Le travail sur la fonction de nutrition nous a semblé intéressant à conduire pour cette étude car ce thème nous semble emblématique de la biologie fonctionnaliste d’une part, et des travaux sur la problématisation, d’autre part.
1/ Les fonctions de nutrition chez les animaux : présentation
Les explications concernant la fonction de nutrition renvoient principalement à deux types d’explications : des explications mécanistes1 et des explications physique non-causales2 pour reprendre la typologie de Morange (2005) présentée dans le chapitre 1 (section 3.1.), qui s’articulent à chaque étape pour rendre compte des différents processus physico-chimiques qui assurent la fonction de nutrition. Ainsi, chez le lapin et l’homme qui constituent les modèles biologiques de cette étude, on peut rapidement présenter les grandes étapes de la nutrition3 :
- première étape : prélèvement des macromolécules alimentaires spécifiques prélevées dans le milieu extérieur et transformations dans le tube digestif par l’action des enzymes digestives, facilitées par les actions mécaniques de la digestion (trituration, broyage, tri). Cela conduit à la formation de nutriments, petites molécules non-spécifiques.
- deuxième étape : l’absorption intestinale correspond au passage des nutriments dans le sang au niveau des microvillosités de l’intestin grêle par des mécanismes complexes. Le sang, mis en circulation par le fonctionnement cardiaque dans des vaisseaux sanguins qui assurent son endiguement, permet la distribution des nutriments à chaque cellule (par l’intermédiaire d’un milieu intérieur)4 ;
- troisième étape : l’utilisation des nutriments par les cellules pour couvrir deux types de besoins : « permettre le renouvellement des molécules constitutives de
l’organisme et apporter les matériaux de base nécessaires aux synthèses dont il est le siège (anabolisme) » et « couvrir les dépenses énergétiques liées au fonctionnement
1 Elles correspondent à l’« établissement d’une chaîne de causalité, dont chaque maillon correspond à
une interaction entre une ou quelques molécules » (Morange, 2005, p. 51).
2 Les explications de type physique non causal se distinguent de l’explication de type mécaniste du
fait que, dans ce cas, « le temps, en tant que succession d’événements, n’intervient pas » (ibid., p. 95).
3 Nous ne traiterons pas cette question du point de vue de la diversité des modalités de la nutrition
animale retenues au cours de l’évolution.
cellulaire lui-même ou corrélatives de la production, par l’animal lui-même, d’autres formes d’énergie (locomotion, production de chaleur…) » (Turquier, 1989,
p. 3). Ainsi la transformation des macromolécules alimentaires fournit les molécules chimiques simples non spécifiques (comme le glucose, les acides aminés, les acides gras, par exemple) qui sont utilisées, à la fois, pour la synthèse des constituants spécifiques et pour fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement cellulaire par les voies du catabolisme (respiration cellulaire qui nécessite la présence de dioxygène ou voies fermentaires en absence de dioxygène).
Les deux premières étapes conditionnent les réactions biochimiques qui assurent la préservation de l’intégrité biochimique et fonctionnelle de l’organisme. Ainsi, la transformation des aliments en nutriments est nécessaire pour permettre le passage des nutriments dans le sang et dans la cellule, mais surtout pour que les cellules puissent mobiliser ces nutriments dans des réactions biochimiques. La distribution assure l’approvisionnement en dioxygène et en nutriments de chaque cellule. Comme le dioxygène et les nutriments sont prélevés dans le milieu extérieur et que, chez les animaux étudiés, la distance entre chaque cellule et le milieu extérieur est très importante (et ne permet plus des échanges par simple diffusion entre cellule et milieu extérieur), cela nécessite un système de distribution qui assure cet approvisionnement5. Dans le cas du lapin et de l’homme, la distribution s’effectue par un double circuit clos (le sang contenu dans les vaisseaux sanguins est endigué) mais ce circuit n’est pas étanche puisque des échanges entre le sang et le milieu extérieur, d’une part, et entre le sang et chaque cellule, d’autre part, se réalisent au niveau des surfaces d’échanges (alvéoles pulmonaires, villosités intestinales, réseaux capillaires). La ventilation respiratoire ou le trajet discontinu6 des nutriments dans le tube digestif assure la présence renouvelée de dioxygène et de nutriments au niveau des surfaces d’échange.
Alors que les transformations chimiques des aliments en nutriments est une nécessité chez tous les animaux, on peut trouver, chez les animaux les plus simples, une nutrition sans distribution par un double circuit sanguin clos.
2/ Les fonctions de nutrition : un classique de la didactique de la biologie
Les débats sur la nutrition humaine sont à l’origine du développement du cadre théorique de la problématisation en SVT. Ainsi, on trouve l’analyse de deux débats sur la nutrition humaine dans l’Habilitation à diriger des recherches de Christian
5 « Les conditions de la convection interne dépendent, dans une large mesure, du niveau de
complexité anatomique des animaux et, plus particulièrement, de leur degré de compartimentation » (Turquier, 1994, p. 137).
Orange (2000). Pour ce qui nous concerne, nous avons commencé à développer des analyses épistémologiques et langagières sur ce thème pour notre mémoire de DEA (Lhoste, 2004a). Cela a conduit à une communication et un article (Lhoste, 2004b, 2005a). Nous avons poursuivi nos recherches sur ce thème à travers une communication et deux articles (Lhoste 2005b, 2006 ; Orange, Lhoste & Orange- Ravachol, 2009). C’est l’ensemble de ces travaux, repris sous la forme d’analyses épistémologico-langagières, et de nouvelles analyses que nous allons présenter.
Cette première étude de cas devra nous permettre :
a/ de mettre à l’épreuve certaines propositions faites dans le chapitre 1, pour faire avancer le cadre de la problématisation dans le champ de SVT, à partir d’une analyse préalable sur l’exemple de nutrition chez le lapin. Cette première étude, outre le fait qu’elle nous servira également à contrôler les interprétations du b/, vise une élucidation théorique des relations entre problématisation, problème et obstacles ;
b/ de mettre en œuvre la méthodologie d’analyse présentée au chapitre 3 pour suivre le travail langagier et épistémique des élèves afin de mieux comprendre le processus de problématisation autour de l’explication de la nutrition.