La respiration des êtres vivants

Un poisson respire dans l’eau, une sauterelle par des trous sur les flancs, un ver de terre par sa peau, une plante par ses feuilles : la respiration est universelle, mais ses organes sont très variés. C’est un sujet classique de SVT en 5e en France : on compare les organes respiratoires des animaux selon qu’ils vivent dans l’air ou dans l’eau. La respiration humaine est détaillée dans la fiche respiration, et ce qui se passe dans les cellules dans la fiche respiration cellulaire.

Pourquoi respirer ?

Le dioxygène sert aux cellules à produire leur énergie à partir des nutriments :

glucose + dioxygène → dioxyde de carbone + eau + énergie

Le CO₂ produit doit être évacué. Tous les êtres vivants ont donc besoin d’échanger des gaz avec leur milieu.

Respirer dans l’air ou dans l’eau

L’air contient environ 21 % de dioxygène ; l’eau en contient beaucoup moins (souvent une trentaine de fois moins à volume égal) et sa quantité diminue quand l’eau se réchauffe ou est polluée. Respirer dans l’eau demande donc de faire circuler beaucoup d’eau sur une grande surface d’échange.

Des adaptations remarquables

• Les mammifères marins (baleine, dauphin) ont des poumons : ils doivent remonter à la surface pour respirer.
• Certains insectes aquatiques, comme le dytique, emportent une bulle d’air sous leurs ailes.
• La grenouille respire par ses poumons, mais aussi beaucoup par sa peau et la muqueuse de sa bouche ; le têtard, lui, a des branchies (voir métamorphose).
• Les oiseaux possèdent des sacs aériens qui assurent un flux d’air continu dans les poumons, très efficace en vol et en altitude.

Points communs de toutes les surfaces d’échange

Quel que soit l’organe, une surface respiratoire efficace est :

1. très étendue (les alvéoles pulmonaires humaines représentent plusieurs dizaines de mètres carrés) ;
2. très fine, pour que les gaz la traversent facilement ;
3. humide ;
4. très irriguée par le sang (sauf chez les insectes, où les trachées vont jusqu’aux cellules) ;
5. renouvelée en permanence par l’air ou l’eau (ventilation).

Schéma décrit : les branchies d’un poisson

On dessine une tête de poisson vue de côté, l’opercule soulevé. Sous l’opercule, quatre arcs branchiaux en forme de croissant portent chacun une double rangée de lamelles rouges, comme les dents d’un peigne. Des flèches montrent l’eau qui entre par la bouche, passe entre les lamelles, et ressort par la fente de l’opercule. Sur un agrandissement d’une lamelle, des petits vaisseaux sanguins : le sang s’y charge de dioxygène et y libère du CO₂. On note : « Le sang et l’eau circulent en sens inverse, ce qui rend les échanges très efficaces. »

Hors de l’eau, les lamelles se collent les unes aux autres : la surface d’échange s’effondre et le poisson s’asphyxie, alors que l’air est pourtant riche en dioxygène.

Les plantes respirent aussi

Les plantes respirent jour et nuit, dans toutes leurs cellules : racines, tiges, feuilles, fleurs, graines en germination. Elles échangent les gaz surtout par les stomates des feuilles et par de petits orifices de l’écorce.

Le jour, la photosynthèse est en général plus intense que la respiration : la plante rejette globalement du dioxygène et absorbe du CO₂, ce qui masque sa respiration. La nuit, sans photosynthèse, on mesure seulement la respiration.

Les expériences classiques

• Eau de chaux : elle se trouble en présence de CO₂. Si l’on souffle dedans avec une paille, elle se trouble ; si l’on place un petit animal ou des graines en germination dans un bocal fermé au-dessus d’eau de chaux, elle se trouble aussi.
• Sonde à dioxygène (ExAO) : dans un aquarium fermé contenant un poisson, la teneur en dioxygène de l’eau baisse au cours du temps ; avec une plante aquatique à l’obscurité, elle baisse aussi ; à la lumière, elle augmente.

Erreurs fréquentes

• « Les plantes ne respirent pas, elles font la photosynthèse. » Faux : elles font les deux.
• « Les poissons respirent l’eau. » Ils prélèvent le dioxygène dissous dans l’eau, pas l’eau elle-même (H₂O).
• « La baleine a des branchies. » C’est un mammifère, à poumons.
• Confondre respiration et ventilation : la ventilation est le renouvellement de l’air ou de l’eau ; la respiration, l’échange de gaz.

Exercice corrigé

Énoncé. On mesure la teneur en dioxygène de l’eau d’un aquarium fermé contenant une plante aquatique (élodée). Pendant 10 minutes à la lumière, elle passe de 8 à 9 mg/L ; puis pendant 10 minutes à l’obscurité, de 9 à 8,6 mg/L. Interprète.

Corrigé.

• À la lumière, le dioxygène augmente : la plante en produit plus par photosynthèse qu’elle n’en consomme par respiration.
• À l’obscurité, la photosynthèse s’arrête ; le dioxygène diminue car la plante continue à respirer.
• La plante respire donc en permanence, mais à la lumière la photosynthèse masque cette respiration.

Questions fréquentes

Pourquoi les poissons meurent-ils dans une eau trop chaude ?

L’eau chaude contient moins de dioxygène dissous, alors que les poissons, dont la température suit celle de l’eau, en consomment davantage. Lors des canicules, les rivières peuvent manquer de dioxygène.

Les insectes ont-ils des poumons ?

Non : ils respirent par un réseau de trachées. Ce système limite leur taille, l’air ne pouvant diffuser efficacement sur de longues distances.

Faut-il retirer les plantes d’une chambre la nuit ?

Non : la quantité de CO₂ rejetée par quelques plantes est très faible, bien inférieure à celle rejetée par une personne qui dort.