TP virtuel sur l'osmose : bâtonnets de pomme de terre

Ce TP virtuel sur l'osmose suit le TP obligatoire d'AQA GCSE sur l'osmose dans les tissus végétaux et la partie pomme de terre de l'investigation sur la diffusion et l'osmose d'AP Biology. Six bâtonnets de pomme de terre trempent dans des solutions sucrées de 0,0 à 1,0 mol/dm³. Les élèves notent les masses initiales et finales, calculent la variation de masse en pourcentage, la représentent en fonction de la concentration et lisent la concentration pour laquelle la masse ne change pas. Ils repartent avec un tableau de résultats complet, un graphique qui coupe nettement l'axe à zéro et une estimation de la concentration du suc cellulaire de la pomme de terre. Tous les nombres ci-dessous ont été lus dans la simulation.

Liens avec les programmes

• AQA GCSE Biology : point 4.1.3.2 du programme, osmose, et son TP obligatoire sur l'effet d'une gamme de concentrations de solutions salées ou sucrées sur la masse d'un tissu végétal.
• AP Biology : Unit 2 (Cell Structure and Function), topic 2.8, tonicité et osmorégulation (ENE-2), et l'investigation AP sur la diffusion et l'osmose. Le prolongement ci-dessous ajoute le calcul du potentiel hydrique demandé en AP.
• Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez : « Des bâtonnets de pomme de terre trempent dans des solutions sucrées à 0,0 ; 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 et 1,0 mol/dm³. Lesquels vont prendre de la masse ? » Les élèves choisissent les six, seulement 0,0 et 0,2, seulement 0,8 et 1,0, ou aucun, et donnent une raison. Sur un lien de classe, c'est la question 1 ; la simulation se débloque une fois qu'ils ont répondu.

Protocole dans la simulation

1. Choisissez Bâtonnets de pomme de terre dans le menu Mode sous la simulation.
2. Vérifiez les curseurs : Température 25 °C, Suc cellulaire 0,30 mol/dm³, Côté du bâtonnet 5 mm. Ce sont les valeurs par défaut.
3. Appuyez sur Réinitialiser. Les bâtonnets trempent à raison de 5 minutes par seconde jusqu'à « Trempage : 180 min », soit environ 36 secondes. Le tableau se remplit pendant le trempage.
4. Recopiez dans votre tableau la masse initiale et la masse finale (« Masse actuelle ») de chaque bécher.
5. Calculez la variation de masse en % = (masse finale − masse initiale) ÷ masse initiale × 100. Comparez votre réponse avec la colonne Variation.
6. Touchez chaque bécher et notez l'état de ses cellules : turgescentes, flasques ou plasmolysées.
7. Tracez la variation de masse en % en fonction de la concentration en sucre et lisez où la courbe coupe zéro.
8. Appuyez sur Réinitialiser pour un second essai. Les masses changent un peu à chaque essai, car la simulation ajoute de petites erreurs de pesée. Faites la moyenne des deux essais.

Sucre (mol/dm³)	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Masse initiale (g)
Masse finale (g)
Variation de masse (%)
Cellules

Résultats attendus

Chaque bâtonnet pèse au départ environ 1,3–1,4 g. Un essai a donné :

Sucre (mol/dm³)	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
Initiale → finale (g)	1,33 → 1,51	1,38 → 1,47	1,33 → 1,28	1,33 → 1,21	1,35 → 1,16	1,34 → 1,11
Variation (%)	+13,5	+6,5	−3,8	−9,0	−14,1	−17,2
Cellules	turgescentes	turgescentes	flasques	plasmolysées	plasmolysées	plasmolysées

Les valeurs moyennes sans erreurs de pesée sont +13,1 ; +5,8 ; −4,0 ; −9,9 ; −14,1 et −17,1 %. La courbe n'est pas une droite : elle s'aplatit aux deux extrémités. La paroi cellulaire empêche les cellules turgescentes de gonfler beaucoup plus, et les cellules plasmolysées ont de moins en moins d'eau à perdre.

La courbe coupe zéro vers 0,32 mol/dm³ : de 0,31 à 0,33 dans nos essais, et presque toujours entre 0,30 et 0,34. À cette concentration, il n'y a pas d'osmose nette : elle donne donc une estimation de la concentration du suc cellulaire de la pomme de terre. Le curseur Suc cellulaire est réglé sur 0,30 : les élèves peuvent vérifier à quel point leur estimation est proche.

Questions pour les élèves

1. Prédiction : quels bâtonnets vont prendre de la masse ?
2. Quelles variables doivent être identiques pour les six bâtonnets ?
3. Réglages par défaut, 180 min. Calculez la variation de masse en % du bâtonnet placé dans 1,0 mol/dm³.
4. À quelle concentration en sucre votre graphique coupe-t-il zéro ?
5. Pourquoi compare-t-on la variation de masse en pourcentage plutôt que la variation de masse ?

Réponses pour l'enseignant :

1. Seulement les bâtonnets dans 0,0 et 0,2 mol/dm³.
2. La largeur du bâtonnet, la durée du trempage et la température.
3. Environ −17 % (accepté de −20 % à −14,5 %).
4. Environ 0,32 mol/dm³ (accepté de 0,27 à 0,37).
5. Les bâtonnets n'ont pas tous la même masse au départ : les pourcentages permettent de les comparer équitablement.

Idées fausses fréquentes

• « Le sucre entre dans la pomme de terre. » La membrane retient le sucre. Seule l'eau se déplace, par osmose.
• « L'eau va là où il y a le plus d'eau. » L'eau va d'une solution diluée (potentiel hydrique plus élevé) vers une solution plus concentrée.
• « Les cellules végétales éclatent dans l'eau pure. » La paroi cellulaire les en empêche. Les cellules deviennent turgescentes et le gain de masse se stabilise.

Prolongement

• Potentiel hydrique (AP). Prenez le point où la courbe coupe zéro comme concentration du suc cellulaire et calculez le potentiel osmotique ψs = −iCRT, avec i = 1, R = 0,0831 L·bar/(mol·K) et T = 298 K. Pour 0,32 mol/dm³ : ψs = −(1)(0,32)(0,0831)(298) ≈ −7,9 bar. En ce point, le potentiel hydrique des cellules est égal à celui de la solution.
• Vitesse de l'osmose. Réglez le côté du bâtonnet sur 10 mm et recommencez. La constante de temps passe de τ ≈ 20 min à τ ≈ 80 min, et après 180 min, le bâtonnet dans 1,0 mol/dm³ n'a varié que d'environ −15 %. Demandez pourquoi les bâtonnets plus épais mettent plus longtemps à atteindre une masse stable.

Questions fréquentes

Pourquoi chaque essai donne-t-il des masses un peu différentes ?

La simulation ajoute de petites erreurs de pesée et donne à chaque bâtonnet une masse initiale légèrement différente, comme dans un vrai TP. C'est pourquoi le jeu de questions accepte une plage de valeurs, et pourquoi deux essais et une moyenne valent la peine.

Les élèves peuvent-ils trouver une concentration de suc cellulaire inconnue ?

En partie. Vous pouvez régler une autre valeur de suc cellulaire dans les valeurs de départ de votre lien de classe, par exemple 0,26 mol/dm³. Mais le curseur Suc cellulaire affiche toujours la valeur dans la simulation : considérez-la comme une vérification, pas comme un secret.

Y a-t-il aussi un modèle de membrane ?

Oui. La même simulation propose les modes Diffusion à travers une membrane et Osmose de l'eau, qui montrent les particules. Ils font une bonne introduction courte avant les bâtonnets de pomme de terre.

Voir aussi

Diffusion à travers la membrane et osmose dans les cellules Intensité de la photosynthèse – lumière, CO₂, température et point de compensation

Pour une structure de séance complète autour d'une relation mesurée comme celle-ci, voir créer une activité de laboratoire virtuel. Pour utiliser la prédiction sur la pomme de terre en discussion de classe, voir prédire, observer, expliquer avec des simulations.