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Sciences de la vie et de la Terre

Analyse de données de l’expédition Tara Océans (2009-2012) pour tenter de déterminer l’influence de facteurs environnementaux sur la photosynthèse

24 / 06 / 2018 | Nelly LE GAND

Après avoir vu, sous la forme d’un exercice maison, ce qu’est le plancton, son importance pour la planète et la notion de photosynthèse, le but est de tenter d’établir des relations entre des facteurs environnementaux et l’abondance des organismes photosynthétiques en utilisant des données d’échantillons prélevés dans différentes régions du globe. Après traitement et exploitation des données issues de prélèvements effectués lors de l’expédition Tara Océans (2009-2012), il s’agit de présenter les résultats et leurs interprétations sous la forme d’une animation vidéo qui sera présentée lors du congrès des élèves organisé par la fondation Tara expéditions.
A cela s’ajoutera la conception d’un protocole expérimental utilisant l’ExAO pour montrer, à l’échelle du végétal, l’effet d’un facteur environnemental sur l’intensité de la photosynthèse.

Séance 1 : Présentation de Tara et des données à analyser - Elaboration d’une stratégie de résolution

Durée de la séance : 1h30

Compétences de la séance :

  • Connaissances : Les connaissances exigibles se limitent à celles vues en amont de la séance (pédagogie inversée)
  • Attitudes : Etre capable de s’organiser en groupe pour mettre au point une stratégie d’analyse des données en accord avec l’objectif fixé.

Déroulé de la séance :

Phase 1 : En groupe classe, présentation par l’enseignant de la fondation Tara expéditions, des données et de leurs méthodes d’obtention à partir d’un padlet.

Remarques :
Le travail préalable sur Edpuzzle permet de sensibiliser les élèves sur l’importance du plancton pour la planète. Il permet également de réaliser une évaluation diagnostique sur la notion de photosynthèse. Les élèves ont eu l’habitude durant l’année d’utiliser cet outil. Il leur permet d’avoir un feedback sur leur travail pour éventuellement se corriger. Par ailleurs, Il permet à l’enseignant, après évaluation en amont, d’orienter ses explications au moment de la séance en présentiel (explications données lors de la phase de présentation). La présentation de la fondation Tara et son suivi sur twitter a permis aux élèves d’adhérer au projet. En revanche, la présentation des données a suscité de nombreuses interrogations. La quantité de données les a quelque peu effrayés au début.
La présentation des données s’est faite rapidement en groupe classe. L’objectif étant que les élèves s’approprient ses données lors d’échanges en groupes plus restreints par la suite.
Concernant la méthode d’acquisition des données, ne faisant pas partie de l’objectif de la séquence, elle a été présentée rapidement avec les documents du padlet. Il était intéressant de montrer aux élèves l’importance des études génétiques (métagénomique) dans la connaissance du plancton.

Phase 2 : Lors d’une phase dialoguée par groupes de 4-5 élèves arbitrairement constitués dans un premier temps, les élèves réfléchissent à la manière dont ils vont élaborer leur stratégie. Durant cette phase, les élèves disposent d’un document d’aide à la compréhension des données.
Après une mise en commun, ils ont décidé de créer des groupes par région géographique (MS, SAO, SPO, IO). Leur démarche serait de déterminer pour chaque région, l’effectif total des diatomées de chaque échantillon puis de tenter d’établir une corrélation avec chaque facteur environnemental (taux de nitrates, phosphates, température, salinité). Et enfin, ils envisagent de comparer les résultats de l’ensemble des groupes.

Remarque : La difficulté a résidé, entre autre, dans le degré d’aide à apporter aux élèves pour traiter les données en lien avec la problématique. J’ai décidé de les laisser aller au bout de leur démarche pour ensuite pouvoir discuter des résultats et éventuellement adopter une autre stratégie.
Il est indispensable de passer un temps suffisant pour les échanges en groupe afin que les élèves comprennent bien à quoi correspondent chacune des données à leur disposition.

Ressources utilisées :
Un padlet
Un jeu de données
Vidéos Edpuzzle :
https://www.dailymotion.com/video/xxidng
https://www.youtube.com/watch?v=saa...
Droits sur les ressources utilisées : Voir padlet

Séances 2 et 3 : Traitement, analyse et visualisation des données en lien avec l’objectif

Durée de chaque séance : 1h30

Capacités et attitudes :

  • Capacités :
    • Extraire des données pertinentes
    • Traiter et représenter graphiquement à l’aide d’un tableur
    • Rendre compte de l’analyse des résultats à l’oral
  • Attitudes : Faire preuve d’esprit critique face aux choix des données, aux résultats et à leurs interprétations

Séance 2

Objectif fixé :
Travailler en coopération pour le traitement des données par région (4 groupes de 4 ou 5 élèves) puis en collaboration pour l’analyse des résultats. Pour chaque région du globe, tenter d’établir un lien entre l’abondance des diatomées (ou l’importance de la photosynthèse représenté par le taux de chlorophylle a) et chaque facteur environnemental.

  • Groupe 1 : Mer méditerranée (MS)
  • Groupe 2 : Océan Pacifique Sud (SPO)
  • Groupe 3 : Océan Indien (IO)
  • Groupe 4 : Océan Atlantique Sud (SAO)

Déroulement de la séance :

Dans chaque groupe, il va y avoir sélection, tri des données et construction de graphiques montrant l’abondance des diatomées (ou le taux de chlorophylle a) en fonction de chaque facteur environnemental (nitrates, phosphates, température, oxygène, salinité, profondeur). Les élèves de chaque groupe se sont répartis les tâches par facteur environnemental.

Exemples de résultats élèves :

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Remarque sur la séance : Vouloir montrer l’impact d’un facteur environnemental alors que les autres ne sont pas fixes dans les différents échantillons ne permet pas d’établir de relation. Mais j’ai fait le choix de laisser les élèves aller au bout de leur démarche pour pouvoir ensuite discuter de ces résultats dans chacun des groupes. Il m’a semblé ici nécessaire qu’ils se « trompent » pour amener la discussion et développer l’esprit critique.
Rendre compte de résultats sous la forme d’une représentation graphique est un exercice très souvent réalisé dans notre discipline sauf que, les données utilisées sont pratiquement toujours déjà triées et sélectionnées.
Le traitement des données de chaque groupe a été posté sur un mur collaboratif (ENT). A l’issue de cette séance, lors de la mise en commun, il ne nous a pas été possible de conclure quant à l’influence de tel ou tel facteur. En revanche, cette étape a permis, dans chaque groupe, de développer l’esprit critique des élèves face aux résultats : notion de causes multifactorielles, notion de facteur limitant, nombre d’échantillons suffisants, …
Une autre stratégie sera alors mise en place à la séance suivante.

Séance 3

Objectif fixé :

Il s’agit de comparer les différentes régions du globe en terme de : facteurs environnementaux, abondance des diatomées et importance de la photosynthèse.
Les élèves ont alors été amené à modifier les groupes et à se répartir différemment les tâches par rapport à la séance précédente. Il a été alors décidé de répartir les groupes de la façon suivante :

  • Groupe 1 : Groupe Diatomées – Chlorophylle a
  • Groupe 2 : Groupe Phosphates- nitrates
  • Groupe 3 : Groupe Salinité – oxygène
  • Groupe 4 : Groupe Température

Après une mise en commun, il s’agit d’établir des liens répondant à la problématique et de rendre compte des analyses de résultats à l’oral

Déroulement de la séance :

  • Phase 1 : Dans chaque groupe : Sélection, tri des données et construction de graphiques.
  • Phase 2 : Mise en commun, comparaison des résultats obtenus par binôme.

Chaque binôme devait réaliser une synthèse orale (avec un casque et un micro en utilisant le logiciel audacity). Cette synthèse orale sera utilisée par la suite pour la réalisation de l’animation vidéo qui sera présentée lors du congrès des élèves.

Résultats :

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Remarque sur la séance : En parallèle du traitement des données utilisant un tableur avec les élèves, j’ai sollicité un collègue de mathématiques-informatique (Thierry Cuesta). Le but était de montrer qu’il est possible de réaliser le même type de démarche mais en utilisant Python pour le traitement des données.
Voici le fruit de son travail avec comme consigne : Détermination de la concentration moyenne en phosphate en surface et dans la DCM dans les différentes régions du globe.

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Résultats obtenus avec python :

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Les élèves ne sont pas encore formés au traitement des données par python. L’exemple décrit permet néanmoins de pouvoir envisager, à l’avenir, une collaboration avec les maths-info pour le traitement des données en première ou terminale.

Séance 4 : Utilisation de l’ExaO pour montrer l’influence d’un facteur environnemental sur l’intensité de la photosynthèse

Compétences : Concevoir un principe expérimental utilisant l’ExAO

Remarque : Lors des activités précédentes à partir de la base de données Tara, les élèves ont pu percevoir qu’il n’était pas toujours facile de proposer des explications quant à l’influence de tel ou tel facteur sur l’abondance des micro-algues. Terminer la séquence par une manipulation à l’échelle du végétal fait prendre conscience à l’élève de l’intérêt d’une validation en laboratoire des observations faîtes sur le terrain.

Durée : une séance d’1h30
Objectifs :

  • proposer et réaliser une expérience montrant l’influence de l’intensité lumineuse sur la photosynthèse.
  • proposer et réaliser une expérience montrant l’importance du CO2 pour l’activité photosynthétique

Déroulé de la séance :
Par binôme, les élèves avaient à concevoir et réaliser une expérience mettant en évidence l’influence d’un facteur environnemental sur l’intensité de la photosynthèse (à l’échelle du végétal).

Bilan du TraAM

Ce projet avec la fondation Tara expéditions a permis aux élèves et leur professeur de pouvoir établir un lien plus étroit entre la classe et la recherche. Ce lien a été possible par l’intermédiaire des réseaux sociaux (suivi de l’expédition Tara pacifique sur twitter) ou par échange avec une chercheuse de Tara ou encore lors du congrès des élèves au cours duquel les élèves ont pu rencontrer des chercheurs. Pouvoir suivre des scientifiques qui sont à l’origine des données sur lesquelles on travaille est enrichissant et motivant.

La difficulté pour l’ensemble des séances à résider dans le degré d’aide à apporter aux élèves pour le traitement des données et par voie de conséquence sur la répartition du travail.
L’utilisation de données de ce type n’a pas été aisée pour les élèves. En effet, concernant les activités qui consistaient à construire des graphiques, certains ont eu du mal : à sélectionner et trier les données nécessaires pour répondre à un problème, à choisir le type de graphique adapté...
Rendre compte de résultats sous la forme d’une représentation graphique est un exercice très souvent réalisé dans notre discipline sauf que, les données utilisées sont pratiquement toujours déjà triées et sélectionnées.
Par ailleurs, j’ai pu me rendre compte, dans mes pratiques que les élèves ne rencontraient jamais de cas d’absence de corrélation évidente entre deux variables. De ce fait, ils essayaient par tous les moyens d’établir des liens même quand il n’y en avait peut être pas.

Sortie et production finale

La classe a participé au congrès des élèves organisé par la fondation Tara dont le but était de présenter, sous la forme de notre choix, notre travail.
Une contrainte : la présentation ne devait pas dépasser 5 minutes.
Nous avons utilisé powtoon, outil de présentation très motivant pour les élèves car il permet de personnaliser la production.
J’ai souhaité que l’ensemble des élèves de la classe participe à une production commune. Au cours de plusieurs séances de SVT et pendant leurs heures de permanence, les élèves se sont succédés sur un ordinateur pour apporter leur touche personnelle à la production. Les interprétations enregistrées avec audacity lors de la séance 3 ont été ajoutées à l’animation.

La production des élèves

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