Sciences de la vie et de la terre

picto-accueil

Résumé de la sortie lycée : Comprendre l'importance du filao dans la colonisation des coulées de lave

 

Retour à la page principale du TraAM 2020-2021 sur le filao

 

 

Présentation Générale

 

Sur les coulées de lave du Grand Brûlé dans l'enclos du Piton de la Fournaise, le filao est l'une des premières plantes colonisatrices. Cet arbre, espèce exotique envahissante, présente une croissance rapide. En quelques années, il forme une couverture arbustive conséquente.

 

Ce développement se fait en parallèle de celui d'autres espèces qui forment un sous-bois peu dense, peu diversifié et essentiellement composé d'espèces également exotiques envahissantes.

 

Avant l'invasion du filao, la zone était colonisée par des forêts de bois de couleur des bas, dont le bois de rempart est l'espèce arbustive structurante.

 

 

 

On cherche ici à comprendre quelle est la dynamique de colonisation des coulées de laves et à comparer la forêt de filaos avec la forêt qui existait auparavant.

 

 

 

Les outils utilisés doivent être installé à l'avance par les élèves sur leurs téléphones et/ou leurs ordinateurs portables

 

  • L'application de reconnaissance automatique Pl@nt.net. Cette application l'une des rares, si ce n'est la seule, à être efficace à la Réunion, mais pour d'autres lieux plusieurs autres applications sont disponibles et pertinentes. Plus pratique sur téléphone.
  • Une clef de détermination construite à l'avance et spécifique de la zone étudiée. Utile sur téléphone et ordinateur.
  • Un tableur partagé. Plus pratique sur ordinateur.
  • Mesurim 2. Utile sur téléphone et ordinateur.

 

Sommaire :

 

 

Place dans les programmes

 

En première spécialité SVT

 

Enjeux contemporains de la planète

 

Les écosystèmes : des interactions dynamiques entre les êtres vivants et entre eux et leur milieu

 

  • Les écosystèmes sont constitués par des communautés d’êtres vivants (biocénose) interagissant au sein de leur milieu de vie (biotope).
  • Même sans l’action de l’Homme, les écosystèmes montrent une dynamique spatio-temporelle avec des perturbations (incendies, maladies) affectant les populations. La complexité du réseau d’interactions et la diversité fonctionnelle favorisent la résilience des écosystèmes, qui jusqu’à un certain seuil de perturbation, est la capacité de retrouver un état initial après perturbation.
  • Extraire et organiser des informations, issues de l’observation directe sur le terrain, pour savoir décrire les éléments et les interactions au sein d’un système. Comprendre l’importance de la reproductibilité des protocoles d’échantillonnage pour suivre la dynamique spatio-temporelle d’un système.
  • Utiliser des outils simples d’échantillonnage pour mettre en évidence la répartition de certaines espèces en fonction des conditions du milieu.

 

L’humanité et les écosystèmes : les services écosystémiques et leur gestion

 

  • L’espèce humaine affecte le fonctionnement de la plupart des écosystèmes en exploitant des ressources (forestières par exemple), en modifiant le biotope local (sylviculture, érosion des sols) ou global (changement climatique, introduction d’espèces invasives). Beaucoup d’écosystèmes mondiaux sont impactés, avec une perte mondiale de biodiversité et des conséquences néfastes pour les activités humaines (diminution de la production, pollution des eaux, développement de maladies…).
  • Pourtant, l’humanité tire un grand bénéfice de fonctions assurées gratuitement par les écosystèmes : ce sont les services écosystémiques d’approvisionnement (bois, champignons, pollinisation, fruits et graines …), de régulation (dépollution de l’eau et de l’air, lutte contre l’érosion, les ravageurs et les maladies, recyclage de matière organique, fixation de carbone…) et de culture (récréation, valeur patrimoniale…).
  • Notre santé dépend en particulier de celle des écosystèmes qui nous environnent. La connaissance scientifique des écosystèmes (l’écologie) peut permettre une gestion rationnelle des ressources exploitables, assurant à la fois l’activité économique et un maintien des services écosystémiques.
  • L’ingénierie écologique est l'ensemble des techniques qui visent à manipuler, modifier, exploiter ou réparer les écosystèmes afin d’en tirer durablement le maximum de bénéfices (conservation biologique, restauration ou compensation écologique, …).

 

Objectifs : Transformer l’approche anthropocentrée en une approche écocentrée où l’Homme est un élément des écosystèmes. Comprendre que la démarche scientifique permet d’apporter des solutions à des problèmes écologiques complexes.

 

Capacités : Recenser, extraire et organiser des informations, notamment historiques et de terrain, pour identifier les impacts des activités humaines sur les écosystèmes ; Prendre conscience de la responsabilité humaine et du débat sociétal face à l’environnement et au monde vivant.

 

 

Compétences numériques du CRCN

 

 

 

 

1er arrêt : Comprendre l'influence du filao dans la colonisation des coulées de lave

 

Cet arrêt s'effectue en deux temps sur la coulée de 2004. Il est aisé de garer le bus le long du très long parking côté Sud de la coulée. On rejoint ensuite la coulée pour travailler sur deux zones : une zone où la coulée est dégagée et la végétation peu développée (stade précoce) et une zone où la végétation est plus développée (stade jeune forêt).

 

 

 

Pour comprendre l'influence du filao et la dynamique de développement de la forêt de filao qui domine sur les coulées récentes, on va comparer ces deux zones. Pour cela, on va étudier la biodiversité de chaque zone et mesurer des paramètres physicochimiques faciles à relier à la croissance des plantes (température, humidité, luminosité). Les élèves ont été divisés en groupe de trois, ce qui permet d'effectuer le travail de terrain avec les outils numériques en toute quiétude.

 

 

 

Étudier la zone de stade précoce

 

La fiche technique est fournie aux élèves (Mesurer la biodiversité végétale grâce à des transects) et nous les laissons organiser le travail. Le long de chaque transect, ils effectuent les actions suivantes :

 

  • Déterminer les espèces présentes et le nombre d'individu pour chaque espèce
  • Mesurer la température, l'humidité et la luminosité à la surface du sol avec les capteurs appropriés
  • Rentrer les données dans un tableur partagé en ligne

 

Comparer deux outils de détermination des espèces

 

Les élèves utilisent l'application pl@nt.net qui détermine automatiquement l'espèce prise en photo grâce à une intelligence artificielle et une base de données collaborative.

 

Cet outil est comparé à une clef de détermination numérique. Cette clef présente l'avantage sur une clef papier d'obliger l'élève à suivre les critères (et non simplement à regarder les photos) car il faut cliquer sur chacun d'eux pour avancer. Elle inclue une aide pour le vocabulaire.

 

Les deux outils sont comparés par les élèves. Ils comprennent que la clef de détermination est plus précise. De plus elle apporte des informations utiles (statut d'envahissante, espèce endémique ou pas, famille, nom vernaculaire...). En revanche, elle est plus lourde à utiliser que pl@nt.net qui est intuitif et rapide. La fiabilité de pl@nt.net dépend fortement de l'espèce et de la qualité de la photo.

 

Lien vers l'article détaillé qui explique également comment installé la clef en mode hors-ligne

 

Étudier la zone de jeune forêt

 

Les mêmes mesures sont effectuées dans cette zone. Il y a plusieurs zones de jeune forêt sur la coulée de 2004 à proximité des zones dégagées. Il faut faire attention à ne pas quitter la coulée et se retrouver sur une zone de forêt mature. En effet, le filao atteint sa maturité en une quinzaine d'années et la forêt est alors plus difficilement pénétrable donc analysable.

 

La comparaison montre que les deux zones présentent des espèces similaires, mais leur taille et leur fréquence ont changé. De façon peu surprenante, le développement du filao entraine une baisse de la luminosité et de la température ainsi qu'une augmentation de l'humidité. Ce montre bien que le filao, seul arbre bien développé à ce stade structure l'environnement en cours de colonisation.

 

Comparaison avec la forêt primaire de bois de couleur des bas

 

Avant le développement du filao, la forêt de bois de couleur des bas se développait sur les coulées. Un document a été fourni aux élèves pour qu'ils puissent voir les espèces principales de cette forêt. Un document montrant la durée du processus est inclus dans le document élève.

 

Alternativement, il est possible d'aller visiter une parcelle de ce type. Il en subsiste quelques-unes à proximité de la coulée de 2007. La forêt de Bois Blanc à Sainte-Rose est également une forêt de bois de couleur des bas.

 

.

 

L'ensemble de ce travail tient le groupe occupé jusqu'à la pause déjeuner.

 

Lien vers l'article détaillé concernant le prélèvement des données physicochimiques (avec les détails d'utilisation du tableur en ligne)

 

Lien vers l'article détaillé concernant l'analyse de la diversité spécifique (avec les détails de la méthode des transects)

 

 

2e arrêt : Comparer la dynamique de colonisation de deux types de coulées

 

On reprend le bus en direction du Nord. A quelques centaines de mètres, une nouvelle zone de parking sur la droite permet de garer le bus à proximité de deux bras de la coulée de 2004. Ces deux bras, côte à côte, sont de natures différentes : l'un est une coulée lisse, l'autre une coulée en gratons.

 

On cherche ici à comprendre l'importance du substratum sur la dynamique de développement du végétal identifié comme structurant lors du 1er arrêt : le filao. Alternativement, il est possible de mesurer la biodiversité sur les deux types de coulées.

 

Mesure de la densité de filao sur la coulée lisse

 

Un carré de 100m² est délimité avec des cordes. Il va servir de zone de comptage pour mesurer la densité des filaos.

 

Deux outils sont proposés :

 

  • Un comptage à l'oeil en allant dans la zone
  • Un comptage à l'aide de Mesurim2 à partir d'une photo prise par l'élève

 

Les élèves comprennent vite que l'outil Mesurim 2 est très adapté au comptage (il évite notamment de compter deux fois le même individu) mais qu'il dépend très fortement de la qualité de la photo. Les irrégularités du terrain et la qualité très variable des objectifs des téléphones rendent ainsi le comptage trop approximatif. Les meilleurs résultats sont obtenus à pied.

 

Mesure de la densité de filao sur la coulée en graton

 

Les mêmes mesures sont effectuées dans un nouveau carré de 100m².

 

On constate alors que les filaos sont moins nombreux (densité deux fois plus faible), mais pas absent, alors qu'ils semblent l'être de prime abord. En revanche, ils sont petits et souvent desséchés.

 

On propose ensuite aux élèves de réfléchir à des hypothèses pour expliquer cette différence.

 

Lien vers l'article détaillé concernant cet arrêt (incluant l'utilisation de Mesurim 2 et d'éventuelles photos de secours)

 

 

3e arrêt : Influence de l'être humain sur le peuplement végétal

 

Ce dernier arrêt s'effectue sur la coulée de 1977 à Sainte-Rose. La mairie a récemment retiré les filaos présents sur cette coulée et plante chaque année de nouveaux arbustes médicinaux endémiques. En contactant la mairie, un employé du service fleurissement vient expliquer aux élèves les travaux effectués et les caractéristiques des arbres plantés. Un accent est mis sur l'implication des écoles primaires de la ville : ce sont les élèves qui ont effectué les plantations. Cela permet de transmettre des pans importants de la culture réunionnaise.

 

Pl@nt.net peut être utilisé pour reconnaître les plantes médicinales. Il est, ici, assez efficace.

 

.

 

A l'issue de cet arrêt qui clôt la journée, il est rappelé aux élèves qu'ils doivent rendre un rapport numérique incluant des copies d'écran des applications utilisées et/ou des photos utiles.

 

Lien vers l'article détaillé concernant le 3e arrêt