Etudier les pigments des feuilles - GLOBE

GLOBE® 2005 Activité d’apprentissage : P5 : Etudier les pigments des feuilles - 1 Science du système terrestre
P5 : Etudier les
pigments des feuilles
Objectif général
Rechercher quels pigments existent dans les
feuilles ainsi que leur importance.
Objectif spécifique
Travaillant en groupe ou individuellement, les
étudiants conduiront une expérience en utilisant
du papier chromatographe pour séparer les
différents pigments présents dans les feuilles.
Compétences
Les étudiants apprendront les concepts clés
étudiés et auront la possibilité de mettre en
pratique des compétences pour comprendre la
chromatographie et le fait que d’autres pigments
que la chlorophylle soient présents dans les
feuilles.
Concepts scientifiques
Sciences physiques
Des réactions chimiques ont lieu partout dans
l’environnement.
Sciences de la vie
L’énergie circule à travers les écosystèmes
selon une direction unique (photosynthèse –
herbivores- carnivores – décomposeurs)
Les systèmes vivants ont besoin d'un apport
continu d'énergie pour maintenir leur
organisation chimique et physique.
Compétences scientifiques
Observer et déduire.
Formuler des hypothèses et des prévisions.
Collecter des données
Analyser et interpréter des résultats.
Communiquer ses résultats et ses conclusions.
Concevoir et mener à bien une étude
scientifique.
Utiliser les techniques et les outils appropriés.
Mettre en place des explications et des
prévisions à partir de preuves.
Utiliser les outils mathématiques appropriés pour
analyser des données.
Communiquer ses résultats et ses explications.
Durée
Un cours pour préparer l’expérience.
Un cours supplémentaire pour les observations.
Niveau
Intermédiaire, avancé
Matériel et instruments
Filtres à café en papier blanc, serviettes en papier,
papier filtre ou papier pour chromatographie de 2
cm de large et 15 cm de long.
Feutres de marque autre que Crayola à l’encre
noire soluble à l’eau.
Verre (pour nourriture de bébé ou jus de fruit) ou
des récipients en plastique (d’environ 250 mL)
De l’eau à température ambiante
Eau chaude du robinet.
Alcool à 90 (70% ou 90% d’isopropyl)
Stylos, bâtons d’esquimaux ou pailles
Ciseaux
Gomme
Ruban adhésif
Feuilles vertes
Feuilles qui ont changé de couleur (qui ne sont
plus vertes)
Couvercles pour pots, papier d’aluminium ou
film plastique
Casserole plate ou plateau
Carnet de science GLOBE
Loupe (facultatif)
Mortier et pilon pour écraser les feuilles
(facultatif)
Préparation
Aucune
Pré requis
L’ENCADREMENT D’UN ADULTE EST
NECESSAIRE pour l’utilisation de l’alcool
isopropyl. Lisez toutes les instructions avant de
commencer.
Observez toutes les mesures de précaution.

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Contexte
La chromatographie est une technique utilisée
couramment dans beaucoup de domaines en
sciences et dans l’industrie pour séparer et
identifier les différentes substances d’un mélange.
Un chromatogramme est l’aspect de la séparation
produite par chaque mélange. Le mélange est
déposé sur un milieu comme le papier ou la craie,
qui absorbe l’eau, l’alcool ou d’autres solvants.
Au fur et à mesure que l’eau ou l’alcool monte
par capillarité le long du papier, les molécules
ou substances dissoutes dans le mélange avancent
à des vitesses différentes. L’eau ou un autre
solvant monte car la force de capillarité est plus
forte que la force de gravité, et la force de
capillarité dépend de la cohésion et de l’adhésion.
La cohésion est l’attraction mutuelle entre les
molécules d’eau et l’adhésion est l’attraction
des molécules d’eau vis-à-vis d’autres types de
molécules, celles du papier dans ce cas.
Différentes couleurs apparaitront à plusieurs
distances du point de départ de montée de l’eau
car les molécules de ces couleurs ont des tailles,
des formes et des solubilités différentes. Les
molécules qui se dissolvent le mieux dans le
solvant se déplaceront le long du papier plus
facilement et plus rapidement et iront le plus loin.
D’autres molécules n’ont pas la capacité à se
déplacer aussi vite et sont laissées derrière. En
utilisant du papier à chromatographie, les
différentes couleurs apparaissent grâce à l’encre
noire et les pigments des feuilles peuvent être
séparés et sont rendus visibles.
Les pigments sont des éléments colorés qui
absorbent la lumière. La quantité et la structure
du pigment détermine ses variations de couleurs.
Le pigment chlorophylle dans les feuilles aide à
réaliser la photosynthèse en absorbant de la
lumière du soleil l’énergie nécessaire à unir le
dioxyde de carbone et l’eau afin de former du
glucose ou de la nourriture. La chlorophylle
donne aux plantes leur couleur verte et peut
cacher d’autres pigments présents dans les
feuilles. La chlorophylle absorbe toutes les
couleurs de la lumière visible sauf le vert, qu’elle
réfléchit de sorte qu’il soit détecté par nos yeux.
Si toutes les couleurs ou toutes les longueurs
d’ondes sont absorbées et aucune n’est réfléchie,
le pigment apparaît noir à nos yeux. A l’inverse,
si tous les pigments sont réfléchis, le pigment
apparaît blanc à nos yeux.
En automne, les feuilles des arbres à feuilles
caduques subissent des changements avant de
tomber définitivement de la branche. La
chlorophylle s’arrête et les feuilles changent de
couleur lorsque l’eau et la sève cessent de les
irriguer. Au fur et à mesure que le vert s’estompe,
l’orange du pigment carotène et le jaune du
pigment xanthophylle apparaissent. Ces pigments
se trouvent également dans des aliments tels que
les carottes, les bananes et les jaunes d’œufs. Le
carotène et la xanthophylle sont des pigments
secondaires qui participent au processus de
photosynthèse en donnant l’énergie qu’ils ont
absorbée de la lumière du soleil à la chlorophylle.
D’autres changements chimiques dans les feuilles
stimulent la production des pigments
d’anthocyanine, qui donne les couleurs
lumineuses rouge et violet. Ces pigments se
trouvent également couramment dans des
aliments tels que les betteraves, les pommes
rouges, le raisin noir, et des fleurs telles que la
violette ou l’hyacinthe. Dans les fleurs, ces
pigments se forment en automne à partir du
glucose emprisonné. Différents mélanges de
chlorophylle et d’autres pigments présents dans
les feuilles fournissent une grande variété de
couleurs automnales. La couleur marron vient du
tannin, un déchet amer. Il est essentiel de se
rappeler que le pigment clé pour la photosynthèse
est la chlorophylle, parce que l’énergie qu’elle
absorbe de la lumière du soleil est utilisée
directement pour la photosynthèse, alors que les
autres pigments doivent d’abord passer l’énergie
qu’ils absorbent de la lumière du soleil à la
chlorophylle.
Les explorations qui suivent peuvent être menées
par les étudiants, individuellement ou en groupe.
Que faire et comment le faire
Se préparer
1. Ecrire quelques mots avec un feutre noir
(encre soluble à l’eau, non Crayola) sur un
morceau de papier blanc. Demandez aux
étudiants de faire des observations. Combien de
couleurs voient-ils ?
2. Demandez aux étudiants s’ils savent de quels
pigments il s’agit et quelle est leur fonction.
3. Demandez aux étudiants s’ils pensent qu’il
peut y avoir d’autres couleurs cachés dans le
noir de l’encre et ce qui les amène à penser
cela. S’ils ont des difficultés à répondre, vous
pouvez leur demander de quelles couleurs ils
pensent qu’ils auraient besoin pour faire l’encre

GLOBE® 2005 Activité d’apprentissage : P5 : Etudier les pigments des feuilles - 3 Science du système terrestre
noire du feutre. Ont-ils déjà essayé de mélanger
différentes couleurs de peinture ? Qu’ont-ils
observé ? Débattez.
4. Demandez aux étudiants de quelle manière
ils pourraient s’y prendre pour déterminer s’il
oui ou non il y a d’autres pigments que le noir
dans l’encre noire.
5. Demandez aux étudiants ce qu’ils pensent
qui arriverait si une goutte d’encre noire était
déposée sur une bande d’un filtre à café en
papier ou d’une serviette en papier, puis que
l’extrémité de cette bande était placée dans
l’eau.
Exploration 1
Activité d’apprentissage d’introduction
pour les étudiants de niveau
intermédiaire / avancé
(Cette activité peut aussi être réalisée pour des
étudiants de niveau débutants)
Séparation des couleurs de l’encre noire
Faites réaliser les étapes suivantes aux étudiants,
ou, si vous souhaitez gagner du temps, vous
pouvez faire les étapes 1 à 4 à l’avance pour les
étudiants et n’utiliser qu’un type de stylo à encre
soluble dans l’eau.
1. Découpez plusieurs filtres à café en bandes (2
cm de large et 15 cm de long), une bande par
feutre.
2. Etiquetez chaque feutre avec un numéro.
3. En utilisant un des feutres tests, déposez une
goutte d’encre proche du bord (à environ 1,5 – 2
cm du bord) de chaque bande. Utilisez un stylo
pour numéroter les bandes de tests sur le haut de
celles-ci avec le même numéro que le feutre
utilisé pour cette bande.
4. Mettez de l’eau (environ 2 cm de hauteur)
dans un verre ou un récipient en plastique,
également numéroté avec le même numéro que le
stylo. Voir figure EA-P5-1.
5. Scotchez l’extrémité de la bande à un crayon.
Ajustez la longueur de filtre papier en tournant le
stylo sur lui-même de sorte que la tache d’encre
soit environ 1 cm au-dessus du niveau de l’eau
lorsque la bande de papier est placée dans l’eau,
suspendue au crayon placé sur chaque récipient
(Si la goutte d’encre est placée sous le niveau de
l’eau, l’encre va déteindre dans l’eau au lieu de se
mouvoir le long de la bande).
6. Laissez l’eau se mouvoir jusqu’à environ les
trois quarts de la hauteur de la bande et observez
ce qu’il advient de la goutte d’encre.
7. Si l’encre que vous utilisez ne se répand pas le
long de la bande, refaites le test en utilisant de
l’alcool à la place de l’eau pour solvant, sous
l’encadrement d’un adulte.
8. Répétez ce procédé pour chaque bande
marquée avec un feutre différent et comparez vos
résultats.
9. Laissez les bandes sécher et scotchez-les à une
feuille de papier comme enregistrement pour
chaque type de feutre.
10. Examinez les bandes avec une loupe. Mesurez
la distance jusqu’à laquelle la/les couleur(s) se
sont déplacées à partir de la goutte d’encre (pour
les étudiants plus âgés).
Généralisation
 Demandez aux étudiants quelles sont leurs
observations.
 Demandez aux étudiants pourquoi les
autres couleurs n’étaient pas visibles au
début. Demandez leur ce qu’ils pensent qu’il
s’est passé. (Pourquoi certaines couleurs se
sont déplacées plus haut le long de la bande
par rapport à d’autres ? Qu’est-ce que le
résultat indique quant à la fabrication de
l’encre du/des feutre(s) ?)
 Si vous avez utilisé des feutres différents,
demandez-leur quelles sont les différences et
similitudes dans les déplacements des
couleurs et pourquoi ils pensent qu’il en est
ainsi.
 Comment se fait-il qu’une fois toutes ces
couleurs combinées dans l’encre du feutre ou
du marqueur, celle-ci semble noire à nos
yeux ? (Ne posez pas cette question si vous
pensez qu’elle n’est pas adaptée au niveau de
vos étudiants).
Figure EA-P5-1 : Mise en place de la chromatographie papier

GLOBE® 2005 Activité d’apprentissage : P5 : Etudier les pigments des feuilles - 4 Science du système terrestre
Evaluation formative de l’enquête
d’introduction
Données du carnet de science
Faites écrire et dessiner les étudiants sur les
points suivants :
 Leurs observations (Qu’est-il advenu de la
goutte d’encre lorsque l’eau s’est déplacée le
long de la bande ?).
 Pourquoi ils pensent que ce qu’ils ont
observé s’est produit (Pourquoi certaines
couleurs se sont déplacées plus haut le long
de la bande par rapport à d’autres ?).
 Dans quelles mesures les modèles de
déplacement des couleurs sont différents pour
des bandes marquées avec des feutres
différents et pourquoi il en est ainsi.
 Comment se fait-il qu’une fois toutes ces
couleurs combinées dans l’encre du feutre ou
du marqueur, celle-ci semble noire à nos
yeux ? (Ne posez pas cette question si vous
pensez qu’elle n’est pas adaptée au niveau de
vos étudiants).
Check-list des compétences scientifiques
Utilisez la check-list au cours de la leçon afin de
répertorier les capacités des étudiants au cours du
procédé scientifique.
Se préparer pour la séparation des
couleurs/pigments dans les feuilles
1. Découpez aux étudiants pourquoi les feuilles
sont feuilles (Voyez s’ils ont l’idée de la
chlorophylle, de la manière dont elle absorbe
toute les couleurs ou longueurs d’onde de la
lumière visible sauf le vert qu’elle réfléchit).
2. Découpez aux étudiants ce que l’automne et les
bananes peuvent avoir en commun.
3. Demandez aux étudiants s’ils pensent qu’il
existe d’autres pigments que la chlorophylle dans
les feuilles. Pourquoi pensent-ils cela ? Comment
peuvent-ils le démontrer ?
Exploration 2
Séparer les couleurs dans les feuilles
vertes avec la chromatographie
Les feuilles vertes peuvent être issues d’une
végétation qui change fortement de couleur à
l’automne. Par exemple, les feuilles d’érable
deviennent jaune brillant à l’automne alors que
les feuilles de chêne blanc deviennent marron
foncé. Ainsi, les feuilles d’érable seraient un
meilleur choix que le chêne blanc pour cette
expérience. Et les feuilles de bouleau seraient un
meilleur choix que les feuilles d’aulne. Cependant
les étudiants ne savent peut-être pas quelles
feuilles changent fortement de couleur à
l’automne. Ils peuvent en apprendre autant s’ils
choisissent des feuilles vertes d’une végétation
quelconque. Demandez aux équipes d’étudiants
de suivre les étapes suivantes :
1. Récoltez 2-3 grandes feuilles vertes fraîches.
Notez le lieu de la plante et, si vous la connaissez,
l’espèce de la plante.
2. Déchirez ou coupez les feuilles vertes en
morceaux aussi petits que possibles. Mettez les
morceaux de feuilles dans un verre ou un
container en plastique.
3. Etiquetez les containers avec un numéro ou le
nom de la feuille s’il est connu ainsi que le lieu de
la plante.
4. Ajoutez assez d’alcool à 90 pour recouvrir les
morceaux de feuilles. A l’aide d’une cuillère en
plastique, mélanger avec précaution mais
vigoureusement les feuilles dans l’alcool (les
feuilles peuvent également être écrasées avec un
mortier et un pilon si vous en avez).
Note de sécurité : L’alcool isopropyl à 90 peut
être dangereux s’il est mal utilisé ou mal placé.
Lisez et suivez soigneusement les consignes
d’utilisation inscrites sur la bouteille. Encadrez
les étudiants avec attention.
5. Couvrez le récipient de manière très lâche avec
un film plastique ou du papier d’aluminium.
Placez avec attention les récipients dans une
casserole plate contenant 3 - 4 centimètres d’eau
chaude du robinet.
Note de sécurité : L’eau chaude à plus de 66°C
peut rapidement causer de sévères brûlures.
6. Laissez les récipients dans la casserole pendant
au-moins une demi-heure, plus longtemps si
nécessaire, jusqu’à ce que l’alcool soit devenu
coloré (plus il est foncé, mieux c’est). Remuez
chaque récipient doucement toutes les 5 minutes.
Remplacez l’eau chaude dans la casserole si elle
refroidit. Les récipients couverts peuvent être
laissés ainsi toute une nuit et être utilisés plus tard
pour une chromatographie.
7. Découpez une longue bande fine (15 cm de
long par 2 cm de large) de filtre à café en papier
ou de papier à chromatographie pour chaque
récipient et étiquetez-le avec un nom de feuille ou
un code.
8. Retirez les récipients de la casserole et enlevez
les couvercles. Scotchez la bande de papier filtre

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ou de papier à chromatographie à un crayon.
Allongez le crayon sur le haut de chaque verre ou
récipient en plastique. Ajustez la longueur de
filtre papier en tournant le stylo sur lui-même de
sorte que l’extrémité de la bande de papier touche
juste l’alcool. L’alcool va se déplacer le long de
la bande de papier, embarquant les couleurs avec
lui.
9. Après 30-90 minutes (ou plus) ou après que
l’alcool ait atteint les trois quarts de la bande, les
couleurs parcourront des distances différentes le
long du papier. Différentes formes de verts, et
peut-être également de jaunes, d’orange ou de
rouge, suivant le type de feuilles, pourront être
observées sur le chromatogramme. Retirez la
bande de papier et posez-la sur une serviette en
papier pour la faire sécher, puis scotchez-la à du
papier bien blanc.
10. Examinez les bandes avec une loupe. Mesurez
les distances que chaque couleur a parcourues le
long du papier. Conservez les bandes de papier
pour comparer ces résultats avec ceux de
l’expérience suivante (Exploration 3).
Généralisation
1. Demandez aux étudiants d’écrire et de dessiner
leurs observations, et de partager et débattre de
leurs découvertes avec l’ensemble du groupe.
2. Demandez leurs quelles peuvent être les
raisons, d’après eux, que certaines molécules se
sont beaucoup déplacées et d’autres peu ? (Les
molécules de couleurs de plus grande taille et
ayant une adhérence plus élevée vont moins se
déplacer que celles de petite taille et de plus
faible adhérence).
3. Demandez aux étudiants ce qui, d’après eux,
peut être déduit en ce qui concerne les molécules
des pigments présents sur la bande ? (Les
molécules des différents pigments présents sur la
bande sont représentées par les couleurs visibles
sur la bande : vert pour la chlorophylle, jaune
pour la xanthophylle, orange pour le carotène).
4. Demandez aux étudiants ce qui peut-être déduit
si le vert est la couleur dominante sur la bande
(La chlorophylle est le pigment essentiel pour la
photosynthèse qui donne la couleur verte.
D’autres pigments peuvent devenir majoritaire
lorsque la quantité de chlorophylle diminue).
5. Demandez aux étudiants quels sont les
pigments secondaires de la photosynthèse. S’ils
ne se souviennent plus, demandez-leur dans
quelles mesures ils pensent que les feuilles sont
similaires aux bananes ou aux jaunes d’œufs.
(Elles contiennent du carotène et de la
xanthophylle qui leur donne la couleur
orange/jaune) Si cela convient au niveau des
étudiants, demandez-leur pourquoi certains
pigments sont dits secondaires ? (La chlorophylle
est le pigment clé de la photosynthèse car il
transfère directement l’énergie lumineuse qu’il
absorbe pour la photosynthèse. La xanthophylle
et le carotène, des exemples de pigments
secondaires, doivent passer l’énergie qu’ils
absorbent du soleil à la chlorophylle, et n’ont pas
une voie directe pour la photosynthèse.)
Evaluation formative
Données du carnet de science
Faites écrire et dessiner les étudiants sur les
points suivants :
 Leurs observations (Qu’est-il advenu
lorsque le mélange alcool/feuilles pilées s’est
déplacé le long de la bande de papier ?).
 Pourquoi ils pensent que ce qu’ils ont
observé s’est produit.
 Demandez aux étudiants de déduire quels
pigments sont susceptibles d’être présents
dans les feuilles à partir des couleurs visibles
sur la bande.
 Quels sont les pigments secondaires dans
les feuilles et pourquoi pensent-ils qu’ils sont
importants ?
Check-list des compétences scientifiques
Utilisez la check-list au cours de la leçon afin de
répertorier les compétences des étudiants au cours
du procédé scientifique.