Activité 5-Enoncé version professeur

L’ÉNERGIE DANS LES PLANTES, BATTERIES NATURELLES
Programmes
SPC
Thème La pratique du sport
SVT
Thème 2 : Enjeux planétaires contemporains
Solution : solvant, soluté, dissolution d’une espèce
moléculaire.
Extraction,
séparation
et
identification
d’espèces
chimiques.
Chromatographie.
La
lumière
solaire
permet,
dans
les
parties
chlorophylliennes des végétaux, la synthèse de matière
organique à partir d’eau, de sels minéraux et de dioxyde
de carbone.
Ce processus permet l’entrée d’énergie dans la biosphère.
Thème L’Univers
Spectres d’absorption, spectres de raies.
Caractérisation d’une radiation par sa longueur d’onde.
Dispersion de la lumière blanche par un prisme.
Acquis de troisième en SPC :
L’énergie peut prendre différentes formes (de position, mécanique, de mouvement (ex : cinétique)).
L’énergie se conserve et peut être convertie d’une forme à une autre.
Idée force au programme de seconde en SVT : conversion d’énergie (énergie lumineuse énergie chimique) lors de la
photosynthèse. L’énergie ne se crée pas à partir de rien, elle subit des conversions et des transferts permanents auxquels
participent les êtres vivants.
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Situation « d’accroche »
Problématique :
Si de l’énergie est produite par la plante, c’est qu’elle en reçoit.
Que se passe-t-il au niveau de la feuille, capteur d’énergie lumineuse ?
Hypothèse : la chlorophylle, est l’agent de la conversion.
Mise en œuvre - Ateliers
Atelier 1 : Au pays des molécules (chimie)
Je découvre la molécule de chlorophylle
J’investis mes connaissances : je repère quelques groupes caractéristiques (alcène,
Je complète la formule brute C55H72NxOyMgz. Découvrir x, y et z. (x = 4, y = 5 et z y = 1)
La chlorophylle contient-elle l’élément chlore ; quelle est l’étymologie du terme
chlorophylle ? (non ; feuille verte) Remarque pour le professeur de SVT : le dichlore est un
groupement ester, groupement carbonyle)
gaz verdâtre.
Atelier 2 : Une drôle d’infusion… (biologie et chimie)
Sur la paillasse
J’extrais la chlorophylle dite brute et j’obtiens une solution alcoolique (biologie)
Je sépare les pigments de la chlorophylle brute par chromatographie sur papier (chimie) →
résultats :
Donc la chlorophylle « brute » est un mélange de pigments : chlorophylle a, chlorophylle b,
carotènes, xanthophylles.
Atelier 3 : Un piège à lumière (physique et biologie)
A. Observer un spectre d’absorption : avec le banc d’optique ou le rétroprojecteur
Sur le banc d’optique avec un réseau
Obtenir l’image de la fente sur l’écran
Interposer un réseau de bonne qualité
Interposer la cuve avec la solution de chlorophylle (position au choix)
Dessiner le spectre obtenu, en le coloriant.
Montage du banc d’optique :
Photographies des résultats obtenus :
Spectre de la lumière blanche
Spectre de la chlorophylle brute
Avec une puissante source de lumière blanche
On associe le rétroprojecteur avec un prisme ou un réseau.
Obtenir le spectre de la lumière blanche.
Couvrir la surface du rétroprojecteur de papier noir en laissant une fente
lumineuse dont l’image se forme sur l’écran ; puis interposer le prisme (ou
le réseau).
Observer le spectre d’absorption de la solution de chlorophylle.
Poser la cuve de solution de chlorophylle brute sur une moitié de la fente ;
sont ainsi juxtaposés sur l’écran le spectre de la lumière blanche et le
spectre d’absorption de la solution de chlorophylle.
Dessiner, en les coloriant, les spectres obtenus avec et sans chlorophylle
Photographies des résultats obtenus :
B. Réfléchir
comparer le spectre d’absorption observé avec le spectre de raies d’absorption rencontré
précédemment en SPC.
On observe non plus des raies sombres d’absorption sur un fond coloré mais des bandes
sombres d’absorption sur un fond coloré.
Pour le professeur : dans le cas d’une molécule complexe en solution, les possibilités de
mouvement des particules constituantes sont beaucoup plus nombreuses que dans les atomes
isolés; ll en résulte un très grand nombre de raies d’absorption très proches qui constituent
ainsi des bandes d’absorption.
. Justifier simplement que les radiations vertes ne sont pas absorbées
Comme la solution apparaît verte, des radiations vertes partent de la solution. Les radiations
vertes ne sont pas absorbées.
.
En quoi l’expérience mise en œuvre démontre-t-elle que la chlorophylle est un « piège à
lumière » ?
La lumière arrivant sur la cuve contient toutes les radiations ; après traversée de la cuve, de
nombreuses radiations ( et l’énergie correspondante) ont disparu du spectre: comme l’énergie
se conserve, on en déduit que la chlorophylle a absorbé (piégé) cette énergie.
Atelier 4 : Aller plus loin : quantifier avec le spectrophotomètre
(chimie et biologie)
Apprendre
Un dispositif émet successivement toutes les radiations monochromatiques du spectre visible, il
« balaye » ce spectre.
Chaque lumière est envoyée dans une cuve contenant la solution de chlorophylle brute; l’appareil
mesure pour chaque radiation la quantité d’énergie lumineuse qui entre dans la cuve et la quantité
qui en sort ; le spectrophotomètre en tire l’absorbance A de la solution ; cette grandeur sans unité
caractérise la proportion d’énergie absorbée par la solution pour une longueur donnée ; plus la
proportion est importante, plus l’absorbance est grande ; une radiation qui n’est pas absorbée
correspond à une absorbance nulle.
Le spectrophotomètre fournit une courbe représentant l’absorbance de la solution (en ordonnée) en
fonction de la longueur d’onde (en abscisse) ; cette courbe constitue le spectre d’absorption de la
solution.
Pour le professeur :
I
I0
C concentration
de la solution
l
I0
I
L’absorbance est proportionnelle à la concentration c de la solution de chlorophylle et à la longueur
l de la cuve.
Ainsi : A = ε(λ).l.c
Le coefficient d’extinction molaire ε dépend de λ et de la nature de la solution.
L’absorbance se calcule par : A = log10
Utiliser un appareil perfectionné
A l’aide de la notice, faire tracer par le spectrophotomètre le spectre d’absorption de la solution de
chlorophylle.
Exploiter : déterminer les intervalles de longueur d’onde pour lesquelles l’absorbance est supérieure à
0,5. Quelles sont les couleurs correspondantes ?
On mesure les distances correspondant à 800-400 (nm) (33 cm sur la figure), à λ1(nm) -400 nm 7,5
cm sur la figure.
Ainsi :
λ1 = 400 + (7,5 x 400/33) ≈ 4,9 x 102 nm
De même : λ2 = 400 + (21 x 400/33) ≈ 6,5 x 102 nm
λ3 = 400 + (23 x 400/33) ≈ 6,8 x 102 nm
Donc, absorption
si : 4,0 x102 nm < λ < 4,9 x 102 nm (radiations autour de l’orange)
ou si : 6,5 x 102 nm < λ < 6,8 x 102 nm (radiations autour du bleu)
Prévoir
Certains végétaux contiennent un mélange de pigments original (chlorophylle a + phycoérythrine +
phycocyanine).
Le fichier fourni indique la valeur de l’absorbance de chaque pigment pour différentes longueurs
d’onde.
En admettant que l’absorbance totale est la somme des absorbances, reconstituer avec un tableurgrapheur le spectre d’absorption du mélange.
Résultat obtenu :
Pour le professeur : pour un mélange de constituants, l’absorbance obéit à une loi d’additivité :
A = ε1.l.c1 + ε2.l.c2 + ε3.l.c3 + ….
Perspectives :
En SVT, ouverture sur la séance suivante : toutes les radiations lumineuses sont-elles aussi efficaces
dans la photosynthèse ?
SPC : expliquer l’existence de raies et bandes d’absorption à partir de la structure des atomes et
molécules.
Nous remercions Madame CHARRIER, technicienne, pour sa contribution à ces
expériences.