La respiration des êtres vivants dans leur milieu

Respirer, c'est quoi au juste ?

Quand on dit qu'un être vivant « respire », on pense souvent à la poitrine qui se gonfle et se dégonfle. Mais ce mouvement n'est que la partie visible. Respirer, au sens biologique, c'est avant tout un échange de gaz permanent entre l'être vivant et son milieu : il prend un gaz dont il a besoin et il en rejette un autre dont il veut se débarrasser.

Les animaux, mais aussi les végétaux et les champignons, respirent : le dioxygène entre, le dioxyde de carbone sort. C'est l'un des grands points communs des êtres vivants que tu étudies, qu'on vive dans l'eau, dans l'air ou dans le sol.

Mettre en évidence le dioxyde de carbone

On ne voit ni le dioxygène ni le dioxyde de carbone : ce sont des gaz incolores. Comment alors prouver qu'un être vivant rejette bien du CO₂ ? On utilise un réactif : l'eau de chaux. C'est un liquide transparent qui possède une propriété précieuse.

Exemple 1. Yasmine place un criquet vivant dans un bocal fermé, à côté d'un petit récipient d'eau de chaux. Au bout d'une heure, l'eau de chaux est devenue trouble et blanchâtre : le criquet a donc rejeté du dioxyde de carbone en respirant. Dans un bocal témoin, sans aucun être vivant, l'eau de chaux reste limpide.

Exemple 2. Souffle doucement, avec une paille, dans un verre d'eau de chaux : elle se trouble aussitôt. L'air que tu expires est plus riche en CO₂ que l'air que tu inspires — preuve directe que tu respires.

Respirer n'est pas seulement « ventiler »

Attention à un mot piège. Le mouvement de la cage thoracique, ou celui de la bouche du poisson, s'appelle la ventilation : c'est le moyen mécanique d'amener le milieu (air ou eau) au contact de l'organe respiratoire. Mais la respiration elle-même, c'est l'échange de gaz qui en résulte. On peut donc ventiler beaucoup (haleter après un sprint) tout en respirant en continu, même quand on ne « pense » pas à respirer.

Respirer dans l'air

Commençons par le milieu que tu connais le mieux : l'air. L'air contient environ un cinquième de dioxygène (le reste étant surtout de l'azote). Les animaux qui vivent à l'air libre possèdent des organes spécialisés pour capter ce dioxygène.

Les poumons

Chez l'Homme, les mammifères et les oiseaux, l'organe respiratoire est constitué de deux poumons, logés dans la cage thoracique. L'air y entre par le nez ou la bouche, descend par la trachée (le conduit central), puis se distribue dans les poumons où le dioxygène passe dans le sang.

Les poumons se remplissent et se vident grâce aux mouvements respiratoires :

• l'inspiration : la cage thoracique se soulève, les poumons se gonflent, l'air riche en dioxygène entre ;
• l'expiration : la cage thoracique s'abaisse, les poumons se vident, l'air chargé de dioxyde de carbone sort.

Exemple 1. Pose ta main sur ta poitrine pendant que tu respires calmement : tu sens ta cage se soulever (inspiration), puis redescendre (expiration). Ce va-et-vient, c'est la ventilation pulmonaire. Le baleineau, le chameau, le goéland d'Essaouira respirent tous de cette façon, avec des poumons.

Les trachées des insectes

Les insectes, comme le criquet ou la mouche, n'ont pas de poumons. L'air entre dans leur corps par de minuscules orifices situés sur les flancs, les stigmates, puis circule dans un réseau de fins tuyaux : les trachées. Ces trachées conduisent le dioxygène directement jusqu'aux organes, sans passer par le sang.

Exemple 2. Si tu observes un criquet de près, tu peux voir de petits points sombres alignés sur le côté de son abdomen : ce sont ses stigmates, les portes d'entrée de l'air. Le criquet respire bien de l'air, comme toi, mais avec un appareil totalement différent.

Respirer dans l'eau

Une question doit te venir : si la truite vit sous l'eau, comment fait-elle pour avoir du dioxygène ? La réponse est qu'il y a du dioxygène dissous dans l'eau, exactement comme le sucre se dissout dans le thé sans qu'on le voie. C'est ce dioxygène-là que les animaux aquatiques prélèvent.

Les branchies des poissons

Chez un poisson comme la truite ou la sardine du marché d'Essaouira, les branchies sont cachées de chaque côté de la tête, protégées par un volet : l'opercule. Le mécanisme est un courant d'eau continu :

1. le poisson ouvre la bouche et fait entrer de l'eau ;
2. il ferme la bouche et pousse l'eau vers l'arrière ;
3. l'eau traverse les branchies, qui prélèvent au passage le dioxygène dissous ;
4. l'eau ressort par les opercules, appauvrie en dioxygène et chargée de CO₂.

Exemple 1. Ce que tu prenais pour un poisson qui « boit » sans arrêt, c'est en réalité un poisson qui ventile ses branchies : il fait circuler l'eau dessus pour en extraire le dioxygène. Les branchies sont très rouges car elles sont pleines de sang, prêt à emporter le dioxygène — comme la paroi de l'intestin grêle est riche en vaisseaux, vue au chapitre sur la digestion.

D'autres organes dans l'eau

Tous les animaux aquatiques n'ont pas de branchies. Certains, plus simples, respirent par toute leur peau (comme le ver de vase). D'autres, on va le voir, ne respirent même pas l'eau du tout. La branchie est l'organe le plus répandu, mais pas le seul.

Des cas surprenants

Il serait tentant de conclure : « animal de l'eau = branchies, animal de l'air = poumons ». Ce serait une erreur. Certains animaux vivent dans l'eau et pourtant respirent l'air ; d'autres changent même d'organe au cours de leur vie. La respiration n'est pas toujours liée au milieu de vie.

Les mammifères marins

Le dauphin et la baleine passent toute leur vie dans la mer, mais ce sont des mammifères : ils ont des poumons, pas de branchies. Ils ne peuvent donc pas prendre le dioxygène de l'eau. Régulièrement, ils doivent remonter à la surface pour respirer l'air par leur évent (une narine sur le dessus du corps), puis replonger.

Exemple 1. Au large d'Essaouira, on aperçoit parfois le souffle d'un dauphin qui crève la surface : c'est une expiration suivie d'une inspiration d'air. Si on l'empêchait de remonter, le dauphin se noierait — exactement comme toi sous l'eau — alors qu'un poisson, lui, se noierait à l'air libre.

Le têtard qui devient grenouille

Encore plus étonnant : un même animal peut changer d'organe respiratoire au cours de sa vie. Le têtard (le bébé de la grenouille) vit dans l'eau et respire avec des branchies. En grandissant, il se transforme : ses branchies disparaissent, des poumons se développent, et la grenouille adulte respire désormais l'air (et aussi par sa peau).

Exemple 2. Dans une mare au pied de l'Atlas, Salma observe au printemps des têtards à branchies, puis, des semaines plus tard, des grenouilles qui viennent respirer en surface. Le même être vivant a changé de mode de respiration en changeant de mode de vie.

Respiration et occupation des milieux

Reste une grande question : pourquoi trouve-t-on la truite dans les torrents froids et vifs de l'Atlas, alors que la carpe se contente d'un étang tiède et calme ? La réponse tient au dioxygène. La quantité de dioxygène dissous dans l'eau n'est pas toujours la même : elle dépend de plusieurs facteurs, et cela commande la répartition des animaux.

Température et agitation

Une eau froide retient mieux le dioxygène : c'est pourquoi les torrents de montagne, froids et agités par les rochers, sont très riches en dioxygène. À l'inverse, une eau chaude et stagnante en contient peu. L'agitation joue aussi un rôle direct : une cascade ou un courant mélangent l'air à l'eau et l'enrichissent en dioxygène, comme quand on remue énergiquement un verre.

Exemple 1. La truite a besoin de beaucoup de dioxygène : on ne la trouve que dans les eaux froides et vives des oueds de l'Atlas. La carpe, elle, supporte des eaux plus chaudes et calmes, plus pauvres en dioxygène, comme celles d'un étang ou d'un canal. Ce n'est pas un hasard de répartition : c'est leur besoin en dioxygène qui décide.

La pollution

Quand une eau est polluée (rejets, déchets, eaux usées), des micro-organismes se multiplient et consomment le dioxygène dissous. L'eau s'appauvrit, et les espèces les plus exigeantes — comme la truite — disparaissent les premières. La présence ou l'absence de certains animaux devient ainsi un indicateur de la qualité de l'eau.

Exemple 2. Si un oued autrefois peuplé de truites n'en abrite plus, c'est souvent le signe que son eau s'est réchauffée, ralentie ou polluée : le dioxygène a baissé sous le seuil que la truite supporte. Les espèces plus tolérantes, elles, restent.

Pièges classiques

Piège 1 : croire que respirer, c'est seulement gonfler la poitrine. Gonfler et dégonfler la cage thoracique, c'est la ventilation : un simple mouvement mécanique. La respiration, elle, est l'échange de gaz (O₂ qui entre, CO₂ qui sort) qui se produit grâce à cette ventilation. Un poisson qui ouvre la bouche ne « boit » pas : il ventile ses branchies pour respirer.

Piège 2 : croire que seuls les animaux respirent. Tous les êtres vivants respirent : les animaux, mais aussi les végétaux et les champignons. Une plante absorbe elle aussi du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone en permanence. Respirer est un caractère universel du vivant.

Piège 3 : confondre milieu de vie et milieu de respiration. Un animal peut vivre dans l'eau et pourtant respirer l'air. Le dauphin et la baleine vivent en mer mais ont des poumons et doivent remonter à la surface. « Vivre dans l'eau » n'implique pas « respirer avec des branchies ».

Piège 4 : penser qu'il n'y a pas de dioxygène dans l'eau. L'eau contient bel et bien du dioxygène dissous, invisible, comme le sucre fondu dans le thé. C'est ce dioxygène-là que prélèvent les branchies. Sans lui, aucun poisson ne pourrait vivre sous l'eau.

Piège 5 : croire que l'eau chaude contient plus de dioxygène. C'est l'inverse. Une eau froide retient plus de dioxygène qu'une eau chaude. C'est pour cela que les poissons exigeants comme la truite vivent dans les eaux froides de montagne, et non dans les eaux tièdes des plaines.

Piège 6 : croire qu'un animal aquatique « boit » l'eau pour respirer. Le poisson ne boit pas pour respirer : il fait circuler l'eau par la bouche jusqu'aux branchies, qui en extraient le dioxygène dissous, puis l'eau ressort par les opercules. C'est un courant d'eau qui traverse l'organe respiratoire, pas une boisson avalée.

Application concrète

Karim installe un aquarium chez lui, à Marrakech, avec quelques poissons rouges. Au bout de quelques jours, il s'inquiète : ses poissons restent en surface, la bouche grande ouverte, et semblent « manquer d'air ». Aidons-le à comprendre, étape par étape.

Étape 1 — Identifier ce que cherchent les poissons. Les poissons respirent le dioxygène dissous dans l'eau grâce à leurs branchies. S'ils montent en surface et ouvrent grand la bouche, c'est le signe que l'eau manque de dioxygène : ils essaient d'en capter là où il y en a le plus, juste sous la surface, au contact de l'air.

Étape 2 — Trouver la cause : la température. L'aquarium de Karim est posé près d'une fenêtre en plein soleil. L'eau s'est réchauffée. Or une eau chaude contient moins de dioxygène dissous qu'une eau froide. Première cause du manque : la température trop élevée.

Étape 3 — Trouver la cause : l'agitation. L'eau de l'aquarium est parfaitement immobile. Une eau stagnante se charge mal en dioxygène, car rien ne mélange l'air à l'eau. Une eau remuée (par une cascade, un bulleur) s'enrichit en dioxygène. Deuxième cause : l'absence d'agitation.

Étape 4 — Vérifier la pollution. Karim n'a pas changé l'eau depuis longtemps ; des déchets s'y accumulent. Des micro-organismes s'y développent et consomment une partie du dioxygène. Troisième cause possible : une eau qui se dégrade, donc s'appauvrit en dioxygène.

Étape 5 — Agir. Karim éloigne l'aquarium du soleil (eau plus froide), ajoute un petit bulleur qui agite l'eau (plus d'agitation) et renouvelle régulièrement l'eau (moins de pollution). Le dioxygène dissous remonte, et les poissons cessent de haleter en surface.

Conclusion. En réglant la température, l'agitation et la propreté de l'eau, Karim a agi exactement sur les trois facteurs qui commandent le dioxygène dissous — les mêmes qui expliquent, dans la nature, pourquoi la truite vit dans les torrents froids de l'Atlas et la carpe dans les étangs tièdes. Tu retrouveras cette idée d'échanges entre un être vivant et son milieu au chapitre sur la circulation sanguine, qui montre comment le dioxygène capté voyage ensuite dans tout le corps.

À retenir

Avant les exercices, voici les règles essentielles à mémoriser.