Grâce à leurs racines, les végétaux puisent dans le sol l'eau et les minéraux nécessaires à leur croissance. De la même façon, ils filtrent différents polluants présents dans le sol et les eaux usées (pesticides, surplus de nitrate, de phosphate...). Certaines plantes sont également capables d'extraire et d'accumuler des métaux lourds (cuivre, mercure, zinc, fer, plomb…) !
Difficulté
Facile
Durée
1 jour(s)
Disciplines scientifiques
Science de la vie, Physique
Introduction
Comment l'eau, les minéraux, les polluants circulent-ils dans les végétaux ? Et qu’est-ce que cela permet-il ? C’est ce que tu vas découvrir à travers cette expérience !
- Matériel et outils
Couteau 
Près d'un habitant humain de la Terre sur 6 utilise des couteaux à une seule dent (il utilise également des fourchettes à une dent). En général il est est chinois (ou japonais) et appelle son couteau de la même manière que sa fourchette : une baguette.
Colorant 
Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.
En chimie, les groupement d'atomes dont l'absorption lumineuse cause la couleur s'appelle un chromophore. Un colorant soluble se désigne comme teinture, sinon c'est un pigment.
Dans les techniques d'application, comme la pharmacie ou la cuisine, un colorant peut contenir une combinaison de molécules solubles et de particules insolubles. En biologie, on parle de pigments plus que de colorants, dans tous les cas. Verre 
Un verre est un récipient utilisé pour boire de forme tubulaire, dont les parois sont solidaires et hermétiques. Il est destiné à recevoir des liquides. Il est constitué d'une paraison (corps ou contenant du verre), d'une jambe et d'un pied. Le terme désigne aussi, par métonymie, le contenu de ce récipient : on dit qu'on "boit un verre d'eau".
Eau 
L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.
Planche à découper 
Planche à découper
Celeri branche 
Le céleri est une plante herbacée bisannuelle de la famille des Apiacées, cultivée comme plante potagère pour ses feuilles et sa racine tubérisée consommées comme légumes. (Source : Wikipédia)
Sac plastique 
Un sac plastique est un sac léger fabriqué en matière plastique (éventuellement biodégradable) destiné à accueillir divers types de contenu, alimentaire ou non. Les sacs portent différents noms en fonction de l'usage auquel ils sont destinés ; on distingue notamment le sac poubelle, le sac de caisse, offert, vendu ou prêté par les commerces pour le transport des achats, le sac sous vide, le publisac, etc.
Elastique 
Un élastique est un fil, une bande ou un ruban court(e) en caoutchouc (ou dont une partie est en caoutchouc), de forme généralement circulaire.
Étape 1 - Réunir le matériel
Pour commencer, rassemble le matériel nécessaire à l'expérience :
- un verre
- une planche à découper
- un couteau
- de l’eau
- du colorant alimentaire de couleur vive (rouge, bleu ou vert) ou de l’encre rouge ou bleu foncé
- une branche de céleri avec des feuilles
- 2 sacs en plastique transparents
- 2 élastiques
Si tu as, tu peux utiliser aussi :
- 2 verres
- de l’argile en poudre
- du sel
- du papier essuie-tout
Étape 2 - Préparer l'expérience
- Ajoute du colorant alimentaire ou de l’encre dans un verre d’eau.
- Fais tremper la branche de céleri dans l’eau colorée.
- Avec un sac plastique, enferme hermétiquement une feuille attachée à la branche de céleri à l’aide d’un élastique.
- Enferme juste de l’air avec un autre sac et ferme-le hermétiquement, de la même façon.
- Observe régulièrement le céleri et les sacs plastiques.
- Attends le lendemain pour réaliser la suite de l’expérience.
Étape 3 - Réaliser la manipulation
- Sur la planche à découper, coupe une petite lamelle du bas du céleri à l'horizontale puis une autre lamelle à la verticale. Que remarques-tu ?- Observe les feuilles du céleri : que vois-tu ?
- Observe également les deux sacs plastiques. Que se passe-t-il sur leurs parois ? Voit-on la même chose sur les parois des deux sacs ? Pourquoi ? À quoi sert le sac vide ?
Tu peux compléter cette expérience en la reproduisant avec des fleurs blanches. Après les avoir trempées quelques jours dans l’encre ou le colorant alimentaire, tu pourras voir les pétales se colorer !
Étape 4 - Pour aller plus loin
Découvre le rôle des racines :
- Dépose de l’argile en poudre dans un verre et mélange-la avec du sel.
- Verse de l’eau pour obtenir un mélange liquide (ce mélange représente la terre d’un sol).
- Tords une bande de papier essuie-tout et plonge-la dans ce mélange (cette bande de papier représente une racine d’une plante).
- Fais pendre l’autre bout de la bande de papier essuie-tout au-dessus d’un verre vide (qui représente la plante).
- Au bout d’1 heure, trempe ton doigt dans l’eau qui s’est déversée dans ce verre. Quel goût a-t-elle ?
- Si tu ne veux pas goûter l’eau, tu peux la laisser s’évaporer, puis observe ce qu’il reste au fond du verre !
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
On observe que :
Étape 3 :
- les nervures du céleri commencent à se colorer. Au fil du temps la coloration va s'étendre tout le long de la branche.
- sur la lamelle coupée à l’horizontale, des petits ronds de couleur apparaissent et sur la lamelle coupée à la verticale, on observe des lignes de couleur.
- sur la branche de céleri, les feuilles sont tachées de points de couleur. Suivant la condition dans laquelle le céleri se trouve, la coloration des feuilles peut prendre 1 à 2 jours.
- des petites gouttes d'eau transparentes (non colorées) apparaissent à l'intérieur du sac qui entoure la feuille. Un peu de buée peut apparaître dans le second sac qui ne contient que de l'air.
Étape 4 :
- L'eau que l’on goûte est salée !
- Ou on observe des traces de sel dans le verre, une fois l’eau évaporée !
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
- Il faut qu'il y ait une quantité assez importante de colorant ou d'encre pour que l'expérience fonctionne correctement.
- Pour que l'expérience se fasse plus rapidement, il est préférable d'assécher d'abord le céleri en le plaçant, par exemple, au soleil pendant 1 ou 2 heures. Le céleri sera alors déshydraté et l'observation sera plus rapide (environ 1h30).
Explications
Étape 3
- La coupe horizontale montre des petits ronds colorés, la coupe verticale, des lignes colorées : l'eau colorée a été transportée par les petits tubes contenus dans la plante, appelés « vaisseaux capillaires ». Ce mode de transport d'un liquide (montée naturelle d’un liquide dans des tous petits vaisseaux) est appelé capillarité.
- La buée observée dans le second sac plastique est formée par l'air emprisonné. Ce sac sert de témoin à l'expérience. Les gouttes observées dans l'autre sac, plus nombreuses et plus grosses, proviennent un peu de la buée (comme dans le sac témoin), mais surtout de la feuille. L'eau s'évapore donc des feuilles dans l'air : c'est la transpiration de la plante. Ces gouttes d'eau sont transparentes : la plante a stocké les pigments colorés et a restitué une eau pure.
Étape 4
- Le papier (représentant la racine) a absorbé l'eau contenue dans le sol (mélange d’argile et de sel), qui s'est déversée dans second verre (représentant la plante). Dans son trajet, l'eau a entraîné avec elle tout ce qui pouvait passer par les trous minuscules du papier. C'est pourquoi nous retrouvons le sel, dissout dans l’eau, mais pas l’argile. De la même manière, les racines servent aux plantes pour absorber l'eau et différents minéraux du sol.
Les végétaux jouent un rôle important dans le cycle de l'eau. La transpiration couplée au phénomène de capillarité permet à l'eau de circuler à travers les plantes et d'être évaporée dans l'atmosphère. La plante peut ainsi se nourrir, mais aussi capter certains polluants et les stocker ou les dégrader.
Plus d'explications
Cette expérience montre qu'une plante se nourrit grâce à des phénomènes couplés, dont la transpiration des plantes et l'effet de capillarité (montée naturelle de certains liquides (dont l'eau) dans des canaux de très petit diamètre).
- La tige des fleurs et des plantes est constituée de plusieurs canaux minuscules (les vaisseaux capillaires). Chaque petit vaisseau est relié à une partie précise d'un pétale ou d’une feuille. Ainsi, les vaisseaux qui plongent dans l'eau colorée conduisent cette eau par capillarité à toutes les extrémités des plantes (feuilles, fleurs). (A noter que la capillarité est directement liée à un autre phénomène physique : la tension superficielle).
- De plus, l’eau est évacuée au niveau des feuilles sous forme de très fines gouttelettes (elle s'évapore) : cela assure la montée de l’eau au sein de la plante.
À ces phénomènes peut s’ajouter, au niveau des racines des plantes, celui de l’osmose : échange d’eau qui se met en place entre deux milieux séparés par une membrane, l’eau circulant du milieu contenant le moins de sel vers le milieu contenant le plus de sel.
Il permet l'absorption de l’eau et des minéraux dissous du sol par les racines. Découvre le phénomène d’osmose à travers cette expérience.
Applications : dans la vie de tous les jours
Selon leur fonctionnement, les végétaux filtrent des polluants minéraux (nitrates...), organiques (pesticides...) et parfois des métaux lourds (cuivre, mercure, zinc, cadmium, fer, plomb...). Certaines plantes (tournesol, pissenlit, colza, orge, ortie, peuplier...), « hyper accumulatrices » d'un ou plusieurs métaux lourds, sont utilisées dans la décontamination de sols pollués. À maturité, elles sont récoltées, incinérées, et une partie des métaux peut être retraitée, puis réutilisée.
Les nombreux micro-organismes (champignons et bactéries) qui se développent autour des racines des plantes sont d'un grand secours dans la dégradation des polluants de l'eau et du sol, dont les hydrocarbures. La qualité de l'eau et des sols est donc préservée grâce à la biodiversité (végétale et microscopique).
C'est pourquoi aménager un couvert forestier près des rivières et des sites de prélèvement pour l'eau potable est un excellent moyen d'en limiter la pollution. En plus de filtrer les polluants, la litière forestière limite la pollution de l'eau en bloquant les sédiments et réduisant l'érosion des sols.
C'est par exemple le cas pour la ville de New York (USA) qui a revu sa gestion de traitement des eaux. Elle a restauré et protégé 5000 km² de vallées cultivées et de montagnes couvertes de forêts, pour garantir durablement la bonne qualité de l'eau qui alimente la ville. Et le tout pour un investissement de 1,5 milliard de dollars, alors que la construction d'une usine de traitement des eaux aurait coûté entre 6 et 8 milliards de dollars ! La nature fait parfois beaucoup économiser !
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Éléments pédagogiques
Objectifs pédagogiques
Découvrir le phénomène capillarité.
Découvrir comment l'eau circule dans les végétaux.
Découvrir comment les végétaux sont impliqués dans la dépollution des sols et des eaux usées.
Sources et ressources
Mallette « Biodiversité » APD/MNHN - Parcours 3 - Activité 7 (Quand les végétaux se chargent de la pollution). 2011.
Les échanges d'eau par la plante. http://s1.e-monsite.com/2009/04/28/20088206absorption-de-l-eau-pdf.pdf
Dernière modification 2/07/2020 par user:Audrey LRSY.
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