Ci-dessus Image: Variété de feuilles de diverses pigmentations© nakornkhai, iStockphoto.com

Aperçu

La notion de chromatographie des pigments est présentée aux élèves. Ceux-ci collaborent ensuite pour réaliser une enquête consistant à séparer les pigments végétaux à l’aide de la chromatographie sur papier.

Développement des habiletés d’enquête

• Suivre une procédure avec précision et exactitude
• Capacité à élaborer des questions sous forme vérifiable
• Prédire
• Recueillir et consigner des données (chromatogrammes)

Développement de concepts

• Identifier les principaux pigments trouvés dans les feuilles des plantes et comprendre la fonction de chaque pigment
• Comprendre comment des mélanges peuvent être séparés en utilisant le processus de chromatographie

Connaissances et habiletés préalables

• Compréhension des composants de la matière (éléments, atomes et molécules) et du concept de mélanges
• Compréhension de base du processus de photosynthèse et du rôle de la chlorophylle dans ce processus
• Connaissance des notions de « question sous forme vérifiable » et « hypothèse »

Critères de réussite

• Les élèves élaborent des questions sous forme vérifiable appropriées.
• Les élèves effectuent soigneusement l’activité de chromatographie et utilisent efficacement le temps imparti.
• Les groupes d’élèves remplissent toutes les sections du résumé d’enquête.
• Les élèves participent activement aux discussions en classe.

Durée suggérée

Théorie

• 15 à 20 minutes de discussion en petits groupes
• Les lectures préparatoires peuvent se faire en dehors du cours

Action

• 10 minutes pour mettre en place le matériel et l’équipement
• 20 minutes pour exécuter la chromatographie
• 20 minutes pour l’analyse des données

Consolidation

• 15 à 20 minutes en classe pour discuter des résultats

Matériel

• Gobelets en plastique transparent – 2 par groupe
• Alcool isopropylique* – environ 10 ml par groupe
• Filtres à café, coupés en bandes de ~ 2,5 x 8 cm* – 2 par groupe
• Crayons, chevilles/brochettes en bois ou bâtonnets à café – 2 par groupe
• Pièces de monnaie (de 5 cents) – 1 par groupe
• Ruban adhésif* – 2 morceaux par groupe
• Chronomètre
• Lunettes de sécurité – 1 paire par élève
• Fiche d’information : Rôle des pigments chez les plantes – 1 par élève
• Fiche reproductible 1 : Résumé d’enquête sur la chromatographie des pigments végétaux – 1 par groupe doc pdf
• Fiche reproductible 2 : Instructions relatives à la chromatographie des pigments végétaux – 1 par groupe doc pdf

*Indique les matériaux consommables

Conseils pour réussir

• Il est fortement recommandé de former les groupes de travail avant la leçon pour gagner du temps.
• L’éducateur peut demander aux élèves de lire des documents de base ou de regarder des vidéos avant le cours pour se préparer à discuter de l’enquête en classe.
• Montrer comment calculer la valeur Rf (rapport frontal ou facteur de rétention) pour les pigments en utilisant les bandes de chromatographie finales.

Théorie

Introduction à l’enquête

Étape 1

Demander aux élèves de lire la fiche d’information Rôle des pigments chez les plantes avant le cours.

Étape 2

Former des groupes de 2 à 4 élèves et distribuer un exemplaire de la Fiche reproductible 1 : Résumé d’enquête sur la chromatographie des pigments végétaux à chacun des groupes.

Étape 3

Demander à chaque groupe d’élèves d’élaborer une question sous forme vérifiable pour une enquête consistant à comparer les pigments de deux échantillons de feuilles en utilisant la chromatographie sur papier (p. ex., comparer les types ou les quantités de pigments, etc.). Demander également à chaque groupe d’élèves de formuler une hypothèse basée sur leur question d’enquête.

Activité facultative : Inviter les élèves à réaliser la stratégie d’apprentissage Lancer de dés contenant des questions sous forme vérifiable ou à lire le document Poser des questions sous forme vérifiable dans la section Processus scientifique de Tomatosphère^MC, s’ils ont besoin de s’exercer à élaborer des questions sous forme vérifiable.

Action

Mener l’enquête : Chromatographie des pigments végétaux

Étape 1

Distribuer le matériel à chaque groupe. Chaque groupe travaillera avec DEUX feuilles – UNE feuille de Tomatosphère^MC de chacun des DEUX groupes de traitement. Si vous n’utilisez pas les plantes Tomatosphère^MC, donnez deux types de feuilles différents à chaque groupe.

Étape 2

Fournir à chaque groupe un exemplaire de la Fiche reproductible 2 : Instructions relatives à la chromatographie des pigments végétaux ou projeter les instructions sur un écran en utilisant la technologie disponible dans votre classe.

Étape 3

Se familiariser avec le processus de chromatographie et les conseils pour réussir, comme indiqué ci-dessous :

1. Demander aux élèves de tracer une ligne au crayon sur la bande de papier filtre à 2 cm d’une des extrémités. C’est la ligne d’origine – elle représente l’endroit d’où les pigments commencent au début de l’expérience (figure 1). En cas d’utilisation de stylos ou de marqueurs, les pigments contenus dans l’encre se dissoudront aussi et se déplaceront le long du papier; les élèves DOIVENT donc utiliser un CRAYON. De plus, demander aux élèves d’utiliser un crayon pour inscrire le nom de l’échantillon à l’autre extrémité de la bande de papier. Pour les échantillons de Tomatosphère^MC, indiquer le groupe de graines d’où provient la feuille (p. ex., feuille du groupe A ou du groupe B) (figure 1).

Remarque : En fonction de la hauteur du gobelet, les élèves devront peut-être ajuster la façon dont la bande de papier est collée au crayon ou au bâtonnet à café. Demander aux élèves de faire un essai avant de commencer l’expérience afin qu’ils sachent où fixer la bande de papier.

2. Demander aux élèves de placer l’une des deux feuilles sur la bande de papier de façon à ce que la feuille couvre la ligne tracée au crayon (figure 2).
3. Les élèves font ensuite rouler doucement une pièce de monnaie d’un côté à l’autre de la feuille pour transférer une « tache » de pigments de la feuille à la bande de papier (figure 2). Laisser les pigments sécher pendant une minute, repositionner la feuille et répéter ce processus de transfert de pigments 3 à 4 fois jusqu’à ce qu’une bande foncée de pigments soit transférée sur le papier (figure 3).
4. Demander aux élèves d’étiqueter leurs gobelets afin qu’ils sachent quel échantillon de feuilles est testé dans chaque gobelet (figure 4). Lorsque les gobelets et les bandes de papier sont prêts, ajouter environ 2,5 cm d’alcool isopropylique dans le fond de chaque gobelet (figure 4). C’est le solvant. L’alcool dissoudra les pigments végétaux, ce qui permettra aux molécules des pigments de se déplacer vers le haut du papier filtre.

Remarque : S’assurer que les élèves font attention de ne pas bousculer ou déplacer le papier alors que l’expérience est en cours .

5. Demander aux élèves de coller chaque bande de papier sur un crayon ou sur un bâtonnet à café avec du ruban adhésif (figure 5).
6. Demander aux élèves de faire délicatement descendre la bande de papier dans le gobelet. Les pigments de l’échantillon de feuilles doivent rester au-dessus de l’alcool isopropylique. Rappeler aux élèves de faire attention à ne pas plonger la bande de pigment dans l’alcool; les pigments se dissoudraient dans l’alcool et les élèves perdraient alors leur échantillon! Le bâtonnet à café devrait reposer sur le bord du gobelet pour maintenir la bande de papier en position verticale. La bande de papier ne doit pas toucher le côté du gobelet (figure 6).

Étape 4

Les élèves répètent les étapes « a » à « f » pour le deuxième échantillon de feuille. Pour gagner du temps, il est préférable de préparer tous les échantillons, puis de les tester en même temps dans des gobelets séparés. Le processus de chromatographie prend environ 30 à 40 minutes à se réaliser (l’alcool remonte environ les ¾ de la bande de papier).

Étape 5

Une fois la chromatographie terminée, demander aux élèves de retirer soigneusement les bandes de papier filtre et de les étendre sur la Fiche reproductible 1 : Résumé d’enquête sur la chromatographie des pigments végétaux pour les laisser sécher. Les bandes de papier doivent être retirées de l’alcool avant que le solvant n’atteigne le haut des bandes.

Étape 6

Les élèves devraient immédiatement inscrire la position et la couleur de chaque bande (p. ex., vert clair, vert foncé, etc.) sur la Fiche reproductible 1. Ils devraient également noter la position de la ligne de crayon et la hauteur atteinte par le solvant sur le papier filtre (c.-à-d., le plus haut point mouillé sur le papier) – c’est ce qu’on appelle le front du solvant.

Étape 7

Demander aux élèves d’inscrire leurs observations et leurs conclusions sur la Fiche reproductible 1. Les bandes de chromatographie (chromatogrammes) devraient ressembler à celles qui se trouvent ci-dessous.

Consolidation

Pigments végétaux

Étape 1

À la fin de l’expérience, revoir les résultats et les conclusions que les élèves ont inscrits sur la Fiche reproductible 1. Les élèves devraient voir trois ou quatre bandes distinctes de couleurs différentes sur leurs chromatogrammes :

1. Les xanthophylles ont parcouru la plus petite distance (plus proche du point d’origine) et sont de couleur jaune.
2. La chlorophylle b se trouve juste au-dessus des xanthophylles et a une couleur jaune-vert.
3. La chlorophylle a a parcouru la distance la plus longue (plus proche du front du solvant) et est de couleur bleu-vert.

Étape 2

Inviter les élèves à discuter des résultats en lien avec les questions sous forme vérifiable et les hypothèses qu’ils ont élaborées au début de l’activité.

Étape 3

Demander aux élèves de remplir l’activité de prolongement de l’apprentissage au bas de la Fiche reproductible 1. En classe, partager et comparer les résultats des calculs du rapport frontal (Rf).

• La distance exacte parcourue par chaque pigment sur la bande de chaque groupe peut varier, mais les valeurs Rf pour les mêmes pigments devraient être très proches si l’on utilise le même solvant.
• Ensuite, discuter de la relation entre les distances parcourues par les molécules pigmentaires et leur taille relative.

Prolongement

• Répéter l’activité en utilisant différents types de feuilles ou des feuilles de différentes parties de la même plante.

Information supplémentaire

Ressources de Parlons sciences :

• La lumière et les plantes (fiche d’information de Tomatosphère^MC)
  Cette fiche d’information explique l’influence des diverses conditions de luminosité sur la photosynthèse.
• Chromatographie sur couche mince (vidéo sur Tomatosphère^MC)
  Tout savoir sur la méthode pour maîtriser la chromatographie sur couche mince.
• Chromatographie sur papier et sur couche mince | Fuseschool + Unisciel (vidéo sur Tomatosphère^MC)
  Cette vidéo (3:31 min) explique la théorie relative à la chromatographie sur papier et en couche mince, y compris la façon de calculer le rapport frontal (Rf).
• Les effets de la lumière sur les plantes (vidéo sur Tomatosphère^MC)
  Les chercheurs de la Faculté des Sciences de l’Université de Liège abordent les différents effets de la lumière dans le développement des plantes.
• Recherche à l’aide du mot-clé « photosynthèse » sur ExploreCurioCite.org
• Recherche à l’aide des mots-clés « processus des plantes » sur ExploreCurioCite.org
• Communiquer avec un site local du programme Sensibilisation Parlons sciences pour présenter des activités pratiques dans votre classe.

L’équipe de Tomatosphere^MC souhaite collecter des modèles et des photos de ses stratégies d’apprentissage en action. Merci d’envisager de nous transmettre les vôtres à : tomatosphere@parlonssciences.ca.