains végétaux, de nombreux animaux sont retrouvés morts dans la mare et que les déchets organiques s’accumulent dans une mare eutrophisée? Caractéristiques de deux mares : Oligotrophe : Aspect de l’eau : clair Température eau : fraîche Taux d’oxygénation : élevé Caractéristiques du fond de l’eau: roches, graviers, sable Eutrophe : Aspect de l’eau : trouble Température eau : chaude Taux d’oxygénation : faible Caractéristiques du fond de l’eau : vase Nutriments : en excès « L’eutrophisation est une forme singulière mais naturelle de pollution de certains écosystèmes aquatiques qui se produit lorsque le milieu reçoit trop de matières nutritives assimilables par les algues et que celles-ci prolifèrent». Les substances nutritives peuvent provenir d’engrais utilisés en agriculture et dans les jardins, ou de produits type lessives rejetées dans les eaux usées. Cet apport va stimuler la croissance des algues qui va devenir excessive. Ces algues se multiplient en particulier en surface car elles ont besoin de lumière pour se développer. Elles meurent puis se décomposent et enfin enrichissent le fond de la mare en matière organique. Les bactéries qui s’en nourrissent vont proliférer et consommer de plus en plus de dioxygène.

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La menthe est connue pour être une plante aromatique. Son feuillage persistant vert clair à vert sombre est très odorant grâce à des métabolites secondaires aromatiques (menthol). C'est une plante vivace qui se propage par son rhizome mais également par des stolons. Elle peut être vite envahissante.

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Le plantain d'eau est une plante que l'on trouve généralement sur les rives des mares. Alisma natans a des feuilles pouvant prendre une forme type "fer de lance" lorsqu'elles sont aériennes et une forme "rubanée" lorsqu'elles sont immergées. C'est une adaptation morphologique. La floraison a lieu de mai à septembre. Les fleurs blanches ou rosées s'ouvrent uniquement l'après-midi. Plante vivace qui se multiplie rapidement grâce à son rhizome enfoncé dans la vase.

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Plante de la famille des Renonculacées, elle est facilement identifiable grâce à ses feuilles en forme de coeur et dentées. Les fleurs quant à elles sont d'un jaune vif et sont composées de 5 sépales pétaloïdes. Sa fleur jaune nectarifère (très riche en nectar), attire nombre d’insectes, en particulier des Diptères, Coléoptères, Lépidoptères et Hyménoptères. Le souci des marais disparait en hiver : ses feuilles tombent. Il ne reste plus qu’un rhizome qui redonnera une nouvelle plante au printemps.

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Les prêles ont la particularité d’être identiques au cours des saisons. Ces plantes persistent plusieurs années au même endroit : ce sont des plantes dites vivaces. Les tiges fertiles portent un épi sporangifère qui produit des spores (voir reproduction des végétaux produisant des spores). Les prêles se multiplient aussi par reproduction végétative grâce à ses rhizomes (voir reproduction des végétaux sans graines ni spores).

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Le saule perd ses feuilles en hiver mais il est toujours visible. C’est une plante vivace. Il développe des bourgeons qui protégeront les futures feuilles (voir activité dissection d’un bourgeon). A l’automne, l’écorce du saule se couvre d’une cire blanche qui le protège du froid. Cette cire est d’une part hydrophobe et d’autre part protège le saule de la déshydratation.

Cette plante est commune dans les forêts et les milieux humides comme les bords de rivières ou les mares. Elle se caractérise par une grande taille et des épis femelles pendants.

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La salicaire est très répandue à proximité des cours d'eau. Cette plante est assez haute (environ 1m) et est facilement reconnaissable. Ces inflorescences roses ressemblent à des épis mais sont une succession de glomérules (les fleurs sont insérées au même niveau sur la tige). Les fleurs sont hermaphrodites. La corolle est formée de 6 pétales libres. Le calice et la corolle sont soudés. On compte 12 étamines sur deux verticilles de six et un seul style qui peut être de 3 formes (court, moyen ou long). La salicaire est très visitée par les abeilles du début de l’été au début de l’automne, même par mauvais temps. Le fruit est une capsule qui est souvent disséminée par l'eau.

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L'élodée est une plante vivace aquatique immergée. Elle a des longues et fines tiges qui portent des petites feuilles. Ces feuilles peuvent être utilisées pour l'observation des cellules et plus particulièrement des chloroplastes. L'élodée utilise principalement la multiplication végétative. Ses tiges se cassent facilement et lui permettent de coloniser rapidement les milieux. L'élodée est une plante qui permet l'oxygénation des bassins et aquarium. Nous pouvons parfois observer sur les feuilles de petites bulles d'air sous l'effet de la lumière.

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L’iris a un feuillage qui jaunit en automne, une structure souterraine permettra de redonner des nouvelles feuilles au printemps, le rhizome. L’iris est une plante vivace. Ces feuilles sont en forme de glaive avec des fleurs jaunes très lumineuses. Les fruits mûrs en juillet/ août sont des capsules à trois compartiments qui flottent sur l’eau. Les graines peuvent flotter durant 12 mois sur l’eau tout en gardant leur pouvoir germinatif. Cette plante se reproduit également grâce à ces rhizomes.

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Espèces : La différence entre la massette à larges feuilles est que chez celle-ci les fleurs femelles et mâles sont directement réunies alors que chez la massette à feuilles étroites, elles sont séparées de 1 à 9 cm. L'inflorescence mâle disparaît rapidement après la floraison, les fleurs femelles donnent des akènes à longs poils (voir mode de dissémination des végétaux) Les massettes sont des plantes vivaces à feuillage vert foncé au printemps- été. A l’approche de l’automne, les feuilles sèchent et deviennent brun-clair. Seul persiste un organe souterrain qui lui est vivant, le rhizome. Les massettes peuvent atteindre 3 m de haut.

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Elles se disséminent rapidement grâce à des rhizomes, leur peuplement peut ainsi être multiplié par 3 au cours d’une saison. (voir multiplication des végétaux sans graines ni spores). Elles se multiplient également par reproduction sexuée au cours de la période juillet à septembre. L'inflorescence se compose de deux spadices (inflorescence en forme d’épi entouré par une grande bractée qui est une pièce florale ressemblant à une feuille) : l'inférieur femelle et le supérieur mâle. Les fleurs femelles lorsqu’elles sont à maturité éclatent et laissent déborder une bourre soyeuse. Chaque inflorescence contient plus d’une centaine de graines qui seront ainsi disséminées par le vent. Les plantes annuelles ne vivent qu'une année. Seules les graines restent en terre durant la mauvaise saison.

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La balsamine est une plante annuelle. Elle est d'origine d'asie centrale et orientale. Elle a été introduite en Europe au 19ème siècle comme plante ornementale et mellifère. Cette plantes s'est ensuite multipliée et a proliféré dans les milieux humides comme les berges de rivières, les talus frais, les canaux... Actuellement, elle est considérée comme une plante envahissante.

Plante Annuelle : plante qui ne vit qu’une année et qui produit des graines Bourgeon : partie d’un végétal capable de donner des tiges et des feuilles Graine : organe produit par une plante à fleur qui donne une nouvelle plante en germant. Bulbe : organe souterrain de certaines plantes vivaces Rhizome : Tige souterraine horizontale. Plante vivace : une plante vivant plus de deux ans Sépales : Partie de la fleur placée sous les pétales généralement verte Pétales : Partie de la fleur qui entoure le système reproducteur des fleurs Tépales : On nomme sous le nom tépales les sépales et les pétales quand ils se ressemblent.

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Paul Arnould, David Gauthier, Yves-François Le Lay & Michel Salmeron (2012). Le juste jardin. Lyon : Éd. de l’ENS de Lyon. Bernard Bertrand (2009). L'herbier toxique. Montpellier : Éd. Plume de carotte Bernard Bertrand (2007). L'herbier boisé. Montpellier : Éd. Plume de carotte Majorie Blamey, Christopher Grey-Wilson (2003). La flore d'Europe occidentale. Paris : Éd. Flammarion Guillaume Lecointre, Hervé Le Guyader, Dominique Visset (2006) Classification phylogénétique du vivant Paris : Éd. Belin Peter Raven, Ray Evert, Susan Eichhorn (2014) Biologie végétale Bruxelles : Éd. De Boeck Livres numériques : Les enfants au jardin - ACCES ENS de Lyon Les collégiens au jardin- tome 2 : A la découverte de la faune de la mare- ACCES ENS de Lyon Graines d'explorateurs (consulté 01 02 2015) Plus d'informations, des exemples de projets : graines d'explorateurs Projet jardin et arts visuels (2014) (consulté le 21 12 2014). Inventaire national du patrimoine naturel (consulté 01 02 2015) Banque nationale de référence sur la biodiversité française SNV Jussieu vie (consulté 01 02 2015) Site ressource en Sciences de la Vie en lien avec les programmes de SVT. Fédération Rhône-Alpes de Protection de la Nature (consulté 01 02 2015) Association de la protection de l’environnement, Article sur les mares et les espèces de milieux humides en Rhône Alpes Ballades naturalistes (consulté 01 02 2015) Article sur les espèces des zones humides CNRS Dossiers multimédias (consulté 01 02 2015) Collection de dossiers scientifiques thématiques entre autres sur l'eau et la biodiversité Les serres de l'université de Bourgogne (consulté 01 02 2015) Articles scientifiques sur les végétaux et clés de détermination. Ce livret numérique a été produit au sein de l'équipe ACCES (Actualisation Continue des Connaissances des Enseignants en Sciences) de l'Institut français de l'Éducation (IFÉ) par Gwladys Doyen, avec la collaboration de Valentin Martin, enseignants associés à l'Ifé sous la direction de Sabine Lavorel.