TP virtuel quadrats : estimer l'effectif d'une population
Mis à jour le 2026-10-06
Ce TP virtuel quadrats correspond au TP obligatoire d'AQA GCSE Biology sur les études de terrain. Les élèves posent des quadrats au hasard pour estimer la population d'une espèce végétale, puis réalisent un transect en bande de l'ombre d'un bois jusqu'au plein soleil, pour voir comment la lumière modifie la répartition des espèces. Contrairement à un vrai champ, la simulation affiche aussi l'effectif réel. Les élèves voient à quel point leur estimation est proche, et comment le nombre de quadrats et la répartition en touffes d'une espèce influent sur la fiabilité. Elle fonctionne un jour de pluie, en hiver ou comme entraînement avant une vraie sortie de terrain.
Liens avec les programmes
- AQA GCSE Biology 4.7.2.1 (levels of organisation) et son TP obligatoire : mesurer l'effectif d'une espèce commune dans un milieu, et utiliser l'échantillonnage pour étudier l'effet d'un facteur sur la répartition d'une espèce. C'est aussi un TP obligatoire en Combined Science: Trilogy.
- NGSS HS-LS2-2 (standard américain) : utiliser des représentations mathématiques pour appuyer des explications sur la biodiversité et les populations.
Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.
Avant le TP (5 min)
Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction, sur papier ou comme question 1 du lien de classe :
« Une ligne de quadrats va de l'ombre profonde d'un bois jusqu'au plein soleil. Comment le nombre de pâquerettes par quadrat va-t-il évoluer le long de cette ligne ? »
La plupart des élèves répondent « plus au soleil », mais certains s'attendent à un maximum au milieu, ou à aucune tendance. Demandez-leur de nommer le facteur abiotique qui change le long de la ligne.
Protocole dans la simulation
Le champ mesure 20 m × 12 m (240 m²). Il contient des pâquerettes, des pissenlits en touffes, du plantain, des fougères et de l'herbe. Tous les nombres ci-dessous concernent le champ affiché à l'ouverture de la simulation. Nouveau champ en génère un autre : dites aux élèves de ne pas appuyer dessus avant d'avoir fini.
Partie A : estimer la population avec des quadrats au hasard
- Réglez Milieu sur De l'ombre du bois au plein soleil, Échantillonnage sur Au hasard, Espèce à estimer sur Pâquerette.
- Réglez Côté du quadrat sur 2 m et Nombre de quadrats sur 40. Appuyez sur Échantillonner automatiquement.
- Notez la moyenne par quadrat et le N estimé, calculé par N = moyenne par quadrat × 240 m² ÷ 4 m².
- Appuyez sur Effacer les quadrats et recommencez deux fois. Faites ensuite de même avec Pissenlit.
| Espèce | Essai | Moyenne par quadrat | N estimé | Effectif réel |
|---|---|---|---|---|
| Pâquerette | 1 / 2 / 3 | |||
| Pissenlit | 1 / 2 / 3 |
Partie B : transect en bande
- Réglez Échantillonnage sur Le long d'un transect, Côté du quadrat sur 2 m, Nombre de quadrats sur 10, et appuyez sur Échantillonner automatiquement. Les dix quadrats se touchent : ils forment une bande de 0 à 20 m.
- Passez l'Espèce à estimer de Pâquerette à Fougère et notez le nombre dans chaque quadrat.
| Distance (m) | 0–2 | 2–4 | 4–6 | 6–8 | 8–10 | 10–12 | 12–14 | 14–16 | 16–18 | 18–20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pâquerettes | ||||||||||
| Fougères |
Résultats attendus
Partie A. Les effectifs réels sont de 141 pâquerettes et 142 pissenlits. Sur 200 essais de 40 quadrats de 2 m au hasard, les estimations pour la pâquerette se situaient le plus souvent entre 104 et 179. Les estimations pour le pissenlit étaient bien plus dispersées, de 80 à 269, car les pissenlits poussent en touffes. Un quadrat tombe sur une touffe ou la rate. Avec des quadrats de 1 m, l'estimation pour la pâquerette se stabilise quand le nombre de quadrats augmente : la dispersion (écart-type) était de 84 plantes avec 5 quadrats, 53 avec 10, 41 avec 20 et 32 avec 40.
Partie B. Le transect n'est pas aléatoire : chaque classe obtient donc ces nombres :
| Distance (m) | 0–2 | 2–4 | 4–6 | 6–8 | 8–10 | 10–12 | 12–14 | 14–16 | 16–18 | 18–20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pâquerettes | 0 | 0 | 1 | 2 | 2 | 3 | 5 | 2 | 1 | 7 |
| Fougères | 9 | 1 | 4 | 5 | 3 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
Les trois quadrats à l'ombre contiennent 14 fougères et 1 pâquerette, et les trois quadrats au soleil 0 fougère et 10 pâquerettes. Les nombres varient beaucoup d'un quadrat à l'autre, mais la tendance est nette. L'indice de Simpson calculé à partir des quadrats vaut 0,32 sous les arbres et 0,66 à la fois à la mi-ombre et en plein soleil.
Questions pour les élèves
- (Prédiction, reposée après le TP) Comment le nombre de pâquerettes par quadrat évolue-t-il de l'ombre vers le soleil ?
- Dans le transect, quelle est la variable indépendante ?
- Avec 40 quadrats de 2 m au hasard, quelle est votre estimation de la population de pâquerettes ?
- Quelle affirmation correspond aux données du transect pour les pâquerettes et les fougères ?
- Pourquoi les estimations pour le pissenlit varient-elles plus que celles pour la pâquerette, et comment rendre une estimation plus fiable ?
Réponses pour l'enseignant : (1) Il augmente vers le soleil. (2) La distance le long du transect, qui représente le niveau de lumière. (3) Toute valeur de 95 à 195 (effectif réel 141). (4) Les fougères sont les plus nombreuses à l'ombre et absentes en plein soleil ; les pâquerettes montrent la tendance inverse. (5) Les pissenlits poussent en touffes : chaque quadrat tombe sur une touffe ou la rate. Utilisez plus de quadrats, placez-les à des coordonnées tirées au hasard, puis répétez et faites la moyenne.
Idées fausses fréquentes
- « L'estimation devrait être égale à l'effectif réel. » L'échantillonnage comporte toujours une erreur. Le but est une estimation assez proche pour comparer des milieux.
- « Il faut poser le quadrat là où sont les plantes. » Choisir les emplacements fausse l'estimation. Touchez le champ pour poser des quadrats à la main et comparez le résultat avec un placement au hasard.
- « Un transect donne l'effectif de la population. » Un transect montre comment une espèce est répartie. Il n'est pas aléatoire : il ne faut pas l'extrapoler à tout le champ.
Prolongement
- Choisissez Prairie avec un sentier piétiné et faites le même transect de 2 m à travers. Le plantain atteint son maximum sur le sentier (4 et 6 plantes dans les deux quadrats du sentier), tandis que les pâquerettes y tombent à 0 et 2. Demandez quelle espèce supporte le piétinement, et pourquoi.
- Comparez la taille des quadrats : 40 quadrats de 0,5 m contre 40 quadrats de 2 m. Lequel donne l'estimation la plus stable, et combien cela coûte-t-il en temps sur le terrain ?
Questions fréquentes
Pourquoi mes élèves obtiennent-ils des estimations différentes ?
Les quadrats au hasard tombent à des endroits différents à chaque fois : chaque estimation est donc différente. C'est tout l'intérêt : rassemblez les résultats de la classe et comparez leur dispersion avec l'effectif réel.
Pourquoi le transect donne-t-il les mêmes nombres à tout le monde ?
Les quadrats du transect sont à des distances fixes le long de la ligne, et le champ reste le même tant que personne n'appuie sur Nouveau champ. La partie B est donc facile à vérifier.
Puis-je l'utiliser à la place d'une vraie sortie de terrain ?
Utilisez-le pour enseigner la méthode et les calculs. Si votre programme exige une sortie sur le terrain, c'est une bonne répétition : les élèves arrivent en sachant pourquoi les quadrats doivent être placés au hasard.
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