Activités d'introduction Des RAFFINERIES VERTES sous la loupe Activité conçue pour les groupes de ST, STE, ATS, SE et chimie 2 e cycle activité b DURÉE APPROXIMATIVE : 30 MINUTES Lieu : école secondaire DESCRIPTION DE L ACTIVITÉ Vous amorcez tout juste votre carrière dans une firme de recherche réputée pour sa contribution dans le domaine des carburants alternatifs. N étant pas un expert en la matière pour le moment, vous décidez de consolider vos récents apprentissages sur les sources utilisées pour produire les biocarburants en observant différents spécimens au microscope. Ainsi, vous en apprendrez un peu plus sur ces organismes si précieux. Serez-vous en mesure de bien identifier les spécimens et d en observer les composantes importantes pour vos travaux? Production attendue Fiche de l élève (réponses aux questions). Réalisations concrètes de l élève Se familiariser avec les organismes permettant de fabriquer des biocarburants (algues, végétaux et levures). Observer les cellules et structures cellulaires d algues, de végétaux et de levures. S initier aux techniques de microscopie. Concepts requis Ressources prévues dans le contenu de formation - Univers vivant : constituants cellulaires visibles au microscope, cellules végétales et animales, mode de reproduction chez les végétaux (1 er cycle). Concepts prescrits - Terre et espace : ressources énergétiques (hydrosphère et lithosphère) (2 e année du 2 e cycle); - Techniques : utilisation d instruments d observation (3 e année du 2 e cycle, chimie). INFORMATIONS ESSENTIELLES Les biocarburants sont produits grâce à des organismes vivants à partir desquels il est possible d extraire de précieuses molécules combustibles. Les principaux organismes utilisés, ou à l étude pour générer des biocarburants, sont les plantes et les microalgues (pour le biodiesel) et les levures (pour le bioéthanol). Étant tous des organismes vivants, ils se multiplient, absorbent des nutriments, excrètent des déchets, ont un métabolisme énergétique et sont composés de cellules. Conséquemment, ils possèdent tous des structures similaires, mais présentent également leur propre spécificité! Les plantes et les algues sont des organismes multicellulaires. Visibles à l œil nu et pouvant même atteindre plusieurs mètres, elles sont constituées de millions de cellules et de structures organiques qui les soutiennent. Les spécimens à votre disposition sont de très minces morceaux de ces organismes, de l ordre d environ 2 à 5 micromètres 1 d épaisseur. Les plantes et les algues ont un arrangement interne plus ou moins organisé, selon l espèce et sa complexité évolutive, pouvant présenter des nervures ou différents vaisseaux transportant sève et nutriments. Au microscope, vous pourrez voir les cellules dès le plus faible grossissement, mais également les vaisseaux conducteurs qui ressemblent simplement à de gros trous! Les microalgues et les levures sont des organismes unicellulaires. Chaque individu ne comporte qu une seule cellule. Elles ne sont donc pas visibles à l œil nu! Même au microscope, vous devrez utiliser les plus forts grossissements pour les voir distinctement. Les levures et les microalgues (tout 1 Le micromètre est une mesure de longueur équivalente à un millième de millimètre. À titre comparatif, une feuille de papier à une épaisseur d environ 100 micromètres. L échantillon sur votre lame est donc 20 à 50 fois plus mince qu une feuille de papier! 1
comme les plantes, les algues et nous-mêmes!) sont des cellules eucaryotes 2 ; si vos microscopes le permettent, vous pourrez voir les noyaux des cellules, soit un petit rond foncé à l intérieur de chacune d elle. Peut-être même verrez-vous des vacuoles, soit des granules plus pâles. C est dans un type de vacuole que sont stockés les lipides chez les microalgues. Les plantes sont déjà abondamment utilisées pour produire des biocarburants. L huile qu elles produisent dans leurs graines et l alcool qu il est possible de fabriquer à partir de leurs sucres (à l aide des levures) sont employés à cet effet. Les microalgues sont aussi potentiellement très intéressantes à utiliser pour la production de biodiesel. Peu exigeantes en nutriments, elles poussent rapidement et nécessitent relativement peu de lumière, ayant un rendement de croissance et de photosynthèse comparable (ou meilleur) aux plantes terrestres les plus efficaces. Les algues multicellulaires n ont pas d application en matière de biocarburant; elles vous sont présentées ici à titre de comparaison, pour que vous puissiez observer une combinaison de plusieurs organismes. Bonnes observations! 2 Les eucaryotes sont les organismes unicellulaires (comme la levure) ou pluricellulaires (comme les plantes et les animaux) comportant à l intérieur de leurs cellules un noyau protégeant l ADN ainsi que des organites faits de membranes, comme les mitochondries et les chloroplastes. MATÉRIEL Microscope Lame de collection : plante; maïs (Zea mays) Lames et lamelles Lame de collection : algue; Ulva sp. ou Fucus sp. Huile à immersion CONSIGNES DE SÉCURITÉ Si vous avez des sarraus à votre disposition, il est préférable de les porter. Le colorant peut tacher définitivement vos vêtements si vous le renversez. Microalgue en état frais (Clorella vulgaris, P. subcapitata ou Scenedesmus sp.) Pipette de transfert Levure en état frais Poubelle à déchets Colorant (bleu de méthylène; facultatif) Les cheveux doivent être attachés. Il est interdit de courir et de manger durant la réalisation d une expérience. PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL Une démonstration sur l utilisation du microscope ainsi que sur la façon de préparer un état frais pourra vous être faite par votre enseignant ou votre technicien. Lame de collection 1. Déposez votre lame sur le chariot du microscope, entre la source lumineuse et l objectif. NOTE : Il est préférable d effectuer la mise au point à faible grossissement avant de passer aux objectifs plus puissants. La mise au point sur un cheveu ou sur la portion givrée de la lame, à faible grossissement, peut faciliter cette étape. 2
NOTE : Les tissus végétaux auront déjà des sections facilement observables. Les microalgues et levures seront trop petites à faible grossissement pour permettre quelque observation que ce soit. 2. Placez l objectif au plus faible grossissement (généralement 40x) et effectuez la mise au point à l aide des vis d ajustement (micrométrique et macrométrique). 3. Observez les structures visibles à ce grossissement. 4. Ajustez les objectifs successivement aux grossissements supérieurs. Pour le grossissement à 1000x, déposez une goutte d huile à immersion avant d ajuster l objectif près de la lame. 5. Une fois vos observations terminées, nettoyez la lame et l objectif du microscope avec du papier à lentille et remettez la lame dans la boîte de rangement. État frais (lame à préparer vous-même) 1. Identifiez la lame, sur la portion givrée, en y indiquant le nom de l échantillon et vos initiales. 2. Agitez doucement l échantillon de l organisme à observer (microalgues ou levure). 3. Prélevez une petite quantité de liquide contenant l organisme avec une pipette de transfert (pipette de plastique jetable). 4. Déposez quelques gouttes contenant l organisme au centre d une lame de microscope. 5. Appliquez une lamelle en l inclinant doucement sur le liquide, avec un léger angle, pour éviter la formation de bulles (figure 1). NOTE : Pour les levures, du colorant facilite l observation. Vous pouvez déposer une goutte de colorant sur votre échantillon avant de continuer. 6. Enlevez l excès de liquide avec du papier absorbant. 7. Effectuez vos observations à 40x, 100x ou 1000x (alors avec de l huile à immersion) comme expliqué à la section précédente. LAMELLE Figure 1 : Montage sur lame. LAME 3
NOMS : FICHE DE L ÉLÈVE PERSPECTIVES D EMPLOI Si vous aimez cette expérience, le domaine de la microbiologie vous intéresse. Des carrières en tant que technicien en techniques de laboratoires en biotechnologies, de technicien en microscopie, de technicien en microbiologie, de professionnel, conseiller ou chercheur en biotechnologies de même qu ingénieur en biotechnologie pourraient être des cheminements pour lesquels vous avez un penchant! OBSERVATIONS 1. Pour chacun des échantillons, dessinez ce que vous avez observé et inscrivez le grossissement choisi. Plante (maïs) Grossissement Algue Grossissement Levure Grossissement Microalgue Grossissement SYNTHÈSE 2. Les lames de collection (plante et algue) ont été colorées artificiellement. À votre avis, pourquoi? 4
3. Au contraire, les microalgues sont en «état frais», c'est-à-dire non altérées, à l état naturel. De quelle couleur sont-elles? Qu est-ce qui les colore de cette façon? 4. Selon vos observations, dans les microalgues, quelle est la partie de la cellule qui sera particulièrement intéressante pour la production de biodiesel? 5