Besoins des végétaux chlorophylliens : CM1 - Sciences et Technologie

1
La séquence proposée appartient au domaine de sciences et technologie, plus précisément
au thème « Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent ».
Ce sujet porte sur les besoins des végétaux chlorophylliens, qui s’adresse à une classe de
CM1, est au programme de cycle 3 dans les programmes du Bulletin officiel du 26 novembre
2015. Dans cette séquence nous répondrons à la question suivante :
« Quels sont les besoins des végétaux verts pour leur croissance et leur développement ? »
Nous aborderons dans une première partie les fondements scientifiques relatifs au sujets ce
qui comprend les connaissances scientifiques, les fondements institutionnels en lieu avec le
bulletin officiel et le socle commun de connaissances, de compétences et de culture ainsi que
la démarche d’investigation. La présentation de la séquence constituera la deuxième partie.
Partie I : Synthèse des fondements scientifiques
1. Les connaissances scientifiques :
Les étapes de la vie d’une plante a
̀ fleur sont la germination, le développement de l’appareil
végétatif (racines, tiges et feuilles) et sa croissance, suivis de la floraison, de la pollinisation et
de la fructification. Nous allons ici nous intéresser aux besoins des végétaux chlorophylliens
durant leur développement et leur croissance, qui sont différents de ceux nécessaires a
̀ la
germination.
Les végétaux grandissent grâce a
̀ deux phénomènes : la multiplication cellulaire et l’élongation
cellulaire. Ces deux phénomènes ont lieu dans des structures localisées aux extrémités des
tiges (bourgeon) et des racines (coiffe racinaire).
La plante, pour se développer puise dans le sol et donc dans la terre des éléments essentiels
comme les sels minéraux : calcium, potassium issus de la matière organique. On appelle
matière organique toutes les matières produites par les êtres vivants. Feuilles mortes, poils ou
plumes qu'on trouve par terre sont de la matière organique.
La croissance des végétaux chlorophylliens s’effectue a
̀ l’aide de la lumière comme source
d’énergie. En effet, les végétaux chlorophylliens n’ont besoin pour se nourrir que de matières
minérales (eau, éléments minéraux et dioxyde de carbone) et de lumière. Ce sont des
organismes autotrophes : ils sont capables de synthétiser leur propre matière organique
(indispensable a
̀ leur croissance) a ̀ partir uniquement de matières minérales. L’autotrophie se
différencie de l’hétérotrophie.
Les végétaux chlorophylliens étant autotrophes, ils sont le premier maillon de la chaine
trophique, ils sont appelés des producteurs primaires.
Comment l’eau et les sels minéraux sont puisés ?
Les végétaux chlorophylliens absorbent l’eau et les sels minéraux du sol par les racines au
niveau des poils absorbants. Les substances prélevées a
̀ l’aide des poils absorbants vont alors
circuler dans toute la plante a
̀ l’aide des vaisseaux de xylème. Dans ces vaisseaux, la sève
brute va circuler jusqu’aux feuilles et celles-ci vont prélever le dioxyde de carbone présent
dans l’air (au niveau des stomates). La montée des eaux est assurée par la transpiration des
feuilles qui provoque un phénomène de pompage et, dans une moindre mesure, la poussée
racinaire.
Comment les végétaux transforment la matière minérale en matière organique ?
Cette transformation est possible grâce au mécanisme de la photosynthèse.
La photosynthèse est aussi le processus qui transforme le carbone minéral (CO2
atmosphérique) en carbone organique C6H12O6.
La photosynthèse produit un déchet lors de la première phase : le dioxygène rejeté en partie
par les plantes dans l’atmosphère. La formation de glucose s’accompagne de la formation de
dioxygène qui permet à l’atmosphère de s’enrichir en O2 : d’où l’expression : « les végétaux
sont les poumons de la Terre ». On s’aperçoit aujourd’hui que les arbres longtemps considérés
comme seuls « poumons » ne sont pas la seule source d’O2, les algues qui se trouvent à la
surface des océans enrichissent en O2 les mers mais aussi l’atmosphère en proportion non
négligeable.

2
La photosynthèse n‘existe qu‘à la lumière et dans cellules chlorophylliennes. Ces cellules
riches en chloroplastes sont nombreuses surtout dans la partie supérieure du limbe des
feuilles (partie la plus éclairée) mais absentes de tous les organes souterrains ou non verts
(fruits ….)
EQUATION BILAN de la PHOTOSYNTHESE
Le CO2 est absorbe
́ au niveau des feuilles par les stomates. Lors de la phase photochimique
de la photosynthèse, les cellules chlorophylliennes vont capter la lumière. Une succession de
réactions d’oxydoréduction vont alors se dérouler dans la membrane des thylakoïdes (dont la
photolyse de l’eau). Ces réactions permettent la libération de l’énergie sous forme d’ATP.
Arrive ensuite la phase non photochimique durant laquelle le CO2 entre dans le cycle de Calvin
pour être transforme
́ en glucose
Enfin, que devient ce glucose ?
Une partie de la matière organique fabriquée va être utilisée aux propres besoins de la feuille.
L’autre partie va être transportée dans la sève élaborée dans les vaisseaux de phloème : c’est
a
̀ partir des sels minéraux et du glucose que l’ensemble de la matière organique est produite.
Ces vaisseaux vont rejoindre les zones de croissance et les zones de stockage (fruit, bulbe,
tubercule.)
Enfin, la température est également un facteur clé
́ de la croissance et du développement des
plantes, elle a une influence sur les plantes a
̀ court et a ̀ long termes. Les plantes disposent
donc chacune d’une température optimale de développement qui dépend de leur origine
géographique. Généralement, on constate une accélération des processus biologiques

3
lorsque la température augmente et une diminution de ceux-ci lorsqu’elle diminue. Cependant,
a
̀ des températures extrêmes, les plantes meurent.
En définitive, pour grandir et se développer, les végétaux ont besoin de lumière, d’une
température optimale de développement, de dioxyde de carbone, d’eau et de sels minéraux.
2. Les fondements institutionnels :
D’après le Bulletin officiel du 26 novembre 2015 et d’après le projet d’ajustement et de
clarification des programmes de sciences des cycles 2,3 et 4 :
Le domaine Sciences et Technologie se décompose en 4 thèmes au cycle 3 et chacun de ses
thèmes a
̀ des attendus de fin de cycle qui lui sont propres. Concernant le thème « le vivant,
sa diversité
́ et les fonctions qui le caractérisent » l’attendu de fin cycle en lien avec les besoins
des organismes chlorophylliens est : expliquer l’origine de la matière et son devenir.
Concernant les connaissances et les compétences associées, elles sont :
- Découvrir que tout être vivant produit sa matière a
̀ partir de celle qu’il consomme ;
- Relier la production de matière par les organismes chlorophylliens et leurs besoins en
lumière, eau et sels minéraux
Cet apprentissage s’effectue en lien avec 4 domaines du Socle Commun de connaissances,
de compétences et de culture :
Domaine 1 : Les langages pour penser et communiquer. Pratiquer la langue en rendant
compte des observations, expériences, hypothèses, conclusion en utilisant un vocabulaire
précis, en exploitant un document constitue
́ de divers supports ou encore en expliquant un
phénomène a
̀ l’oral et a ̀ l’écrit.
Domaine 2 : Les méthodes et outils pour apprendre. S’approprier des outils et des méthodes
en choisissant ou en utilisant le matériel adapte
́ pour réaliser une expérience, en gardant une
trace écrite des recherches, des observations et des expériences réalisées ou en organisant
seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
Domaine 3 : La formation de la personne et du citoyen. Relier des connaissances acquises en
sciences et technologie a
̀ des questions de sante ́, de sécurité
́ et d’environnement.
Domaine 4 : Les systèmes naturels et les systèmes techniques : pratiquer des démarches
scientifiques. Pratiquer des démarches scientifiques afin de résoudre un problème ou
répondre a
̀ une question de nature scientifique.
3. La prise en compte des élèves :
- Les prérequis et les repères de progressivité : Nous nous plaçons dans le cas ou
̀ les
élèves ont déjà acquis des connaissances sur les besoins vitaux des végétaux. Au cycle 2,
c’est surtout le besoin en eau des végétaux qui est aborde
́. De plus, la germination aura fait
l’objet d’une séquence précédemment.
La diversité des réseaux trophiques a
̀ partir de milieux varies et la place particulière des
organismes chlorophylliens seront abordées en 6e
̀me.
-Les difficultés :
Conception de l’investigation : Ne faire varier qu’un seul facteur dans le cas de l’expérience et
comprendre l’expérience témoin
Comprendre que les sels minéraux n’ont pas de rapport avec le sel.
Percevoir les besoins en air. En effet les végétaux se « nourrissent » de matière minérale
liquide et solide : eau et sels minéraux (comme nous) mais aussi de matière minérale gazeuse
CO2: concept difficile à concevoir pour des jeunes élèves car cette matière est invisible et
donc n’existe pas pour eux. D’ou l’importance du chapitre sur la matière comprenant l’étude
de l’air.

4
4. Les sciences a
̀ l’école :
Il n’existe pas un courant pédagogique meilleur qu’un autre cependant, de nombreuses
recherches en didactique ont montre
́ que le courant constructiviste est un courant qui favorise
l’autonomie et la construction de stratégies d’apprentissages. C’est une démarche dans
laquelle les élèves sont actifs, ils construisent leurs connaissances en se confrontant a
̀ une
problématique. La démarche d’investigation utilisée dans cette séquence est en accord avec
ce courant puisque l’élève construit son savoir en réfléchissant, en expérimentant et en
manipulant. Cette démarche a été instaurée dans les années 2000 en France par la
Commission européenne. La démarche d’investigation favorise le goût des élèves pour
l’apprentissage ainsi que leur participation aux activités en sciences comme en français
Notamment pour les élèves à besoins éducatifs particuliers, l’expression orale que génère
l’émission d’hypothèses, l’argumentation et la discussion autour des expériences menées,
améliore sensiblement la mémorisation des notions. Cette démarche d’investigation procède
a
̀ un raisonnement hypothético-déductif qui se caractérise en plusieurs étapes :
- Etape 1 : La situation déclenchante. L’enseignant propose une situation de départ qui suscite
l’intérêt des élèves, qui les intéresse.
- Étape 2 : Formulation d’un problème scientifique. Les élèves expriment leurs représentations
premières, leurs connaissances sur le sujet et posent leurs questions. L’enseignant organise
les premières idées et les questions des élèves afin de déterminer la problématique
scientifique.
- Étape 3 : Emissions d’hypothèses. Les élèves émettent des hypothèses qui permettent de
répondre a
̀ la problématique.
- Étape 4 : Conception et réalisation de l’investigation. Les élèves élaborent des protocoles
permettant de vérifier les hypothèses. Une fois la validation par l’enseignant, les élèves
mettent en place les expériences.
- Étape 5 : Synthèse et interprétation des résultats. Les élèves observent et interprètent les
résultats ce qui permet de valider ou non les hypothèses...
- Étape 6 : Structuration des connaissances. Les élèves avec l’aide de l’enseignant mettent en
forme la trace écrite sous forme de réponse a
̀ la problématique.
Partie II : Description d’une séquence pédagogique :
Cette séquence permettra de résoudre la problématique suivante : Quels sont les besoins des
végétaux verts pour leur croissance et leur développement ?
Déroulement de la séquence :

5