«Lumière sur les pigments»

«Lumière sur les pigments» Pourquoi les feuilles des plantes sont-elles vertes en été et rouges en automne? Comment un caméléon fait-il pour changer de couleur? Que voit un daltonien? Pourquoi les cheveux blanchissent-ils avec l âge? D où vient l oxygène qu on respire? Pourquoi les flamants sont-ils roses? Qu est-ce qu une lumière monochromatique? S il y a une lumière «visible», qu est-ce que la lumière invisible? Autant de questions simples et complexes à la fois qui trouveront des explications scientifiques démontrées en direct lors de notre activité «Lumière sur les pigments». L atelier consiste en une série d expériences simples et amusantes qui permettront de mieux comprendre l importance de ces mystérieuses molécules colorées qui existent dans le monde vivant depuis que la vie a fait son apparition sur la terre. Les aspects chimique, physique et biologique seront intégrés pour une compréhension globale de la question. 4 ateliers thématiques sont proposés : 1. La lumière / lumière polychromatique 2. La vision des couleurs / source d information pour l homme 3. Les pigments végétaux, source d énergie / la photosynthèse chlorophyllienne 4. Les pigments animaux, source de protection Les informations reprisent ci-dessous viennent compléter et expliquer le dossier à remplir par l élève au fil des expérimentations I. Introduction Question 1 : Pourquoi les feuilles des végétaux sont-elles vertes en été et rouges en automne? Les végétaux produisent différents pigments. Le pigment le plus abondant est la chlorophylle qui donne la couleur verte des végétaux. Elle permet aux végétaux de capter l énergie lumineuse afin de réaliser la photosynthèse. La plante produit également d autres pigments de couleurs rouge-orangé : les caroténoïdes. Ceux-ci ont un rôle de protection de la cellule contre les rayonnements solaires mais également un rôle d aide à la chlorophylle pour la photosynthèse. En automne, la synthèse de chlorophylle s arrête et la chlorophylle disparait progressivement pour laisser apparaitre les caroténoïdes habituellement masqués. 1

Question 2 : Comment un caméléon fait-il pour changer de couleur? Certaines espèces de caméléons ont la capacité de changer de couleur assez rapidement. Ces caméléons possèdent des cellules particulières : les chromatophores. Il s agit de cellules produisant des pigments. Sous contrôle hormonal, les pigments produits par ces cellules peuvent changer de couleur et d intensité. Le caméléon possède quatre types de pigments : noir, bleu, rouge et jaune. Ce caractère avait au départ un rôle dans la communication (signaux de danger, d agressivité ) mais sert également au caméléon à se camoufler. Question 3 : Que voit un daltonien? L œil humain permet de détecter la lumière grâce à des cellules particulières : les cônes et les bâtonnets. Les cônes servent principalement à la détection des couleurs alors que les bâtonnets servent à détecter les contrastes et les niveaux de gris. Chez les daltoniens, certains cônes sont déficients et ne permettent pas de distinguer efficacement les couleurs. Les images présentées à droite, laissent apparaitre des chiffres en vert sur un fond rouge pour une personne ayant une vision normale, alors qu aucun chiffre n est visible pour un daltonien. Question 4 ; Pourquoi les cheveux blanchissent-ils avec l âge? Le blanchiment des cheveux ou canitie, est un processus naturel, héréditaire apparaissant à des âges variables selon les personnes. La couleur des cheveux est due à l action de cellules particulières : les mélanocytes qui produisent un pigment : la mélanine. Les cheveux humains ont une durée de vie de 3 à 7 ans et possèdent à leur base des mélanocytes leur donnant leur couleur. Une fois le cheveu mort, de nouveaux mélanocytes doivent être produits pour permettre la coloration des futurs cheveux. Au bout d un certain temps, le stock de cellules souches, donnant les futurs mélanocytes, fini par s épuiser et les nouveaux cheveux sont produits sans coloration. 2

II. La lumière Les objets se dévoilent une fois qu ils sont éclairés par de la lumière visible. Mais qu est-ce que la lumière? Celle-ci est une onde qui peut se propager dans le vide, mais qui peut aussi se propager dans la matière à l image des ondelettes à la surface de l eau qui vient d être perturbée par le lancer d un caillou ou encore par l agitation du pied. La lumière blanche qui nous vient du soleil ou encore celle émise par une lampe, est constituée de plusieurs ondes (voire une infinité d ondes) qui peuvent être mises en évidence au moyen d un prisme, par réfraction (déviation) ; chacune de ces ondes étant réfractée différemment.. A chacune de ces ondes, correspondent une couleur et une longueur d onde. La longueur d onde est la distance qui sépare 2 maxima successifs, soit 2 crêtes successives ou 2 creux successifs. 3

Les lumières rouges sont celles qui présentent les longueurs d onde les plus grandes, et les lumières bleues présentent des longueurs d ondes plus petites. Ce sont ces ondes bleues qui transportent également les quantités d énergie plus élevées pour le visible. L énergie transportée peut être absorbée par la matière en tout ou en partie. Si la totalité de l énergie transportée est absorbée, l objet paraitra noir. Au contraire, si l énergie n est pas du tout absorbée, l objet paraitra blanc dans le cas d une lumière blanche. Il arrive plus souvent que seule une partie de ces lumières visibles soient absorbées, et l autre partie des lumières visibles est alors réfléchie et donne ainsi sa couleur à la matière, aux objets. 4

La lumière visible n est qu une partie du spectre des ondes électromagnétiques, les autres ondes d énergie plus faible ou plus élevée ne sont pas visibles, mais interviennent dans d autres phénomènes. III. Les pigments Les pigments sont définis comme des molécules absorbant une partie de la lumière et qui renvoie la lumière non absorbée. Sur l image ci-dessous, les pigments verts (chlorophylle) de la feuille absorbent toutes les longueurs d ondes de la lumière visible sauf le vert qu ils renvoient. La feuille nous apparait ainsi verte. Lumière visible Les pigments sont de natures diverses et peuvent avoir plusieurs fonctions. Il est possible de classer ces fonctions en trois catégories : Information, énergie et protection. 5

III. a. Les pigments et l information : Les pigments peuvent jouer un rôle dans le partage d une information. Chez les animaux, ils peuvent aider au camouflage de certaines espèces ou à l inverse les parer de couleurs vives pour indiquer leur dangerosité. Ils peuvent également intervenir dans les parades nuptiales dont l exemple le plus spectaculaire est le paon mâle. Chez les végétaux, les pigments peuvent servir à attirer les insectes pollinisateurs sur les fleurs, à donner une information sur le murissement des fruits (comme chez la framboise) mais ils peuvent également indiquer une dangerosité comme sur les baies de l if. Le but de ces pigments sera de faire apparaitre un contraste important avec l environnement via des couleurs soutenues et vives. III. b Les pigments et l énergie Principalement chez les végétaux, les pigments peuvent jouer un rôle dans l apport d énergie. La chlorophylle sert à capter l énergie lumineuse et à l utiliser pour réaliser la photosynthèse. A l aide d énergie lumineuse, la plante sera capable d accumuler de l énergie afin de synthétiser du sucre à partir de dioxyde de carbone et de molécules d eau. Cette étape est appelée photosynthèse, et entraine le rejet de molécules d oxygène. Ces pigments absorbent la lumière et accumulent cette énergie pour l utiliser pour d autres fonctions. 6

III. c. Les pigments et la protection : Chez l être humain, mais également chez d autres animaux ainsi que chez les végétaux, les pigments peuvent avoir un rôle de protection. Les rayons du soleil contiennent, entre-autre, des rayons U.V. nocifs pour nos cellules. Afin de protéger le corps contre une trop forte exposition aux rayonnements U.V., celui-ci produit, via les mélanocytes, un pigment : la mélanine. La densité, le type et la disposition de ces pigments dans la peau est adaptée à l exposition au soleil et justifie les différences de couleur de peau. Ce pigment va absorber les rayons du soleil au lieu de les laisser pénétrer les cellules. Chez les végétaux, certains pigments sont spécifiquement adaptés à la protection de la plante durant la photosynthèse. Le but pour la plante sera de prélever un maximum d énergie sans pour autant endommager ses cellules. 7

ATELIER 1 : Lumière/Lumière polychromatique Quelques petites expériences pour appréhender la composition de la lumière visible et la l observation des couleurs. Matériel Lampe blanche (style lampe de poche) Vieux CD Un vieux CD transformé en toupie, en y collant une bille dans le trou central, sur lequel on aura collé un disque de Newton de ce type : Filtres de couleur (jaune, rouge, bleu, vert, ) Vieil écran de télévision, d ordi ou vieux téléphone avec écran couleur (objectif : une mauvaise résolution donc de gros pixels!) Loupe puissante Une tomate rouge et une boite en carton avec deux petites ouvertures, une au dessus, une latérale Un spectroscope et une lampe à mercure. Remplaçable par un tube néon et un CD ou un prisme Manipulation 1 : nature de la lumière visible But : observer que la lumière blanche visible = somme d ondes lumineuses de couleurs différentes 1) Eclaire le cd avec une lampe blanche. Qu observe-t-on? Des arcs-en-ciel. Le CD agit comme un réseau de diffraction, il décompose la lumière selon les différentes longueurs d ondes (donc couleurs) qui la composent. 2) Fais tourner la toupie colorée. Qu observe-t-on? Quand on superpose les différentes couleurs de l arc-en-ciel, on retrouve du blanc (ou parfois impression de jaune, selon la couleur de la lumière qui éclaire la pièce et la qualité de l impression du disque de Newton). En tous cas on ne distingue plus les couleurs, notre œil les superpose! 3) Eclaire à nouveau le cd mais avec un filtre jaune devant la lampe. Qu observe-t-on? L arc-en-ciel a disparu, il ne reste que le jaune. Conclusion? (à compléter avec les enfants, les mots en gras manquent) Il y a une infinité de lumières visibles. A chacune d elles correspond une couleur entre le rouge et le violet en passant par les oranges, les jaunes, les verts et les bleus. La lumière blanche est la superposition de ces différentes lumières visibles aux couleurs de l arc-en-ciel. On peut isoler l une de ses lumières, sur base de sa couleur au moyen d un filtre par exemple. 8

Manipulation 2 : Lumière = énergie But : La lumière transporte de l énergie qui peut être échangée, fournie aux milieux, aux objets qu elle traverse ; par exemple sous forme de chaleur. Trois pots de verres peints (un blanche, un rouge et un noir) remplis d eau sont éclairées par un spot. Relève la température dans chaque pot à l aide du thermomètre : Blanc : le plus froid rouge : intermédiaire noire : le plus chaud (la température dépend de la température de l air, de la durée d éclairage et de l intensité lumineuse!) D où vient la chaleur? C est la lumière qui la transporte. Conclusion (à compléter par les enfants) La lumière transporte de l énergie. Un objet blanc n absorbe aucune couleur de la lumière qui l éclaire, et n absorbe donc pas d énergie. Un objet noir par contre absorbe toutes les couleurs de la lumière qui l éclaire, et par conséquent absorbe toute l énergie qu elle transporte. Un objet coloré absorbe une partie seulement des couleurs de la lumière qui l éclaire. Commentaire sur la manipulation : s il y a du soleil c est l idéal, on peut laisser les pots sur un appui de fenêtre éclairé une partie de la journée avant de faire la mesure. Sinon un spot puissant peut faire l affaire. On peut procéder de manière équivalente avec trois feuilles colorées laissées à la lumière, mais la détection des différences de chaleur se fait au toucher, donc est moins évidente à détecter si l éclairage n a pas été assez long ou puissant. Manipulation 3 : sources de lumière et couleurs par émission 1) Regarde au travers du spectroscope de quoi est faite la lumière blanche de cette lampe particulière. Qu observes-tu? des lignes séparées de couleurs (les raies) Quelles sont les différentes couleurs présentes? mauve bleu vert jaune La lumière que tu viens d observer est-elle mono- ou polychromatique? Elle est donc polychromatique vu que faite de la superposition de différentes couleurs bien précises. 2) Observe avec la loupe l écran de ce vieux téléphone et essaie d y repérer les pixels (découpage de l image en tout petits carrés). Les pixels sont-ils identiques? Chaque pixel est coupé en trois (rouge vert bleu ) et les différentes couleurs sont reproduites en ajustant les proportions de ces trois couleurs primaires. Quelle est la différence entre les pixels des zones bleues et des zones oranges? 9

Pour la zone bleue que du bleu et du vert, pour la zone orange que du rouge et du vert. Si les enfants ne parviennent pas à observer les pixels on peut leur montrer les schémas suivants : 3) Sur base du modèle à disposition (schéma ci-dessus), comment recréer : Du jaune? rouge et vert Du magenta (mauve)? bleu et rouge Du bleu clair (cyan)? Vert et bleu Du blanc? vert bleu et rouge Conclusion (à compléter par les enfants) On peut recréer toutes les couleurs en superposant des lumières de couleurs particulières, comme par exemple les trois couleurs primaires que sont le bleu, le rouge et le vert. La plupart des lumières visibles sont polychromatiques. Manipulation 4 : couleur des objets, couleurs par absorption pigments But : La couleur des objets est donnée par la superposition des couleurs qui ne sont pas absorbées par l objet. 1) Relie chaque objet au spectre de la lumière qu il absorbe. Lumière absorbée par l objet Couleur observée 1. 2. 3. 10

A2 B3 C1, on ne voit que ce qui n est pas absorbé, donc les couleurs manquantes du spectre Conclusion (à compléter par les enfants) Pour que les systèmes vivants puissent utiliser l énergie fournie par la lumière, ils doivent absorber cette énergie lumineuse. Les pigments sont les substances présentes au sein de ces systèmes qui permettent l absorption de l énergie transmise par la lumière, et ce uniquement pour certaines couleurs. C est ce phénomène qui donne leurs couleurs caractéristiques aux corps : la couleur de l objet est celle donnée par les lumières qui ne sont pas absorbées par l objet. Le schéma ci-dessous illustre le lien entre la lumière absorbée et la couleur observée, si on éclaire l objet avec de la lumière blanche. On parle de couleurs complémentaires (la somme de lumières de ces deux couleurs donnera du blanc!) On peut approfondir l aspect «pigments absorbants» via les peintures auxquelles les enfants sont habitués. Si on mélange du bleu (qui absorbe tout sauf une partie de la lumière autour de la couleur bleue) et du jaune (qui absorbe tout sauf une partie de la lumière autour du jaune), on obtiendra une couleur qui absorbe tout sauf ce qui est commun aux deux couleurs séparées, à savoir le vert qui se situe entre le bleu et le jaune! En mélangeant des couleurs on augmente les couleurs absorbées par la peinture puisqu on additionne les pigments. C est pourquoi d ailleurs les mélanges de peintures colorées sont toujours plus foncés, vu que moins de lumière en est réfléchie! Manipulation 5 : Couleur observée, lumière et pigments Tu disposes d une tomate, d une boite avec deux ouvertures, d une lampe et de filtres colorés. Quelle est la couleur de la tomate à la lumière du jour? rouge Place la tomate dans la boîte et observe-la via l ouverture latérale, en l éclairant par l ouverture du dessus. Dans un premier temps, observe la tomate à travers l ouverture latérale en obstruant l ouverture supérieure, soit sans lumière. Note ce que tu vois. Ensuite éclaire la tomate via l ouverture supérieure à l aide d une lumière blanche, puis à l aide de 11

cette même source lumineuse mais filtrée successivement au moyen des filtres jaune, rouge, vert et bleu. Note la couleur observée pour la tomate dans ces différentes situations : Sans lumière : on ne voit pas la tomate dans la boîte. Avec de la lumière blanche : la tomate apparaît rouge. Filtre jaune (jaune=rouge + vert!): la couleur de la tomate est rouge Filtre rouge : la couleur de la tomate est rouge Filtre vert : la tomate est visible, mais apparaît sombre sur fond vert. Filtre bleu : la tomate apparaît presque totalement noire sur fond bleu. Conclusion (à compléter par les enfants) La couleur observée d un objet dépend de la couleur de la lumière qui l éclaire. On ne verra la tomate rouge que si la lumière qui l éclaire contient du rouge. En effet, la couleur rouge de la tomate est due à ses pigments rouges, appelés lycopènes, qui absorbent l énergie des lumières bleues et vertes. Alors que la lumière rouge, elle est réfléchie par la tomate. Lycopènes vus au microscope Lien utile (illustrations / expériences) : http://scphysiques2010.voila.net/1sph02.htm#a Quizz / activités : Mots à caser dans le jeu final et leurs définitions. Polychromatique : se dit d une lumière composée de la superposition de plusieurs couleurs Rouge : avec le bleu et le vert, elles forment les couleurs primaires Energie : la lumière en transporte et les pigments l absorbent 12

ATELIER 2: Vision des couleurs / source d information pour l homme Réponds par Vrai ou Faux en cochant la bonne case. VRAI X X X X X X FAUX X X X X La nuit, tous les chats sont gris est une expression qui veut dire que la nuit, les humains distinguent mal les couleurs. Le daltonisme est une anomalie de la vision qui entraine le plus souvent la confusion entre le blanc et le noir. La rétine de l oeil comprend un grand nombre de cellules sensibles à la lumière, appelées cônes et bâtons. Les cônes sont responsables de la vision des couleurs rouge, jaune et vert. La vision des couleurs est une sensation qui se manifeste au niveau du cerveau. Un bébé de 1 mois ne voit pas les couleurs. La rétine est la partie de l oeil sensible à la vision. Passer une nuit blanche veut dire qu on passe la nuit avec une lumière allumée. Les cônes sont entre 5 et 7 millions par oeil chez l homme. Les cônes sont des photorécepteurs qui contiennent un pigment appelé iodopsine. Es-tu daltonien? Pour le vérifier, fais le test d ishihara Attention! Ce test ne donne qu une indication. D autres examens chez un ophtalmologue sont nécessaires. Explications But : - Au travers du test, faire découvrir le mécanisme général de la vision des couleurs après visionnage de la vidéo «L œil et la vision : les pigments rétiniens» Matériel : - fiche test - vidéo téléchargée sur you tube «L œil et la vision : les pigments rétiniens» Le ProfDuWeb.com durée : 4min31 https://www.youtube.com/channel/ucxbahuthx3pje-wzs6vrw9w - différentes figures permettant l explication du test 13

Réponses : 1. La nuit, la lumière est trop faible pour permettre aux cônes de fonctionner. Les bâtonnets, par contre, sont beaucoup plus sensibles (x100) aux faibles lumières que les cônes. Cette vision n'est qu'en noir, blanc et nuances de gris, car les cellules photoréceptrices en bâtonnets ne perçoivent pas les couleurs. 2. Le daltonisme est une anomalie de la vision qui entraine le plus souvent la confusion entre le rouge et le vert. D origine génétique, elle touche plus les hommes que les femmes (8% de la population masculine contre 0,5% de la population féminine). Chez ces personnes, l un des pigments photorécepteurs (rouge ou vert le plus souvent) est absent : ainsi les sensations colorées, reproduites à partir des informations de deux populations de cônes seulement, sont donc différentes de celles des sujets ayant une vision trichromatique. 3. La rétine de l oeil comprend un grand nombre de cellules sensibles à la lumière, appelées cônes et bâtonnets. Bâtonnets (120 millions par œil chez l homme) : Les bâtonnets qui se répartissent surtout à la périphérie de la fovéa - dépression de la tâche jaune, au centre de la rétine, où la vision est la plus nette - sont sensibles aux très faibles éclairements. Ils jouent par conséquent un rôle important dans la vision en faible luminosité et dans la discrimination des contrastes. Ce sont les bâtonnets qui sont stimulés lors de la vision nocturne ou scotopique et qui, sensibles à une grande partie du spectre visible, nous permettent de distinguer les objets en niveaux de gris. Les bâtonnets tirent leur nom de leur forme approximativement cylindrique. Cônes ( 5 à 7 millions par œil chez l homme). Les cônes eux se situent dans la fovéa. Ils sont beaucoup moins sensibles que les bâtonnets à la lumière et interviennent donc essentiellement en vision diurne ou photopique. Il existe trois types de cônes qui présentent chacun une sensibilité spectrale à une région du spectre des couleurs : des cônes plus sensibles à la lumière bleue (cônes S), d'autres à la lumière verte (cônes M) et le troisième type de cônes à la lumière rouge (cônes L). Les cônes sont donc les photorécepteurs qui permettent la vision des couleurs pendant la journée. 4. Les cônes sont responsables de la vision des couleurs rouge, bleu et vert. Il existe trois types de cônes qui présentent chacun une sensibilité spectrale à une région du spectre des couleurs : des cônes plus sensibles à la lumière bleue (cônes S), d'autres à la lumière verte (cônes M) et le troisième type de cônes à la lumière rouge (cônes L). Les cônes sont donc les photorécepteurs qui permettent la vision des couleurs pendant la journée. Bien que ces régions soient centrées sur les trois couleurs primaires, elles se chevauchent de manière importante. Les trois types de cônes seront donc stimulés à des degrés divers par une couleur donnée. Par exemple, une couleur bleue ciel va surtout exciter les cônes bleus, mais également les verts à un degré moindre et très légèrement les rouges. Une lumière jaune ne stimulera que les cônes rouges et les cônes verts. Notre perception des couleurs dépendra donc de la combinaison de ces stimuli. On parle de trichromatie ou de modèle trichromatique de la vision humaine, dans lequel toutes les sensations de couleur sont obtenues par des excitations variées des trois types de cônes et peuvent donc être produites par 14

des mélanges de lumière correspondant aux longueurs d'onde du rouge, du vert et du bleu. 5. Quand ils sont excités par de la lumière, les cônes émettent un signal électrique. Ce signal transite par deux types de cellules nerveuses : les cellules bipolaires et les cellules ganglionnaires dont les axones forment le nerf optique. Par le nerf optique, l information remonte de l œil à la région du cerveau spécialisée dans le traitement de la couleur : le cortex. Le signal peut aussi transiter entre les cônes et les cellules bipolaires par les cellules horizontales. Elles sont indispensables pour la vision des contrastes et des changements de couleurs. Le message reçu par le cerveau est analysé et interprété. La tâche est complexe, car à partir de l ensemble des messages reçus, le cerveau doit pouvoir retrouver les trois caractéristiques fondamentales de la couleur : la clarté, la saturation et la teinte (ou tonalité). La clarté correspond à la luminosité relative de l objet observé. La saturation mesure la part de coloration de l objet, c est ce qui nous permet de différencier un pastel d une couleur vive. La tonalité nous renseigne sur la teinte de la couleur. 6. Les cellules de l oeil chargées de détecter les couleurs sont actives, mais elles ne sont pas encore complètement matures. C est que jusqu alors, bébé était plongé dans l obscurité. Il distingue cependant les nuances de brillance et de tonalité (pâle ou foncé). Vers 3 mois, l enfant perçoit plusieurs couleurs de base, les premières acquises sont le rouge et le vert. Vers 4 mois, il peut distinguer autant de couleurs qu un adulte. 7. La rétine est la partie de l oeil sensible à la vision. Elle est une mince membrane pluristratifiée d'environ 0,5 mm d'épaisseur couvrant environ 75 % de la face interne du globe oculaire.sa partie sensible à la lumière se compose de photorécepteurs: environ 5 millions de cônes (vision diurne et colorée) et ~120 millions de bâtonnets (vision crépusculaire et nocturne en noir et blanc), qui captent les signaux lumineux (photons) et les transforment en signaux électro-chimiques. Elle se compose aussi de neurones qui à leur tour intègrent ces signaux chimiques (neurotransmetteurs) en signaux électriques à l'origine de potentiels d'action, mais aussi de cellules gliales. Ces potentiels d'action générés par les cellules ganglionnaires seront acheminés par les nerfs optiques vers l'encéphale. 8. Passer une nuit blanche veut dire qu on passe la nuit sans dormir, simple opposition avec la nuit noire, celle où, en temps normal, on dort d'un sommeil généralement bien mérité. 9. Vrai, aucun commentaire. 10. La fonction des cônes est de convertir l'énergie lumineuse en variation du potentiel électrique de membrane. Cette transduction du signal se fait dans les disques du segment externe grâce à un pigment nommé, opsine, molécule composée d'une protéine de la classe des opsines et de rétinène (ou rétinal), un dérivé de vitamine A. 15

Figures : Schéma de l œil (anatomieludique.unblog.fr) bâtonnets et cônes (lecerveau.mcgill.ca) Sensibilité aux couleurs des trois types de cônes (svtmonde.org) 16

schéma de transmission de l info (perception99couleurs.e...) Conclusion : test classique de daltonisme ( tecfa.unige.ch) Vision des couleurs ( e-cours.univ-paris1.fr/.../2...couleurs/3-3-vision-couleurs.html ) 17

Synthèse : Lorsque les rayons lumineux parviennent à nos yeux, ils sont captés par nos photorécepteurs au niveau de la rétine, puis transformés en influx nerveux qui sont alors transmis vers le cerveau par l'intermédiaire des nerfs optiques. La rétine comporte deux types de cellules sensorielles : des cellules nerveuses en forme de bâtonnets qui permettent de voir dans les faibles conditions d'éclairage (vision nocturne ou vision scotopique), et d'autres en forme de cônes adaptées à l'éclairage de la lumière du jour (vision diurne ou photopique). Il existe trois types de cônes qui présentent chacun une sensibilité spectrale à une région du spectre des couleurs : des cônes plus sensibles à la lumière bleue (cônes S), d'autres à la lumière verte (cônes M) et le troisième type de cônes à la lumière rouge (cônes L). Les cônes sont donc les photorécepteurs qui permettent la vision des couleurs pendant la journée. Bien que ces régions soient centrées sur les trois couleurs primaires, elles se chevauchent de manière importante. Les trois types de cônes seront donc stimulés à des degrés divers par une couleur donnée. On parle de trichromatie ou de modèle trichromatique de la vision humaine, dans lequel toutes les sensations de couleur sont obtenues par des excitations variées des trois types de cônes et peuvent donc être produites par des mélanges de lumière correspondant aux longueurs d'onde du rouge, du vert et du bleu. Source d information pour l homme (quelques exemples parmi tant d autres ) 1) C'est un fait, parmi les trois couleurs primaires lumineuses que sont le rouge, le vert et le bleu, notre œil ne les perçoit pas toutes avec une égale acuité. Ainsi l'œil humain distingue préférentiellement d'abord le vert, puis le rouge et enfin le bleu. La combinaison linéaire de ces trois composantes de base permet de percevoir toutes les autres couleurs : c'est la synthèse additive des couleurs. Les premières formes de vie apparues sur Terre furent des végétaux : les algues océaniques qui tirent l'énergie nécessaire à leur métabolisme de la lumière du Soleil. Cette énergie lumineuse est captée par la chlorophylle qui est un pigment de couleur verte (spectre d'émission) qui absorbe la lumière rouge (spectre d'absorption) du soleil pour la transformer en molécule de stockage de l'énergie (Adénosine Tri-Phosphate). Les organismes chlorophylliens sont très majoritaires sur notre planète et représentent une importante source de nourriture car ils sont à la base de la chaîne alimentaire. Cette omniprésence de la composante verte imposa à l'organe visuel d'être capable de distinguer plus particulièrement les différentes nuances du vert afin d'avoir les meilleures chances de survie (prédation, cueillette, dissimulation ). 2) Notons l importance des couleurs comme source d information qui permet à l observateur de distinguer deux objets qui seraient de forme et de taille identiques. 3) Distinction feu de la circulation 4) Reconnaître un fruit mûr donc bon à manger 18

ATELIER 3 : Les pigments végétaux : Les pigments et l énergie - rôles et fonctions des couleurs chez les végétaux. - la Photosynthèse, la chlorophylle, les chloroplastes, origine de l oxygène - feuilles d élodée éclairée, dégagement d O 2 - couleurs de fruits et des fleurs But : faire découvrir le rôle énergétique des pigments chez les végétaux par l observation des chloroplastes au microscope et la mise en évidence du dégagement d O 2 par une plante lorsqu elle est éclairée par de la lumière blanche Matériel Elodée correctement hydratée un microscope une loupe binoculaire une boîte de pétri lames & lamelles (propres) 1 pince fine 1 pipette 1 morceau de papier filtre 1 spot puissant (100 W), filtres vert, rouge, bleu Manipulation 1 : Protocole Prélever à l'aide de la pince fine une petite feuille (5mm x 5mm environ) dans le bourgeon terminal. Elle doit être la moins épaisse possible afin qu'il n'y ait qu'une seule couche de cellules. Déposer à l'aide de la pipette une goutte d eau au centre de la lame Déposer à l'aide de la pince fine la feuille d élodée dans cette goutte Recouvrir doucement la feuille d une lamelle, en veillant à ne pas laisser de bulles d air. Pour cela, tenir la lamelle par les tranchants afin de ne pas la salir puis la faire descendre délicatement. Absorber l excès de liquide à l'aide du papier filtre Mettre la préparation sous le microscope, effectuer la mise au point puis choisir un endroit pertinent. Observation et interprétation 19

- dessiner une cellule végétale au microscope. On peut y repérer les chloroplastes, cellules vertes qui fournissent la chlorophylle, pigment absorbant la lumière et permettant la photosynthèse Manipulation 2 : Protocole Disposer une tige d élodée fraîche dans une cuve en verre transparente remplie d eau fraîche Eclairer le montage par un spot directionnel puissant (100 W) sous une loupe binoculaire -> que voit-on? des bulles d oxygène se forment sur les feuilles Si on a le temps, placer un filtre vert devant le spot et observer qu il n y a pas de dégagement gazeux 1. Observation au microscope de cellules d élodée : Observées au microscope au grossissement minimum 40x, les cellules de feuilles d élodées apparaissent alignées régulièrement à la manière d un mur en brique. Chaque «brique» est une cellule végétale. Si la plante apparait verte à notre échelle, sous le microscope, les cellules apparaissent majoritairement translucides et parsemées de «points verts». Les points verts sont les chloroplastes de la cellule, à savoir le siège de la photosynthèse. Ces chloroplastes sont en mouvement régulier dans la cellule et leur déplacement peut être visualisé. Vu de loin, la présence de ces points verts donne une impression de couleur verte uniforme à la manière d une peinture pointilliste. Cette organisation peut être visualisée sur tous les tissus végétaux de couleur verte. 20