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Rôle du CO2 dans la synthèse de matière organique (nouveau programme de Seconde)

dimanche 29 août 2010, par Nicolas Martin

- Partie du programme
Connaissances Capacités et attitudes
Thème 2 Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol

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, à l’échelle de la planète, l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère.

Objectifs et mots clés. Photosynthèse, productivité primaire, biomasse. (Collège. Première approche de la nutrition des végétaux ; réseau alimentaire.) [Limites. Aucun mécanisme cellulaire ou moléculaire n’est attendu.]

Établir, à l’aide d’arguments expérimentaux, les grands éléments de bilan de la photosynthèse.
- Situation initiale
  • Les êtres vivants se caractérisent par leur richesse en eau et en matière carbonée.
  • Le carbone © est l’élément dont le taux d’enrichissement est le plus élevé pour créer de la matière organique (l’azote est le deuxième).
  • Les végétaux sont à la base des chaînes alimentaires, ce sont donc eux qui prélèvent le carbone dans l’environnement.

Problématique  : quel est l’origine du carbone nécessaire à la synthèse de matière organique de la plante ?

Donnée : Les plantes surnommées « filles de l’air » (tillandsia) sont des végétaux qui peuvent vivre sur un support qui ne leur apporte pas de source nutritive (exemple : fils électriques).

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Ces végétaux ne peuvent se fournir en carbone qu’avec l’atmosphère, or l’atmosphère contient du carbone sous forme de CO2 donc Hypothèse les végétaux sont capables d’utiliser le CO2 de l’atmosphère pour produire de la biomasse.

Expérience : si l’hypothèse est vraie alors on va tester l’une des conséquences : L’absence de CO2 devrait empêcher la fabrication de biomasse (matière organique).

Note  : l’ hydroxyde de potassium ( KOH) absorbe très rapidement le CO2.

- Matériel
  • On préférera utiliser la lentille d’eau (lemna minor)qui pousse plus vite que les filles de l’air.
  • Un milieu de culture avec du KNOP dilué à 25% peut suffire.
  • Pot de confinement : type "petit pot de confiture".
  • Pot de culture : type "pot de yaourt" en verre.
  • Même nombre de feuilles de lentilles d’eau dans chaque pot, mais dont évalue la biomasse initiale et une semaine après la mise en culture, grâce à une mesure de la surface foliaire (avec une photo et Mesurim).

Schéma du montage :

- Actualisation

a) Analyse critique : il aurait été plus précis de mesurer la matière sèche, et non la matière fraîche qui contient surtout de l’eau.

b) Bilan : le végétal produit sa matière organique grâce au CO2 de l’atmosphère, à l’eau et à l’énergie lumineuse : c’est la photosynthèse.

En utilisant du CO2 dont le carbone est radioactif on peut montrer que le CO2 a servi à fabriquer du glucose (C6H12O6).

CO2 + H2O -> C6H1206 + ???

Si on veut équilibrer l’équation : 6CO2 + 6H2O -> C6H1206 + ?6O2 ?

Ce que l’on peut vérifier grâce à un TP EXAO avec des sondes à CO2 et O2

c) Perspectives  :

  • Le glucose pourra servir à fabriquer d’autres molécules carbonées, exemple : amidon, cellulose..
  • Les hétérotrophes vont exploiter le glucose par respiration et récupérer de la matière carbonée ainsi que l’énergie chimique issue de la conversion de l’énergie solaire.
- Intérêt pédagogique

1) Ce TP peut être couplé avec celui sur le prélèvement de l’azote dans le milieu car il utilise le même type de matériel, la classe peut alors être organisée en ateliers. Ce qui permet de faire un bilan du fonctionnement d’un végétal : il prélève le carbone grâce à ses feuilles, et l’azote grâce à ses racines(ce qui se retrouvera dans l’étude des sols). Voir l’article correspondant

2) Ce type de TP permet de visualiser la formation de biomasse.

3) Ce type de TP valorise, dans la démarche expérimentale, la nécessité de ne faire varier qu’un seul facteur, la conception d’un protocole, le travail individuel et collectif (échantillonnage).

Nicolas Martin, lycée Léopold Sédar Senghor de Magnanville



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