Mise en situation et recherche à mener

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1 Fiche sujet candidat (1/2) Mise en situation et recherche à mener Les variations climatiques de la planète sont associées à des modifications de la composition de son atmosphère en gaz à effet de serre. Le CO 2 est un gaz à effet de serre et l augmentation de sa concentration dans l atmosphère, mesurée depuis 1880, provoque un réchauffement climatique. Des études ont montré que chez le Ginkgo biloba, espèce qui existe depuis environ 200 millions d'années, le nombre de stomates par unité de surface varie en fonction de la teneur en CO 2 atmosphérique. On cherche à savoir si le nombre de stomates chez le Ginkgo biloba dépend de la concentration en CO 2 de l atmosphère. Une telle relation actuelle de causalité permettrait en effet d utiliser cette méthode pour évaluer les concentrations en CO 2 atmosphérique du passé à partir du nombre de stomates des feuilles de Ginkgo fossiles. Ressources L indice stomatique (IS) correspond au nombre de stomates (S) dénombré sur la face inférieure des feuilles par rapport au nombre total de cellules de cet épiderme, c est-àdire la somme des cellules non chlorophylliennes (CNC) et des stomates (S). Il est exprimé en % Les stomates sont des structures formées de deux cellules stomatiques délimitant une ouverture appelée ostiole. Ils sont situés dans l épiderme de la feuille entre les cellules épidermiques non chlorophylliennes. Ces structures permettent les échanges gazeux avec l atmosphère, en particulier l absorption du CO 2 atmosphérique. Important : Les deux cellules stomatiques constituent un seul stomate. Elles ne comptent donc que pour une unité, dans le calcul de l indice stomatique. Feuille de Gingko biloba actuel Stomate dans l épiderme d une feuille de Ginkgo biloba actuel : microscope optique x 600 Matériel biologique : - plant de Ginkgo actuel Matériel envisageable : - de laboratoire (verrerie, instruments ) - d observation (microscope, loupe binoculaire ) - de mesure et d expérimentation (balance, chaine ExAO ) - informatique et d acquisition numérique Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème (durée maximale : 10 minutes) Proposer une démarche d investigation permettant de savoir si l indice stomatique du Ginkgo biloba actuel est lié ou non à l augmentation de la concentration en CO 2 de l atmosphère. Appeler l examinateur pour vérifier votre proposition et obtenir la suite du sujet. Votre proposition peut s appuyer sur un document écrit (utiliser les feuilles de brouillon mises à votre disposition) et/ou être faite à l oral.

2 Fiche sujet candidat (2/2) Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables Mettre en œuvre le protocole de mesure de l indice stomatique afin de montrer si l indice stomatique du Ginkgo biloba actuel est lié ou non à l augmentation de la concentration en CO 2 de l atmosphère. Appeler l examinateur pour vérifier le résultat et éventuellement obtenir une aide. Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer Sous la forme de votre choix, traiter les données fournies lors de la mise en œuvre du protocole pour les communiquer. Répondre sur la fiche-réponse candidat, appeler l'examinateur pour vérification de votre production. Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème Exploiter les résultats pour déterminer si la mesure de l indice stomatique du Ginkgo biloba permet de valider cette méthode pour évaluer de manière fiable les concentrations en CO 2 atmosphérique du passé. Répondre sur la fiche-réponse candidat.

3 Fiche-protocole - candidat Matériel disponible et protocole d'utilisation du matériel Matériel biologique : - une feuille de Ginkgo actuel Matériel pour observation microscopique : - microscope - lames - lamelles - vernis à ongle transparent - pince fine - aiguille montée - pissette d eau Matériel pour réalisation d un graphe : - fichier tableur avec des données de laboratoire : indices stomatiques établis en laboratoire sous atmosphère dont on a fait varier la concentration en CO 2 - tableur-grapheur : Open-office ou Excel et sa fiche technique Mesurer l indice stomatique actuel du Ginkgo biloba : 1. enduire la face inférieure de l épiderme de vernis à ongle transparent. 2. retirer le film de vernis une fois celui-ci sec (empreinte). 3. observer cette empreinte au microscope (préparation microscopique). 4. Calculer l'indice stomatique de la feuille. Compléter les données du fichier tableur, sachant que la valeur actuelle de la concentration atmosphérique en CO 2 est de 370 ppmv : - Indices stomatiques mesurés au laboratoire sous atmosphère contrôlée en CO2 (teneur en ppm = parties par million en volume)

4 Fiche barème d évaluation curseur Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème Niveau A = Niveau B auquel on ajoute : - relation de causalité entre la variation de la concentration en CO 2 de l air et la valeur de l indice stomatique mesuré - variation prévue : moins de stomates si plus de CO 2 atmosphérique Niveau B = niveau C auquel on ajoute : - toute proposition de mesure de l'indice stomatique après expérimentation faisant varier la concentration en CO 2 (dans différentes enceintes de culture) Niveau C : - Idée de mesurer l indice stomatique de feuilles de Ginkgo biloba (éventuellement sur des arbres différents) mais n envisage pas une maîtrise de la concentration en CO 2 Stratégie opérationnelle : Le candidat propose une stratégie de résolution rigoureuse, réalisable au laboratoire en accord avec le problème. Le candidat précise ce qu il s attend à obtenir. Stratégie presque opérationnelle : Le candidat propose une stratégie de résolution suffisamment rigoureuse qui répond au problème posé mais ne précise pas ce qu il s attend à obtenir. Stratégie peu opérationnelle : Le candidat propose une stratégie de résolution réalisable au laboratoire mais insuffisamment rigoureuse ou incomplète pour répondre au problème posé A B C Non cohérent Stratégie non opérationnelle ou absente. D Gestion de l outil : Aide mineure : pour "débloquer" - indiquer au candidat quelle est la face inférieure de la feuille de Ginkgo - remarques orales ou conseils - le rangement du poste de travail est comptabilisé comme une aide mineure. Aide majeure : - fiche de procédure détaillée - l'examinateur réalise le geste à la place du candidat - l examinateur donne un document de secours Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables Obtention de résultats exploitables : Aide mineure : remarques orales ou conseils Aide majeure : l examinateur oriente le candidat vers le documentsecours Le candidat met en œuvre le protocole de manière satisfaisante (maitrise du matériel, respect des consignes et gestion correcte du poste de travail), seul ou avec une aide mineure. Il obtient des résultats exploitables. Le candidat met en œuvre le protocole de manière satisfaisante mais avec des aides mineures répétées. Il obtient des résultats exploitables. Le candidat met en œuvre le protocole de manière correcte mais avec une aide majeure. Il obtient des résultats exploitables. Le candidat met en œuvre le protocole de manière approximative ou incomplète malgré toutes les aides apportées. Il n obtient pas de résultats exploitables. Un document de secours est indispensable. A B C D

5 Respect des règles inhérentes au mode de communication choisi : Dessin, image numérique, schéma, tableau, diagramme, Présenter les résultats pour les communiquer. Le candidat présente un résultat compréhensible, complet et exact, qui respecte les règles de communication. A Exactitude et exhaustivité des éléments de commentaire associés : - Localisation des stomates (face inférieure de feuille de Gingko) - indication de ce qui a permis de les repérer et de les compter - Valeur actuelle de l IS et unité - Tableau complété par la valeur mesurée - graphique IS (%) = f (pco 2) Le candidat présente un résultat compréhensible, complet et exact, mais qui ne respecte pas les règles de communication. Le candidat présente un résultat peu compréhensible et/ou incomplet et/ou inexact. B C Le candidat présente un résultat incompréhensible. D Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème Niveau A = niveau B auquel on ajoute : - le candidat valide la méthode en montrant la relation entre l'indice stomatique et la concentration en CO 2 de l'atmosphère Le candidat utilise de manière satisfaisante (pertinente, complète, exacte et critique) les informations tirées des résultats obtenus pour apporter une réponse au problème posé. A Niveau B = niveau C auquel on ajoute : - le candidat complète le tableur sans conclure à la relation entre indice stomatique et concentration en CO 2 Niveau C : - le candidat mesure l'indice stomatique mais ne complète pas le tableur Le candidat exploite de façon satisfaisante les résultats mais ne répond pas au problème posé. Le candidat exploite les résultats de façon non satisfaisante qu'il y ait ou non référence au problème posé. B C Non cohérent. Le candidat n'exploite pas les résultats de façon satisfaisante et ne répond pas au problème posé. D

6 Fiche laboratoire et évaluateur 1/2 Prescriptions Autorisations Blouse Gants Lunettes Calculatrice Papier brouillon Oui Non Non Oui fournie Fourni Données complémentaires pour l étape 2 : Matériel par poste : - Matériel biologique : Une feuille de Ginkgo actuel - Matériel pour observation microscopique : Microscope Lames - lamelles - pince fine - aiguille montée - pissette d eau vernis à ongle transparent (choisir un vernis à séchage rapide) - Éventuellement : matériel pour réalisation du graphe : un fichier tableur avec les données établies en laboratoire + un logiciel (OpenOffice/LibreOffice ou Excel) et sa fiche technique - Éventuellement : matériel pour capture d image Caméra ou appareil photographique numérique + fiche technique - Matériel pour comptage numérique : logiciel MESURIM et sa fiche technique - Les fiches techniques sont à télécharger sur le site vérifier la compatibilité de la fiche technique et de la version du logiciel Si le candidat souhaite utiliser MESURIM pour réaliser son comptage, accepter ce mode de comptage même si l utilisation de ce logiciel n entre pas dans l évaluation. Fournir la fiche technique. Aide mineure : - Remarques orales ou conseils : o indiquer au candidat quelle est la face inférieure de la feuille de Ginkgo (sans retirer de points). o Utilisation de fonctionnalités de Mesurim ou du tableur qui n entrent pas dans l évaluation Aides majeures : - Le candidat demande la fiche protocole détaillé pour la réalisation de l empreinte foliaire - L examinateur réalise le geste à la place du candidat. - L examinateur donne un document de secours - L examinateur intervient pour imposer au candidat les conditions de travail et les règles de sécurité A la fin de l étape 2, l évaluateur doit s assurer que le candidat possède l ensemble des informations nécessaires pour les étapes suivantes : la valeur de l indice mesuré pour le Ginkgo doit être entre 6,5 et 9,5.

7 Fiche laboratoire et évaluateur 2/2 Données complémentaires pour l étape 3 : Dans le fichier tableur : - la feuille ʺ13_ECE_63_fichierExcel_candidatʺ concerne le candidat - la feuille ʺ13_ECE_63_fichierExcel_secoursʺ est le document secours Remarque : On attend plutôt une réponse sous forme de nuage de points, mais si le candidat présente uniquement le tableau complété, il devra montrer que les valeurs trouvées ce jour ne modifient pas (ou peu) la pente de la droite trouvées sans ces valeurs. Aide mineure : - s il remplit le tableau avec les deux valeurs, lui dire qu on attend des précisions - Aide à l utilisation du tableur pour obtenir une représentation graphique - Les résultats du comptage sont variables selon la zone sélectionnée par le candidat : les valeurs trouvées peuvent être éloignées des valeurs attendues. - Accepter les possibilités d erreur de mesure de l indice stomatique en fournissant un document de secours sans pénaliser le candidat. - Accepter une présentation des résultats sous la forme d une photographie numérique de l observation microscopique, bien légendée, mais associée au calcul de l indice. Dans ce cas donner les résultats graphiques pour répondre à la question 4 sans pénalité. Aide majeure : - Si aucune forme de communication acceptable, donner les résultats graphiques du document secours pour que le candidat puisse répondre à la question 4

8 Fiche procédure détaillée Aide majeure Réalisation d une empreinte d épiderme foliaire 1- Recouvrir avec une couche de vernis à ongle ou deux couches successives (sans laisser sécher la première) une surface d environ 1 cm 2 de la face inférieure (reconnaissable à son aspect plus «mat») d une feuille fraîche de Ginkgo. 2- Laisser sécher. 3- Décoller doucement le film obtenu à l aide d une pince fine en commençant par les bords. 4- Poser le film à plat sur une lame dans une goutte d eau. 5- Recouvrir d une lamelle et observer.

9 Document de secours :

10 Tableau excel à compléter puis à présenter sous forme de graphe : Relation entre le taux de CO 2 et l indice stomatique de feuilles du Ginkgo biloba D après Royer et al (2001, Science, 292 : ) Ces résultats on été obtenus au laboratoire sous atmosphère contrôlée en CO 2. La teneur en CO2 est mesurée en ppmv (parties par million en volume) La relation entre l indice stomatique et le taux de CO 2 atmosphérique semble être assimilable à une droite. Données de laboratoire PCO2 (ppmv) Indices stomatiques (%) , , , , , A COMPLETER D APRES VOS MESURES