Oxygène dissous et prolifération d'algues

Dans cette leçon, les jeunes se pencheront sur la prolifération des algues dans les plans d'eau en analysant des données et des cartes et en testant la qualité de l'eau. Grâce à une combinaison d'activités en classe et d'explorations pratiques en plein air utilisant la plateforme de données et l'équipement de Water Rangers, les élèves exploreront les facteurs environnementaux qui influencent la croissance des algues et l'importance de l'oxygène dissous pour le maintien de la vie aquatique.

Toutes nos leçons sont conçues en deux parties: une composante en classe et une composante sur le terrain. Vous pouvez choisir de suivre les leçons successivement sur plusieurs jours, à un moment qui vous convient, ou d’enseigner l’une ou l’autre partie de manière indépendante. Les leçons sont présentées sous forme d’activités en petits groupes pour faciliter et encourager la participation active. Au bas de la page, vous trouverez une section sur les connexions entre l’océan et le monde réel, des liens externes vers des ressources d’apprentissage et des activités supplémentaires à essayer, ainsi qu’un glossaire de termes.

Années d'étude recommandées

Cette activité est recommandée de la 11e année à 12. Nous avons inclus des trucs et astuces pour adapter l'activité à un large éventail d'élèves tout au long de la leçon.

Résultats d'apprentissage

  • Identifiez les principaux facteurs environnementaux qui influencent l’apparition de proliférations d’algues dans les plans d’eau.
  • Analysez des cartes et des données pour étudier la répartition spatiale des proliférations d'algues et leur corrélation avec les caractéristiques du paysage.
  • Mesurez les niveaux d’oxygène dissous dans un plan d’eau local à l’aide d’outils scientifiques.
  • Reconnaître l’importance de l’oxygène dissous pour soutenir la vie aquatique.
  • Reconnaître le rôle de la surveillance communautaire de l’eau dans le soutien d’écosystèmes aquatiques sains.

Contexte

Qu'est-ce que l'oxygène dissous?

L'oxygène dissous est la quantité d'oxygène gazeux dissoute dans l'eau. L'eau absorbe directement l'oxygène de l'atmosphère et les courants, appelés turbulences, mélangent l'eau avec l'air et augmentent les niveaux d'oxygène. L’eau absorbe également l’oxygène produit par les plantes aquatiques lors de la photosynthèse. L'oxygène dissous est mesuré en milligrammes par litre (mg/L) en concentration. Cette mesure nous indique la quantité d'oxygène dissoute dans un litre d'eau. La concentration d'oxygène dissous peut varier et différents niveaux ont des effets différents sur la vie aquatique. Voici quelques directives générales:

Pourquoi l’oxygène dissous est-il important ?

Comme tous les êtres vivants, les poissons et autres organismes aquatiques ont besoin d’oxygène pour survivre. L'oxygène dissous est vital pour la santé des écosystèmes aquatiques. Les poissons, les plantes et d'autres organismes dépendent de niveaux suffisants d'oxygène dans l'eau pour respirer et mener à bien leurs processus vitaux. Dans un plan d’eau, l’oxygène est utilisé par différents organismes. Les plantes et les algues, tout comme les plantes terrestres, respirent également, consommant de l'oxygène pendant la nuit ou lorsqu'il n'y a pas de soleil pour la photosynthèse. De plus, les décomposeurs, comme les bactéries et les champignons, utilisent l’oxygène pour décomposer les plantes et les animaux morts. Lorsque les niveaux d’oxygène dissous chutent trop bas, cela peut nuire à la survie et au bien-être des organismes aquatiques, perturbant ainsi l’équilibre délicat de l’écosystème.

Que sont les proliférations d’algues ?

Les algues sont de minuscules plantes qui vivent dans l’eau et utilisent la lumière du soleil pour se développer. Une prolifération d’algues est une augmentation rapide de la population d’algues dans un plan d’eau. Lorsque les conditions sont idéales, comme des températures chaudes et des niveaux élevés de nutriments, les algues peuvent se développer rapidement et former des proliférations. Les nutriments dont les algues ont besoin sont l’azote et le phosphore, qui peuvent provenir de différentes sources. Cela peut provenir du ruissellement transportant des engrais provenant des zones agricoles, des rejets d’eaux usées et des dépôts atmosphériques. La disponibilité de ces nutriments, ainsi que des conditions environnementales favorables, peuvent provoquer la croissance de nombreuses algues et la formation de proliférations dans les systèmes aquatiques.

Comment la prolifération d’algues nuit-elle à l’environnement ?

Les proliférations d’algues peut nuire aux plans d’eau de plusieurs manières. Elles peuvent diminuer la quantité d’oxygène dissous dans l’eau, ce qui peut rendre difficile la survie des poissons et d’autres créatures. Les proliférations d’algues peuvent également rendre l’eau trouble ou changer sa couleur. Cela a un impact sur les niveaux de température de l'eau et la quantité de lumière solaire qui peut pénétrer dans l'eau et empêche les plantes sous-marines de photosynthétiser efficacement.

Certains types de proliférations d'algues, comme les algues bleu-vert (il s'agit en réalité de cyanobactéries et non d'algues), peuvent créer des toxines (cyanotoxines) dangereuses pour les humains et les animaux. Ces proliférations d'algues nocives peuvent entraîner des problèmes de santé si les personnes et les animaux entrent en contact avec l'eau polluée. Il est important de comprendre pourquoi les proliférations d'algues se produisent et comment elles affectent l'environnement pour préserver le bien-être des lacs et des rivières. En surveillant et en contrôlant les niveaux de nutriments et d’autres facteurs, nous pouvons œuvrer à prévenir et atténuer l’impact de la prolifération d’algues nuisibles.

Identifier les algues

Les algues vertes et bleu-vert sont couramment trouvées dans les plans d’eau. Parfois, le pollen présent dans l’eau peut être confondu avec des algues. Voici quelques façons de les distinguer:

  • Les algues manquent de racines, de tiges ou de feuilles comme les plantes aquatiques.
  • Les algues vertes vont du vert clair au vert herbe et ont souvent des mèches ressemblant à des poils en touffes ou ressemblent à de la barbe à papa. Elles sont attachées aux rochers/plantes ou flottent dans l’eau.
  • Les algues bleu-vert ont une couleur allant du bleu-vert à la soupe aux pois et ressemblent à de la peinture qui a été renversée sur la surface de l'eau ou à des points/globules.
  • Le pollen est généralement jaune et apparaît au printemps/début de l’été, tandis que les algues bleu-vert fleurissent de la fin de l’été au début de l’automne.

Enquête sur le Grand Lac Rideau

Emplacement : Dans la classe

Durée : 1 heure

Objectif: Étudiez comment les caractéristiques du paysage d'un lac peuvent influencer l'apparition de proliférations d'algues en analysant des cartes et des ensembles de données.

Groupes: Nous recommandons des groupes de 2 à 3 étudiants pour cette activité.

Matériaux nécessaires

  • Ordinateurs ou tablettes avec accès Internet
  • Google Maps ou tout autre outil de cartographie en ligne
  • Rapport de problème de Water Rangers sur une prolifération d'algues
  • Logiciel de présentation ou matériel de création d'affiches (facultatif)
  • Matériel de prise de notes

Préparation

Cette activité comprend des diapositives complémentaires pour vous aider à dispenser la leçon. Idéalement, chaque groupe devrait avoir accès à un ordinateur ou une tablette et vous pouvez partager les diapositives à l'avance afin qu'ils aient accès aux liens. Cette activité peut également être réalisée en classe, où vous projetez votre écran et explorez ensemble les cartes et les données.

Téléchargez les diapositives:

Étapes

L'Association du Grant Lac Rideau effectue des tests dans de nombreux endroits autour du Grand Lac Rideau. Ils ont plus de 500 observations et données remontant aux années 1980!

Conseil pour prof!

Lorsque les élèves explorent la plateforme de données, ils doivent se concentrer uniquement sur les résumés d’observations. Même s’ils peuvent trouver les rapports d’incidents à l’avance, leurs hypothèses doivent néanmoins être explicables par un raisonnement.

  1. Commencez par poser la question : « Comment le paysage entourant un lac affecte-t-il la probabilité de prolifération d’algues? »
  2. Encouragez les élèves à discuter de la question dans leur groupe et à partager leurs premières réflexions.
  3. Demandez aux élèves de dessiner une image ou un diagramme illustrant leur hypothèse sur l'endroit où la prolifération d'algues pourrait se produire et de créer un tableau pour enregistrer les observations basées sur les caractéristiques du paysage du lac.
    • Les étudiants doivent tenir compte des observations quantitatives et qualitatives ; facteurs biotiques et abiotiques, paysages urbains et naturels et activités humaines pouvant contribuer à la prolifération d’algues. Ils peuvent étiqueter les régions à étudier au Nord, au Sud, à l’Est et à l’Ouest.
  4. Prenons l’exemple du Grand Lac Rideau. Montrez aux élèves le lac sur Google Maps ou un outil de cartographie similaire. Expliquez que le Grand Lac Rideau est un lac de villégiature d'été populaire avec un trafic de bateaux important.
  5. Guidez les élèves dans l’exploration de la carte du Grand Lac Rideau à l’aide de Google Maps. Encouragez-les à zoomer et dézoomer, à parcourir la carte et à observer diverses caractéristiques du lac et de ses environs.
  6. Posez leur des questions :
    • Selon vous, en quoi le ruissellement diffère-t-il entre les rives nord et sud du Grand Lac Rideau? 
    • Comment cette différence influencerait-elle la prolifération d’algues?
  7. Présentez l' Association du Grand Lac Rideau. Il s'agit d'une organisation engagée à favoriser un environnement sûr et sain dans la communauté du lac et utilise notre plateforme de données pour stocker des données sur le Grand Lac Rideau remontant à 1986!
  8. Utilisez leurs données pour explorer différentes sections du lac. Ils disposent de nombreux lieux d’observation, concentrez-vous donc sur:
  9. Demandez aux élèves d'explorer les données, d'enregistrer les observations dans leurs tableaux et de mettre à jour leurs cartes en fonction de leurs découvertes.
  10. Demander aux élèves de prédire s'ils pensent que la prolifération s'est produite sur la rive nord ou sud du lac et de fournir des raisons basées sur leurs observations sur Google Maps et le rapport d'incident.
  11. Organisez une discussion en classe au cours de laquelle les élèves partagent leurs représentations visuelles des proliférations d’algues et déterminent collectivement l’emplacement des proliférations. Encouragez-les à expliquer leur raisonnement et à parler de toutes les données qualitatives ou quantitatives qu'ils ont enregistrées.
  12. Partagez les rapports de problématique du groupe de surveillance du Grand Lac Rideau. Effectuez un zoom arrière sur la carte située à gauche des rapports pour voir où les proliférations se sont produites. Ils ont documenté des proliférations d'algues dans:
  13. Demandez aux élèves de revisiter la carte Google pour localiser les zones problématiques dans la partie sud-est du lac. S'ils éprouvent des difficultés, ils peuvent utiliser la barre de recherche pour rechercher l'emplacement (par exemple, pointe Klautz Grand Lac Rideau). En classe, discutez de l’environnement naturel et bâti en examinant les épingles Google et réfléchissez à ce qui a pu contribuer à la floraison dans cette zone.

Questions de discussion

Conseil pour prof!

Les questions de discussion peuvent être utilisées pour évaluer les connaissances des élèves.

  • Les données observées confirment-elles les problèmes de prolifération d’algues signalés? Pourquoi ou pourquoi pas? Pensez à des facteurs tels que les dates des rapports, les méthodes de collecte de données, etc.
  • Comment les activités humaines autour de la région sud-est du lac pourraient-elles contribuer à la prolifération d’algues? Dans quelle mesure cela correspond-il à vos prédictions initiales?
  • Comment empêcher l’apparition d’une plus grande prolifération d’algues dans le lac?
  • Comment la surveillance communautaire aide-t-elle à faire face aux menaces environnementales telles que la prolifération d’algues dans les plans d’eau?

Test d'oxygène dissous dans un plan d'eau local

Comment utiliser la trousse d'oxygène dissous Water Rangers

Dans cette vidéo, Kat explique comment utiliser la trousse d'oxygène dissous, comment lire avec précision le tableau comparatif et comment éliminer l'ampoule en verre.

Emplacement : Sur le terrain, dans un plan d'eau local

Durée : 45 minutes

Objectif: Testez l’oxygène dissous et d’autres paramètres de qualité de l’eau dans un plan d’eau local.

Groupes: Nous recommandons des groupes de 5 étudiants maximum pour cette activité.

Matériaux nécessaires

  • Trousse d'oxygène dissous Water Rangers
  • Bloc-notes
  • Contenant poubelles pour ampoules

Avez-vous votre trousse éducative?

Tout le matériel pour les activités de plein air se trouve dans la trousse éducative Water Rangers.

Trousse éducative

Référez-vous toujours aux conseils de sécurité contenus dans le guide de l'éducateur, ainsi qu'à notre guide pour choisir un un emplacement de test  lors des tests à l'extérieur. 

Étapes

Observations

Suggestions d'enrichissement

Testez tous les paramètres de qualité de l’eau inclus dans votre trousse! Explorez en classe comment les différents paramètres s'influencent mutuellement et comment les facteurs abiotiques testés (p. ex. pH, température, oxygène dissous) influencent les facteurs biotiques observés.

  • Encouragez les jeunes à observer leur environnement.
    • Que voient-ils/remarquent-ils?
    • Quels sons entendent-ils?
    • Que sentent-ils?
  • Demandez aux élèves de noter comment l'oxygène pénètre dans le plan d'eau, en identifiant des facteurs tels que les plantes, les turbulences, la lumière du soleil, etc.
  • Discutez des facteurs potentiels qui pourraient réduire les niveaux d'oxygène, tels que l'heure de la journée, la décomposition des matières organiques ou la température de l'eau (l'eau froide contient plus d'oxygène!).
  • Encouragez les élèves à noter toute autre observation qualitative de l’environnement.

Test d'oxygène dissous

Tester l’oxygène dissous peut être délicat! Nous vous suggérons de démontrer à la classe comment réaliser le test avant que les élèves n'y participent. Le test doit être effectué rapidement et nécessite d'utiliser le petit gobelet à échantillon dans la trousse pour récupérer l'eau. Si vous ne parvenez pas à accéder à l'eau, vous pouvez utiliser le gobelet à échantillon ordinaire et le bâton d'atteinte, mais cela aura un impact sur la mesure. Il y aura un mélange de l’échantillon avec l’air, votre lecture sera donc plus élevée. Pour économiser des ressources, vous pouvez également être le seul à faire le test et à le comparer avec le tableau en classe.

  1. Sortez une ampoule et le gobelet à échantillon. Notez les crêtes au fond du gobelet à échantillon et la pointe blanche de l'ampoule. C'est le point faible pour rompre avec la crête.
  2. Prélevez un échantillon d’eau sous la surface (15 cm ou plus).
  3. Insérez immédiatement l'ampoule dans l'échantillon, cassez l'embout en l'insérant dans l'une des crêtes et en pinçant l'ampoule et le gobelet d'échantillon ensemble.
  4. Inversez l’ampoule pour faire monter et descendre la bulle d’air deux fois.
  5. Laisser l'ampoule se développer 2 minutes à l'aide du sablier fourni.
  6. Utilisez le tableau de comparaison pour déterminer le niveau d’oxygène dissous et enregistrez le résultat.
  7. Jetez l’ampoule et l’embout usagés dans le récipient à déchets en verre inclus dans votre trousse.

Questions de discussion

  • Pensez-vous que le niveau d’oxygène dissous mesuré est adapté au maintien de la vie aquatique dans le plan d’eau? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Quel est le rapport entre les observations physiques faites par les élèves et les mesures enregistrées?
  • Comment les analyses de la qualité de l’eau peuvent-elles contribuer à une meilleure compréhension des écosystèmes aquatiques et de leur santé?

Connexions océaniques

L’océan joue un rôle essentiel dans la régulation des niveaux d’oxygène dissous, essentiels à la survie de la vie marine. Cependant, divers facteurs peuvent perturber cet équilibre. La pollution par les nutriments d'origine humaine perturbe cet équilibre en introduisant un excès d'azote et de phosphore dans les eaux côtières. Cet afflux de nutriments alimente la croissance des algues, conduisant à l’eutrophisation, où des proliférations denses empêchent la lumière du soleil d’atteindre les habitats sous-marins comme les récifs coralliens, provoquant le blanchissement et l’affaiblissement des coraux, les rendant plus sensibles aux maladies et à la mort.

De plus, à mesure que ces proliférations d’algues meurent et se décomposent, elles consomment de grandes quantités d’oxygène, réduisant ainsi davantage les niveaux d’oxygène dissous dans l’eau. Cet appauvrissement en oxygène peut avoir des effets dévastateurs sur les organismes marins qui dépendent de l’oxygène pour survivre, entraînant la mort de poissons et la création de zones hypoxiques ou de « zones mortes » où la vie marine ne peut pas prospérer. Les estuaires, là où les rivières d'eau douce rencontrent l'océan, sont particulièrement vulnérables à la pollution par les nutriments et à l'eutrophisation, ce qui a un impact sur la biodiversité et la santé des écosystèmes.

En savoir plus sur l'eutrophisation

Connexions à l'actualité

L'article « Sur le Grand Lac Rideau, l'horloge tourne » raconte une histoire plus complète de ce qui se passe au Grand Lac Rideau. L'évolution démographique et le développement accru remodèlent le littoral, suscitant des inquiétudes quant aux impacts environnementaux, en particulier la qualité de l'eau et la préservation du littoral. Les défis posés par la contamination au phosphore entraînant la prolifération d'algues ont incité des organisations environnementales comme l'Association du Grand Lac Rideau (BRLA) à mener des recherches scientifiques sur la qualité de l'eau. Leur travail consiste notamment à évaluer les cheminements des contaminants vers les lacs et à plaider en faveur de la protection des lacs dans les processus de planification municipale.

Lire l'article complet

Ressources téléchargeables

Diapositives de présentation sur l'étude des proliférations d'algues

Glossaire

Faceteurs abiotiques: Parties non vivantes d'un écosystème, comme la température, la lumière du soleil, l'eau et les minéraux, qui affectent l'environnement et les êtres vivants qui y vivent.

Dépôt atmosphérique: Processus par lequel les particules, les gaz et les polluants de l’atmosphère se déposent sur la terre ou dans l’eau par précipitation ou directement absorbés depuis la surface.

Facteurs biotiques: Parties vivantes d'un écosystème, notamment les plantes, les animaux, les champignons, les bactéries et autres micro-organismes, qui interagissent les uns avec les autres et avec leur environnement.

Cytotoxines: Substances ou agents toxiques pour les cellules, provoquant souvent des dommages ou la mort cellulaire lors de l'exposition.

Eutrophisation: Processus par lequel un plan d’eau devient saturé de nutriments, entraînant une croissance accélérée des algues et un éventuel appauvrissement en oxygène.

Hypoxique : Conditions dans un plan d’eau caractérisées par de faibles niveaux d’oxygène.

Turbulence: Mouvement chaotique et imprévisible de l’eau ou de l’air.