Est-ce que la mesure in-situ du ph et de la température ne serait pas plus rigoureuse pour en tirer des conclusions scientifiques? En effet le fait de casser des moreceaux de corail et les mettre dans un aquarium est déjà en soi un stress suffisant pour provoquer la dégradation du corail?

Je ne comprends pas où est le problème, ou j'ai mal compris votre question. On voit bien que malgré le fait que l'eau du groupe contrôle soit l'eau de mer sans ajout d'acidité il y a perte de coloration, mais cela n'empêche pas le fait que plus l'eau est acide, plus la décoloration est importante. Le fait de savoir si découper un morceau de corail est ce qui a provoqué la décoloration dans le groupe contrôle peut être une nouvelle hypothèse, mais y répondre n'est pas obligatoire car cela ne répond pas à la problématique, en parler rapidement devrait suffire. Je pense qu'avant de tirer des conclusions suite à une expérience, il ne suffit pas d'utiliser plusieurs échantillons, il faut que l'expérience soit répétée dans d'autres laboratoires par d'autres personnes afin de confirmer les résultats car d'autres causes peuvent intervenir comme de mauvaises mesures ou manipulations par exemple.

Est ce que le niveau du ph de l'océan aura un impact non seulement sur le corail mais sur les autres êtres vivants tels que les poissons?

Bien sûr ! Si l'on modifie les conditions du milieu de vie des espèces vivantes, celles-ci doivent être capables de s'adapter... ou mourir malheureusement.

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Cours : Biologie > Chapitre 1

Leçon 2: La science de la biologie

Les expériences à facteurs contrôlés

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Comment les scientifiques réalisent des expériences et font des observations pour tester leurs hypothèses.

Introduction

Les biologistes comme d'autres scientifiques utilisent la méthode expérimentale pour questionner la nature. La méthode expérimentale commence par une observation, qui conduit le scientifique à poser une question. Il ou elle propose alors une hypothèse, une explication vérifiable qui répond à la question.

Une hypothèse n'est pas nécessairement juste. C'est plutôt la "plus plausible" et le scientifique doit la tester pour vérifier qu'elle est effectivement correcte. Les scientifiques testent les hypothèses en faisant des prédictions : si l'hypothèse

X

est juste, alors

Y

doit être vraie.

Comment tester les hypothèses ?

Quand c'est possible, les scientifiques testent leurs hypothèses avec des expériences contrôlées. Une expérience contrôlée est un test scientifique fait dans des conditions contrôlées, c'est-à-dire qu'un seul (ou quelques-uns) des facteurs est modifié à la fois, pendant que les autres restent constants. Les expériences contrôlées sont présentées plus en détail dans le chapitre suivant.

Parfois, on ne peut pas tester une hypothèse en faisant une expérience contrôlée (pour des raisons pratiques ou éthiques). Dans ce cas, un scientifique peut tester une hypothèse en faisant des prédictions sur les configurations qu'on devrait observer dans la nature si l'hypothèse était correcte. Il ou elle collecte alors les données et regarde si elles suivent ce modèle.

Les expériences contrôlées

Quels sont les ingrédients essentiels d'une expérience contrôlée ? Pour les illustrer, voici un exemple très (voire un peu trop) simple.

On décide de faire pousser des haricots dans la cuisine près de la fenêtre. On met les graines dans un pot avec de la terre qu'on place sur le rebord de la fenêtre, et on attend qu'ils germent. Cependant après plusieurs semaines, il n'y a toujours pas de pousse. Pourquoi ? Et bien... En fait, on avait oublié d'arroser les graines. Donc on émet l'hypothèse qu'elles n'ont pas poussé à cause du manque d'eau.

Pour tester cette hypothèse, on fait une expérience contrôlée. Dans cette expérience, on prend deux pots identiques. Chacun contient 10 graines de haricot plantées dans la même terre et est placé sur la même fenêtre. En fait une seule chose diffère entre les deux pots :

Un pot de graines est arrosé tous les après-midis.
L'autre pot ne reçoit pas d'eau du tout.

Au bout d'une semaine, neuf graines sur dix dans le pot arrosé ont germé, tandis qu'aucune graine du pot sec n'a poussé. Il est donc très probable que l'hypothèse "les graines ont besoin d'eau" soit juste !

Voici un exemple pour illustrer les étapes d'une expérience contrôlée.

Les groupes contrôles et expérimentaux

Il y a deux groupes dans l'expérience qui sont identiques sauf que l'un reçoit un traitement (de l'eau) alors que l'autre non. Le groupe qui reçoit le traitement (ici le pot arrosé) est appelé groupe expérimental, tandis que le groupe qui ne reçoit pas de traitement (ici le pot sec) est appelé groupe contrôle. Le groupe contrôle donne une base de référence qui permet de voir si le traitement a eu un effet ou pas.

Pas nécessairement. En général une expérience contrôlée doit toujours avoir un groupe contrôle comme base de référence. Cependant il peut y avoir plusieurs groupes expérimentaux, chacun ayant un traitement légèrement différent.

Par exemple on peut avoir un groupe contrôle de graines de haricots qui ne reçoivent pas du tout d'eau, et trois groupes expérimentaux : un qui est arrosé tous les jours, un tous les deux jours et un autre une fois par semaine.

Les variables dépendantes et indépendantes

Le facteur qui diffère entre le groupe contrôle et le groupe expérimental (dans ce cas la quantité d'eau) est appelé variable indépendante. Cette variable est indépendante parce qu'elle ne dépend pas de ce qui va arriver dans l'expérience. C'est quelque chose que l'expérimentateur applique ou choisit lui-même.

Les variables indépendantes

Les résultats expérimentaux sont beaucoup plus directement interprétables et analysables quand il y a une seule variable indépendante (un seul facteur qui change à la fois). En règle générale, surtout quand on débute en biologie, il faut se limiter à une seule variable indépendante par expérience.

Une fois qu'on a beaucoup d'expérience en laboratoire et de bonnes bases en statistiques, on peut envisager de faire des expériences avec deux variables indépendantes en même temps. Par exemple, on pourrait vouloir tester comment la quantité d'eau et celle de lumière combinées affectent la germination des graines. Une expérience bien élaborée avec deux variables indépendantes peut démontrer si les variables interagissent (si une modifie les effets de l'autre). Néanmoins les expériences avec plus d'une variable indépendante doivent suivre des protocoles spécifiquement conçus et les résultats doivent être analysés en utilisant un type de tests statistiques adapté pour distinguer les effets des deux variables.

Les variables dépendantes

Avoir plusieurs variables dépendantes est très facile. Pour ajouter une variable dépendante, on choisit simplement une autre valeur à mesurer pour chaque groupe au cours de l'expérience. Par exemple, en plus de mesurer la proportion de graines germées dans chaque pot, on pourrait aussi mesurer la hauteur des pousses. Dans ce cas, les proportions de graines qui auront germé et la hauteur des pousses seraient toutes les deux des variables dépendantes.

Au contraire, la variable dépendante dans une expérience est la réponse qui est mesurée pour voir si le traitement a eu un effet. Dans ce cas la proportion de graines de haricots qui ont poussé est la variable dépendante. La variable dépendante (proportion de graines ayant germé) dépend de la variable indépendante (la quantité d'eau) et non l'inverse.

Les données expérimentales sont des observations faites durant une expérience. Dans ce cas, les données collectées sont le nombre de pousses de haricots dans chaque pot observées au bout d'une semaine.

Variabilité et répétition

Sur dix graines de haricots arrosées, seulement neuf ont germé. Qu'est-il arrivé à la dixième ? Il se peut que cette graine soit morte, mal en point ou juste lente à pousser. II y a souvent une variation dans le matériel utilisé pour une expérience (ici les graines de haricots) que l'expérimentateur ne peut pas voir, en particulier en biologie (qui étudie des choses complexes, les êtres vivants).

Du fait de cette variabilité, les expériences en biologie nécessitent d'avoir un grand nombre d'échantillons et idéalement doivent être répétées de nombreuses fois. La taille de l'échantillon représente le nombre d'éléments individuels testés dans une expérience, ici

10

graines de haricots par groupe. Avec plus d'échantillons et en répétant plusieurs fois l'expérience, on aura moins de chance d'arriver à une fausse conclusion qui serait due à une variation aléatoire.

Les biologistes comme les autres scientifiques utilisent aussi les tests statistiques pour essayer de distinguer les vraies différences de celles dues à la variabilité (ex.: quand on compare un groupe expérimental avec un groupe contrôle).

Étude de cas d'une expérience contrôlée : le ${CO}_{2}$ ‍ et le blanchiment du corail

Pour donner un exemple plus réaliste d'une expérience contrôlée, voici une étude récente sur le blanchiment du corail. Les coraux ont de minuscules organismes qui vivent en eux et le blanchiment apparaît quand ceux-ci quittent le corail, généralement suite à un stress environnemental. La photo ci-dessous montre devant un corail blanchi avec derrière un corail en bonne santé.

Beaucoup de recherches faites sur la cause du blanchiment se sont focalisées sur la température de l'eau

^{1}

. Cependant une équipe de chercheurs australiens a émis l'hypothèse qu'un autre facteur pourrait être tout aussi important. Plus précisément, ils ont testé l'hypothèse qu'une grande quantité de

{CO}_{2}

, qui acidifie l'eau des océans, pouvait aussi induire le blanchiment.

Quel type d'expérience peut-on faire pour tester cette hypothèse ? Il faut penser à :

quels peuvent être les groupes contrôle et expérimental
quelles peuvent être les variables indépendantes et dépendantes
quels résultats peut-on attendre pour chaque groupe

Alors, trouvé ?

Mise en place de l'expérience

L'équipe australienne a collecté de nombreux fragments d'une certaine espèce de corail (Acropora intermedia) de la Grande Barrière de corail. Puis ils les ont répartis en trois groupes, chaque groupe étant mis dans de l'eau à différents

pH

(donc avec un niveau d'acidité différent). Au bout de huit semaines, les chercheurs ont analysé chaque fragment pour voir combien il avait blanchi.

Certains coraux ont été cultivés dans des bacs d'aquarium avec de l'eau de mer normale, qui n'est pas très acide (avec un $pH$ ‍ autour de $8, 2$ ‍). Les coraux contenus dans ces bacs constituaient le groupe contrôle.
Les autres coraux ont été cultivés dans des bacs d'eau de mer rendue plus acide que d'habitude en ajoutant du ${CO}_{2}$ ‍. Un lot était moyennement acide ( $pH$ ‍ d'environ $7, 9$ ‍), tandis que l'autre lot était très acide ( $pH$ ‍ d'environ $7, 65$ ‍). Ces deux groupes constituaient donc les groupes expérimentaux.
Dans cette expérience, la variable indépendante est l'acidité ( $pH$ ‍) de l'eau. La variable dépendante est le degré de blanchiment des coraux.
Les chercheurs ont utilisé un échantillon de grande taille et ont répété leur expérience. Chaque bac contenait $5$ ‍ fragments de corail, et il y avait $5$ ‍ bacs identiques pour chaque groupe (contrôle, moyennement acide, très acide).
Installation expérimentale pour tester les effets de l'acidité de l'eau sur le blanchiment des coraux.
Groupe de contrôle : Les fragments de coraux sont placés dans un réservoir d’eau de mer normale (pH 8,2).
Groupe expérimental 1 : les fragments de coraux sont placés dans un réservoir d’eau de mer légèrement acidifiée (pH 7,9).
Groupe expérimental 2 : les fragments de coraux sont placés dans un réservoir d’eau de mer fortement acidifiée (pH 7,65).
L'acidité de l'eau est la variable indépendante.
Les coraux restent 8 semaines dans les bacs expérimentaux.
Groupe de contrôle : Les coraux sont blanchis d'environ 10 % en moyenne.
Groupe expérimental 1 (acidité moyenne) : Les coraux sont blanchis d'environ 20 % en moyenne.
Groupe expérimental 2 (forte acidité) : Les coraux sont blanchis d'environ 40 % en moyenne.
Le degré de blanchiment du corail est la variable dépendante.

Remarque : aucun de ces bacs n'était "acide" au sens propre. En effet, les valeurs des

pH

étaient tous au-dessus du

pH

neutre de

7, 0

. Cependant les deux groupes expérimentaux étaient modérément et hautement acides pour les coraux par rapport à leur habitat naturel de pleine mer.

Analyse des résultats

Quand les chercheurs ont analysé leurs résultats, ils ont trouvé que les coraux cultivés dans une eau moyennement acide perdaient environ

20 %

de leur couleur, tandis que ceux en eau fortement acide perdaient en moyenne

40 %

de leur couleur. En revanche, les échantillons contrôles pour leur part, perdaient à peine plus de

10 %

de leur couleur.

Cet exemple montre pourquoi il est important d'avoir un groupe contrôle : grâce au contrôle, les chercheurs ont pu savoir que les coraux blanchissaient un peu dans l'eau normale quand on les cultivait dans des bacs, mais blanchissaient encore plus dans l'eau très acide. En appliquant des tests statistiques, les chercheurs ont trouvé que le niveau d'acidité avait un effet significatif sur le blanchiment ( c'est-à-dire que le blanchiment plus important observé dans les bacs expérimentaux ne pouvait pas être attribué au hasard).

Tests d'hypothèse non expérimentaux

Certaines hypothèses ne peuvent pas être testées par des expériences contrôlées pour des raisons pratiques ou éthiques. Par exemple, une hypothèse à propos d'une infection virale ne peut pas être testée en divisant des gens sains en deux groupes et en infectant un groupe : infecter des gens sains ne serait ni sans danger ni éthique. De la même manière, un écologiste qui étudie les effets de la pluie ne pourrait pas faire en sorte qu'il pleuve sur une partie d'un continent et garder l'autre partie sèche comme contrôle.

Dans des cas comme ça, les biologistes doivent tester leur hypothèse avec des tests non expérimentaux. Dans un test non expérimental, un chercheur prédit des observations ou des configurations qui devraient exister dans la nature si l'hypothèse était vraie. Il ou elle collecte et analyse les données, pour vérifier si les profils prédits sont effectivement retrouvés.

Étude de cas : le blanchiment du corail et la température

Un bon exemple de test d'hypothèse basé sur des observations sont les études précoces sur le blanchiment du corail. Comme mentionné plus haut, le blanchiment apparaît lorsque les coraux perdent les micro-organismes qui vivent à l'intérieur, ce qui les fait virer au blanc. Les chercheurs ont pensé qu'une température élevée de l'eau pouvait causer le blanchiment, et ils ont testé cette hypothèse expérimentalement à petite échelle (en utilisant des fragments isolés de corail dans des aquariums)

^{3, 4}

Ce que les écologistes voulaient avant tout savoir cependant, c'était si la température de l'eau causait le blanchiment de nombreuses espèces différentes de corail dans leur milieu naturel. Ils ne pouvaient pas répondre à cette question plus large de manière expérimentale, puisqu'il n'aurait pas été éthique (ou même possible) de changer artificiellement la température de l'eau autour de récifs de corail entiers.

À la place, pour tester l'hypothèse que le blanchiment dans la nature était causé par une augmentation de la température de l'eau, une équipe de chercheurs a écrit un programme informatique pour prédire les apparitions de blanchiment à partir des données de température de l'eau en temps réel. Par exemple, ce programme était capable de prédire le blanchiment d'un récif particulier quand la température dans les environs du récif excédait sa moyenne mensuelle maximum de

1

^{\circ} C

ou plus

^{1}

Le programme informatique fut capable de prédire de nombreux phénomènes de blanchiment des semaines voire des mois avant qu'ils ne soient rapportés, dont un phénomène majeur de blanchiment de la Grande Barrière de corail en 1998

^{1}

. Le fait qu'un modèle basé sur la température puisse prédire les phénomènes de blanchiment appuie l'hypothèse selon laquelle des températures élevées de l'eau induisent le blanchiment observé naturellement dans les récifs coralliens.

Sources :

Cet article est dérivé de "The science of biology," par OpenStax College, Biology (CC BY 4.0). Téléchargement gratuit de l'article original sur http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.4.

L'article modifié est distribué sous une licence CC BY-NC-SA 4.0 .

Travaux cités :

Hoegh-Guldberg, O. (1999). Climate change, coral bleaching, and the future of the world's coral reefs. Mar. Freshwater Res., 50, 839-866. Tiré de www.reef.edu.au/climate/Hoegh-Guldberg%201999.pdf.
Anthony, K. R. N., Kline, D. I., Diaz-Pulido, G., Dove, S., and Hoegh-Guldberg, O. (2008). Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders. PNAS, 105(45), 17442-17446. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0804478105.
University of California Museum of Paleontology. (2016). Misconceptions about science. In Understanding science. http://undsci.berkeley.edu/teaching/misconceptions.php.
Hoegh-Guldberg, O. and Smith, G. J. (1989). The effect of sudden changes in temperature, light and salinity on the density and export of zooxanthellae from the reef corals Stylophora pistillata (Esper, 1797) and Seriatopora hystrix (Dana, 1846). J. Exp. Mar. Biol. Ecol., 129, 279-303. Tiré de http://www.reef.edu.au/ohg/res-pic/HG%20papers/HG%20and%20Smith%201989%20BLEACH.pdf.

Autres références :

Coral bleaching. (28 février 2016). Consulté le 6 mars 2016 sur Wikipédia: https://en.wikipedia.org/wiki/Coral_bleaching

Hassler, M. (19 février 2014). The difference between independent and dependent variables. [Web log post] In Udemy blog. https://blog.udemy.com/difference-between-independent-and-dependent-variables/.

Independent variable. (2004). In LabWrite. https://www.ncsu.edu/labwrite/po/independentvar.htm.

Multiple independent variables. (29 décembre 2012). In Psychology research methods: Core skills and concepts. http://2012books.lardbucket.org/books/psychology-research-methods-core-skills-and-concepts/s12-02-multiple-independent-variables.html.

National Center for Education Statistics. (n.d.). What are independent and dependent variables? Dans Graphing tutorial. extrait de https://nces.ed.gov/nceskids/help/user_guide/graph/variables.asp.

National Ocean Service. (8 octobre 2015). What is coral bleaching? In Ocean facts. http://oceanservice.noaa.gov/facts/coral_bleach.html.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., and Heller, H.C. (2003). Biology is a science. In Life: The science of biology (7th ed., pp. 10-13). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Science practice 3: Questioning scientifically. In Biology (10th ed., AP ed., p. 9). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). In studying nature, scientists make observations and form and test hypotheses. In Campbell biology (10th ed., pp. 16-21). San Francisco, CA: Pearson.

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Didier Roger
Posté il y a il y a 7 ans. Lien direct vers le message de Didier Roger «Est-ce que la mesure in-s ... »
Est-ce que la mesure in-situ du ph et de la température ne serait pas plus rigoureuse pour en tirer des conclusions scientifiques? En effet le fait de casser des moreceaux de corail et les mettre dans un aquarium est déjà en soi un stress suffisant pour provoquer la dégradation du corail?
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- djamale
  Posté il y a il y a 7 ans. Lien direct vers le message de djamale «Je ne comprends pas où es ... »
  Je ne comprends pas où est le problème, ou j'ai mal compris votre question.
  On voit bien que malgré le fait que l'eau du groupe contrôle soit l'eau de mer sans ajout d'acidité il y a perte de coloration, mais cela n'empêche pas le fait que plus l'eau est acide, plus la décoloration est importante.
  Le fait de savoir si découper un morceau de corail est ce qui a provoqué la décoloration dans le groupe contrôle peut être une nouvelle hypothèse, mais y répondre n'est pas obligatoire car cela ne répond pas à la problématique, en parler rapidement devrait suffire.
  Je pense qu'avant de tirer des conclusions suite à une expérience, il ne suffit pas d'utiliser plusieurs échantillons, il faut que l'expérience soit répétée dans d'autres laboratoires par d'autres personnes afin de confirmer les résultats car d'autres causes peuvent intervenir comme de mauvaises mesures ou manipulations par exemple.
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Dillon Guérin
Posté il y a il y a 4 ans. Lien direct vers le message de Dillon Guérin «Est ce que le niveau du p ... »
Est ce que le niveau du ph de l'océan aura un impact non seulement sur le corail mais sur les autres êtres vivants tels que les poissons?
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- Elisabeth
  Posté il y a il y a 7 mois. Lien direct vers le message de Elisabeth «Bien sûr ! Si l'on modifi ... »
  Bien sûr !
  Si l'on modifie les conditions du milieu de vie des espèces vivantes, celles-ci doivent être capables de s'adapter... ou mourir malheureusement.
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Aka FIORONI
Posté il y a il y a 2 ans. Lien direct vers le message de Aka FIORONI «Bonjour, Il y a une erreu ... »
Bonjour,
Il y a une erreur d'orthographe ici :
"les chercheurs ont pu savoir que les coraux blanchissaient un peu dans l'eau normale quand on les cultivaient"
> quand on les cultivait
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kenny
Posté il y a il y a 7 ans. Lien direct vers le message de kenny «nous avons aussi du ph po ... »
nous avons aussi du ph pourquoi ?
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Xavière Brun
Posté il y a il y a 2 mois. Lien direct vers le message de Xavière Brun «Il me semble qu'il y une ... »
Il me semble qu'il y une faute dans l'une des légendes du schéma de dispositif expérimental : il est écrit "Variable dépendante : Blanchissement de l'eau". Ne serait-ce pas plutôt "Blanchissement du corail" ?
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- Enseignant·e KA
  Posté il y a il y a 2 mois. Lien direct vers le message de Enseignant·e KA «Bonjour, Merci beaucoup p ... »
  Bonjour,
  Merci beaucoup pour votre vigilance ! La correction a été faite.
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