ACTION DU SOLEIL SUR LES VEGETAUX VERTS. pôle science 4ème du collège Stockfeld

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1 ACTION DU SOLEIL SUR LES VEGETAUX VERTS pôle science 4ème du collège Stockfeld Problématique : quelle est l action du soleil sur les végétaux verts? Nous avons tenté de mesurer l effet du soleil sur les plantes puis de comprendre comment le soleil agissait sur les plantes à travers une série d expériences. Expérience : Nous avons commencé par cultiver des lentilles, haricots et bambous (2 de chaque dans chaque pot) pendant 5 semaines. Nous avons soumis la moitié des plantes à une exposition à la lumière solaire tout en plaçant l autre moitié à l ombre dans une armoire fermée. Il a fallu marquer chaque pot pour s y retrouver parce que chaque binôme d élèves avait planté des lentilles germées, des haricots et avait son bambou. Nous n avons fait jouer qu un seul facteur en plaçant les végétaux soit à la lumière solaire soit à l ombre. Puis on les a arrosés régulièrement et mesurés une fois par semaine Au fur et à mesure que les plantes poussaient, nous avons pris des mesures des longueurs des tiges, des surfaces des feuilles de haricot ou de bambou en dessinant leur forme et compter le nombre de feuilles par plante. Les données chiffrées ont ensuite été analysées en salle informatique pour en faire des graphiques en utilisant le logiciel Mesurim.

2 Résultats qualitatifs : Lentilles et haricots après une semaine Au soleil à l ombre Lentilles et haricots après 2 semaines Au soleil à l ombre Au soleil Haricots après 3 semaines à l ombre

3 Haricots après 4 semaines Bambous après 4 semaines Après plusieurs semaines, les plantes placées à l'ombre ont beaucoup changé : elles ont perdu leur couleur normale et sont devenues jaunes au niveau des feuilles pour le haricot ou moins vertes chez le bambou Le haricot et les lentilles sont devenus assez grands au niveau de leur tige, mais ils ne produisent que très peu de feuilles à l ombre. En revanche, les plantes placées au soleil sont devenues vertes et se sont bien développées. Elles ont produit beaucoup de grandes feuilles. L action au niveau des bambous est moins évident.

4 longueur en cm longueur en cm nombre de feuille Résultats quantitatifs : Nombre de feuille en fonction du temps Lentille1 soleil (feuille) Lentille1 ombre (feuille) Les lentilles qui ont poussé à la lumière ont produit plus de feuilles que celles qui sont restées dans l ombre 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 temps en semaine longueur de la tige en fonction du temps ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 le temp en semaine Lentille1 soleil (longueur tige) Lentille1ombre (longueur tige) Les lentilles qui ont poussé à la lumière ont des tiges plus courtes que celles qui sont restées dans l ombre. Mais la lentille à l'ombre est beaucoup moins verte que la lentille au soleil longueur en cm des lentilles n temps en semaines Lentille 1 soleil (cm) Lentille 1ombre (cm)

5 longueur en cm surface de haricot longueur en cm longueur en cm des haricots n Haricot 2 soleil (cm) Haricot 2 ombre (cm) La tige des haricots pousse plus vite à l'ombre qu'au soleil, temps en semaines surface de haricot soleil et ombre temps en semaine surface de haricot soleil surface de haricot ombre mais les feuilles de haricot grandissent plus au soleil qu à l ombre surface des bambous temps en semaines bambou soleil (cm) bambou ombre (cm) La surface des feuilles de bambous augmente plus vite au soleil qu à l ombre

6 Ces courbes individuelles ont été reprises en cours de mathématiques pour obtenir des moyennes tenant compte de l ensemble des résultats obtenus dans la classe. Conclusion: La tige des lentilles a grandi plus vite à l'ombre qu'au soleil. Mais elles ont plus de feuilles si elles sont exposées à l a lumière De même, la tige des haricots pousse plus vite à l'ombre mais les feuilles grandissent beaucoup plus vite au soleil. Les feuilles de bambou grandissent un peu plus vite au soleil qu'à l'ombre La lumière solaire a au moins 4 types d actions sur les plantes : elle les aide à produire des feuilles plus nombreuses elle permet une augmentation de la surface des feuilles elle permet à la plante de conserver sa couleur verte (en produisant plus de chlorophylle? en évitant sa dégradation?) Elle freine la croissance de la tige au profit de celle des feuilles (y a t-il compétition entre la croissance de la tige et celle des feuilles?)

7 Approche explicative Pour comprendre comment la lumière du soleil agissait sur les plantes vertes, on a essayé de décomposer la lumière blanche puis de voir comment la plante réagissait vis-à-vis de cette lumière blanche. Problématique : que contient la lumière solaire? Montage : Grâce à un réseau posé sur la lentille d un rétroprojecteur et deux livres nous avons décomposé la lumière blanche. Ensuite nous avons étudié le spectre obtenu avec un filtre vert. Résultats : La lumière blanche se compose de plusieurs radiations de couleurs de l'arc-en-ciel (rouge orange jaune, vert, cyan, bleu, violet) le filtre vert laisse passer seulement sa propre couleur et rien d'autre. Donc, le filtre vert absorbe toutes les radiations de la lumière blanche à l exception de sa propre couleur.

8 Problème : Comment réagit un extrait de chlorophylle brute à la lumière? Maintenant, on veut voir si la chlorophylle verte se comporte comme un filtre vert par rapport à la lumière blanche. Expérience : Nous avons écrasé avec un pilon des feuilles de haricot dans un mortier contenant de l alcool pour en extraire la chlorophylle. Après filtration de la solution verte obtenue, nous avons comparé son action sur la lumière blanche avec celle du filtre vert Résultat : Spectre Filtre vert Chlorophylle brute. Nous avons constaté que la chlorophylle ne réagissait pas comme un filtre vert puisqu elle laisse passer certaines couleurs comme le jaune, le rouge en plus des radiations vertes. Conclusion : La chlorophylle ne se comporte pas comme un simple filtre vert qui absorbe toutes les radiations de la lumière blanche à l exception de sa propre couleur. Comment expliquer que la chlorophylle n absorbe pas les radiations jaunes et rouges comme devrait le faire un objet de couleur verte? Nous avons fait l hypothèse que la solution de chlorophylle verte n est pas homogène (comme le filtre vert) et serait un mélange de plusieurs pigments Pour séparer les constituants d un mélange, nous avons vu en classe de 5eme, une technique appelée la chromatographie.

9 Problématique : Comment démonter que la chlorophylle brute est un mélange? La chromatographie est une technique qui permet de décomposer les constituants d un mélange grâce à une migration d un solvant sur un support en papier ou silice. Expérience On a placé plusieurs gouttes de chlorophylle brute sur un papier buvard dont on a trempé l extrémité dans un mélange de 85% d éther de pétrole, 10%Acétone et de 5% cyclohexane. Nous avons ensuite trempé l extrémité inférieure de la plaque dans le solvant et observé que la tache de la chlorophylle monte vers le haut Sens de migration Résultats Puis, on a vu qu'il y avait plusieurs couleurs qui se séparaient progressivement dans l extrait de chlorophylle dont les différents constituants sont jaune, vert clair et vert foncé. Conclusion : La chlorophylle brute est un mélange de pigments de couleur vert clair, vert foncé, jaune et orange

10 Conclusion La chlorophylle est une matière organique produite par la plante verte exposée au soleil et qui se compose de plusieurs pigments autre que ceux qui sont verts La présence de ces pigments explique que la chlorophylle brute laisse passer les radiations vertes, mais aussi jaunes et rouges de la lumière blanche. On en déduit que la chlorophylle brute absorbe de préférence les radiations de couleur violettes, bleu, cyan. Mais pour quoi faire?? Problématique : que fabrique la plante verte avec les radiations du soleil qu elle absorbe? Expérience Sur des plants de géranium partiellement à l obscurité (voir photo ci-dessous) Après un bain dans l eau bouillante pour ramollir les feuilles puis dans l alcool bouillant pour dissoudre la chlorophylle

11 la présence de matière organique a été mise en évidence grâce à l eau iodée (déjà vu en classe de 6 ème ). Les feuilles de géranium ont donc été trempées dans l eau iodée pour mettre en évidence la présence d amidon Résultats Après un lavage dans l eau courante, une différence apparaît entre les deux moitiés d une même feuille Partie de la feuille exposée à la lumière Partie de la feuille à l obscurité Conclusion Les végétaux chlorophylliens utilisent une partie de la lumière solaire pour la synthèse de leurs matières organiques (amidon ). Ils assurent ainsi un transfert de l énergie solaire en énergie chimique utilisable par tous les consommateurs primaires (végétariens).

12 VISITE DU CNRS La classe de 4 ème 5 du collège Stockfeld a été accueillie au CNRS le 6 février dernier pendant une demi-journée, grâce à une collaboration établie avec un chercheur de l IBMP, Andréa Hemmerlin. La problématique visant à comprendre comment les végétaux utilisent l énergie solaire pour se développer, l Institut de Biologie Moléculaire des Plantes de Strasbourg a accepté de nous épauler dans cette démarche. Comment le CNRS a t-il contribué à l avancée du projet expérimental? Les collégiens ont commencé en septembre dernier des cultures de différentes plantes exposées ou non à la lumière. Pour expliquer leurs résultats, ils ont utilisé différentes techniques avec le matériel présent au collège. Les ateliers menés à l IBMP ont permis de refaire ces expériences ou de les compléter en disposant de matériel plus sophistiqué - Chromatographie sur couche mince (au lieu de papier buvard ) Atelier 2 - Décomposition de la lumière à l aide d un prisme (au lieu du rétroprojecteur) Atelier 3 - Culture sur gélose dans des conditions stériles sous hotte à flux laminaire (au lieu de culture dans la terre) Atelier 4 - Utilisation de microscopes confocal ou électronique (et non optique) Atelier 5 ou 1 L IBMP permet d élargir la problématique en s intéressant aux feuilles rouges et jaunes de l automne (et pas seulement vertes) La visite de l IBMP a permis une ouverture au monde de la recherche en permettant : - Une meilleure connaissance des métiers de la recherche (formation à l orientation) Atelier 1 - La rencontre avec des doctorants anglophones (incitation à maîtriser cette langue) Atelier 1 - Une sensibilisation aux mesures d hygiène (lors de la mise en culture) Atelier 4 Enfin, de retour au collège, les élèves ont rédigé un compte-rendu qui a été remis au CNRS. Conclusion : Grâce à des activités pratiques, la visite au CNRS représente une approche complémentaire à notre problématique tout en permettant une éducation à l orientation grâce à des rencontres avec des chercheurs et des étudiants.

13 Article paru dans le 7 Neuhof Neudorf Meinau du jeudi 9 février 2012

14 Fabrication d un détecteur d humidité en cours de TECHNOLOGIE Les plantes vertes sont à la base de toute chaîne alimentaire car ce sont des êtres vivants qui ont la propriété de fabriquer leur propre matière organique à partir de la lumière solaire grâce à la photosynthèse. Etudier comment les plantes vertes utilisent la lumière solaire est important pour comprendre comment l énergie lumineuse est transformée en énergie chimique par les êtres vivants autotrophes. La survie de ces êtres vivants dépend de certains paramètres physiques de leur milieu de vie dont le degré d humidité. En cours de technologie, les élèves essaient de confectionner un objet technique nommé «SOS plante» qui fonctionne sans pile. Ce capteur signale la sècheresse du sol en actionnant une alarme sonore et prévient de cette manière, du besoin en eau de la plante. 1- l énergie solaire comme source d énergie Grâce à une sonde implantée dans le sol, près des racines des végétaux plantés dans la terre, le degré d humidité du sol est en permanence sous surveillance. Si la sonde est sèche, le sol est aride et un signal sonore est émis. Si la sonde est mouillée, le sol est humide et aucun signal sonore n est émis. Le capteur d humidité convertit l énergie lumineuse en énergie électrique grâce à des photopiles au silicium qui génèrent un courant continu. 2- Critères retenus pour le choix du détecteur Prix : pas cher Solidité : Pas de composants fragiles, risque de détérioration. Maintenance : Pas de composants qui s usent à changer Complexité : le moins de composants possible. Efficacité : avertir l utilisateur par un signal sonore.

15 3- Schéma fonctionnel du détecteur Dans les photopiles au silicium amorphe, la lumière traverse la couche de verre ainsi que l électrode transparente et se transforme en énergie électrique dans le silicium. Ces générateurs de courant continu fournissent des tensions de quelques volts dont l intensité varie en fonction de la taille de la photopile. Bzzzzz Bzzzz Cellule Solaire Sel 1 Interrupteur Commande T1 Générateur De mélodie CI 1 Transducteur Piézzoélectrique BZ 1 Sonde Terre trop sèche 4- Schéma structurel

16 5- Réalisation A partir des différents composants suivants : boîtier circuit imprimé photopile Tube pour la sonde sonde buzzer Les élèves ont réalisé en atelier les différentes phases de fabrication du détecteur d humidité qui sont : 1) Test de continuité du circuit imprimé En utilisant un Ohmmètre, les élèves testent la continuité de chaque piste du circuit imprimé Circuit imprimé multimètre

17 2) Puis ils ont effectué le perçage du circuit imprimé avec une miniperceuse 3) Implantation et soudure des composants avec un fer à souder a e d b c Le transistor (a), le circuit intégré et son support (b), la résistance ajustable (c), le résistor (d) et le condensateur (e) sont positionnés correctement (implémentés) avant soudure Résultat après soudure Les composants sont placés sur le circuit imprimé au bon endroit puis soudés après avoir effectuer les contrôles (emplacement et sens pour les composants polarisés)

18 Côté composant et côté soudure sur un même circuit imprimé même les filles se mettent à la soudure..

19 4) Réalisation des câblages nécessaires Les câbles du capteur solaire (cellule), de la sonde et du buzzer sont fixés sur le composant et sur le circuit imprimé 5) Traçage et perçage du boîtier avec une perceuse en utilisant des forets de diamètres de 3 mm, 5mm et 12 mm

20 6) Assemblage des pièces pour fermer le boîtier et test de fonctionnement Pour chaque détecteur fabriqué un test de fonctionnement est réalisé, ce test permet de faire le réglage nécessaire afin de rendre le son audible. Au secours, J ai soif.. Bzzzzz Bzzzz

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