TP virtuel sur la transpiration : lumière, humidité, vent

Ce TP virtuel sur la transpiration correspond à l'investigation sur la transpiration d'AP Biology et couvre le travail pratique de GCSE sur les facteurs qui influent sur la vitesse de transpiration. Les élèves mettent en place un témoin, puis changent un seul facteur du milieu à la fois : le vent, l'humidité de l'air, la lumière et l'eau du sol. Ils notent la vitesse de transpiration et l'ouverture des stomates, et expliquent chaque résultat par les stomates et le gradient de vapeur d'eau. Une séance donne quatre séries de données, un calcul de variation en pourcentage et un lien clair entre la perte d'eau et l'absorption de CO₂.

Liens avec les programmes

• AP Biology Investigation 11, Transpiration. Elle s'appuie sur l'Unit 2 (Topic 2.8, tonicité et osmorégulation : l'eau suit le gradient de potentiel hydrique) et sur les pratiques scientifiques de conception d'expérience et d'analyse de données.
• AQA GCSE Biology 4.2.3.2 (système d'organes de la plante) : l'effet de l'humidité, du mouvement de l'air et de l'intensité lumineuse sur la vitesse de transpiration, et le rôle des stomates et des cellules de garde.
• NGSS HS-LS1-3 (standard américain) : des mécanismes de rétroaction maintiennent l'homéostasie. Ici, les stomates se ferment quand le sol s'assèche.

Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction, sur papier ou comme question 1 du lien de classe :

« Une plante est en pleine lumière, dans un sol humide. Un ventilateur fait passer la vitesse du vent de 0 à 4 m/s. Que devient la vitesse de transpiration ? »

Beaucoup d'élèves s'attendent à aucun changement (« le vent n'ouvre pas les stomates ») ou à une baisse (« le vent refroidit la feuille »). Ne les corrigez pas encore.

Protocole dans la simulation

L'affichage sous la plante indique l'ouverture des stomates, la vitesse de transpiration en g/dm²/heure et le bilan hydrique. Le modèle ne comporte aucun hasard : chaque groupe obtient les mêmes nombres.

1. Réglez les conditions témoins : Lumière 100 %, Humidité 40 %, Vent 0 m/s, Sol 70 %. Notez la vitesse.
2. Vent : changez seulement le Vent à 1, 2, 4, 6 et 8 m/s. Notez à chaque fois la vitesse et le bilan hydrique. Ramenez le Vent à 0.
3. Humidité : changez seulement l'Humidité à 20, 60, 80 et 100 %. Ramenez-la à 40 %.
4. Lumière : changez seulement la Lumière à 0 et 50 %. Ramenez-la à 100 %.
5. Eau du sol : changez seulement le Sol à 45, 35, 25 et 5 %. Notez aussi l'ouverture des stomates.
6. Tracez chaque série : la vitesse en fonction du facteur, avec le point témoin sur chaque graphique.

Facteur modifié	Réglage	Ouverture des stomates (%)	Vitesse de transpiration (g/dm²/heure)
Aucun (témoin)	L 100, H 40, V 0, S 70
Vent (m/s)	1 / 2 / 4 / 6 / 8
Humidité (%)	20 / 60 / 80 / 100
Lumière (%)	0 / 50
Sol (%)	45 / 35 / 25 / 5

Résultats attendus

Toutes les valeurs viennent de la simulation avec les réglages ci-dessus. La vitesse témoin est de 1,44 g/dm²/heure, avec les stomates ouverts à 100 %.

Vent (m/s)	0	1	2	4	6	8
Vitesse	1,44	1,94	2,45	3,46	4,46	5,47

Humidité (%)	20	40	60	80	100
Vitesse	1,92	1,44	0,96	0,48	0,00

Sol (%)	70	45	35	25	5
Ouverture des stomates (%)	100	100	75	50	0
Vitesse	1,44	1,44	1,08	0,72	0,00

• Le vent augmente la vitesse de façon linéaire : 4 m/s donne 140 % de plus qu'en air calme. À partir de 2 m/s, le bilan hydrique devient négatif : la feuille perd de l'eau plus vite que les racines ne l'apportent.
• L'humidité diminue la vitesse de façon linéaire, jusqu'à zéro dans un air saturé : il n'y a plus de gradient de vapeur.
• La lumière ouvre les stomates : 0 % donne 0,00 ; 50 % donne 0,72, soit la moitié du témoin.
• L'eau du sol n'a aucun effet tant qu'elle ne descend pas sous 45 %. Ensuite, les stomates se ferment, même en pleine lumière.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Que devient la vitesse de transpiration quand le vent passe de 0 à 4 m/s ?
2. Quand vous testez la vitesse du vent, quelles conditions doivent rester identiques ?
3. Dans les conditions témoins, quelle est la vitesse de transpiration ?
4. De quel pourcentage la vitesse augmente-t-elle quand le vent passe de 0 à 4 m/s ?
5. Pourquoi abaisser l'eau du sol à 25 % divise-t-il la vitesse par deux en pleine lumière, et que coûte-t-il à la plante ?

Réponses pour l'enseignant : (1) Elle augmente, de 1,44 à 3,46 g/dm²/heure. (2) La lumière, l'humidité de l'air et l'humidité du sol. (3) 1,44 g/dm²/heure. (4) Environ 140 % (accepter 137–143 %). (5) Le sol sec déclenche la production d'ABA, les cellules de garde perdent de l'eau et les stomates se ferment à moitié : moins de vapeur s'échappe. Moins de CO₂ entre aussi, donc la photosynthèse ralentit.

Idées fausses fréquentes

• « La transpiration, c'est la plante qui transpire pour se rafraîchir. » Le refroidissement est un effet secondaire. L'eau s'évapore dans la feuille et diffuse vers l'extérieur par les stomates ouverts, en suivant un gradient de vapeur.
• « Le vent assèche le sol, donc il diminue la transpiration. » Le vent balaie la couche d'air humide au contact de la feuille, ce qui accentue le gradient et augmente la vitesse.
• « Les stomates ne réagissent qu'à la lumière. » Le manque d'eau l'emporte sur la lumière : à 5 % d'eau dans le sol, les stomates sont fermés en pleine lumière.

Prolongement

• Appuyez sur Midi brûlant (lumière 100 %, humidité 30 %, vent 2,5 m/s, sol 30 %). Les stomates ne sont ouverts qu'à 63 %, et pourtant la vitesse est de 1,97 et le bilan hydrique de −1,07. Demandez pourquoi les plantes flétrissent à midi alors qu'elles ferment en partie leurs stomates.
• Le TP AP exprime la perte d'eau par unité de surface foliaire. La simulation donne déjà des g par dm² et par heure. Demandez aux élèves de convertir la vitesse témoin en g/m²/heure (144) et d'expliquer pourquoi on compare les vitesses par unité de surface foliaire.

Questions fréquentes

Les vitesses de transpiration sont-elles réalistes ?

Ce sont des valeurs pédagogiques choisies pour que les tendances soient faciles à voir. Le sens et la forme de chaque effet correspondent à ceux des vraies plantes. Ne les comparez pas avec des mesures au potomètre.

Les élèves peuvent-ils changer la température ?

Non. La simulation n'a que des curseurs pour la lumière, l'humidité, le vent et l'humidité du sol. Abordez la température comme un facteur qui augmente l'évaporation et la diffusion, ou testez-la au laboratoire.

Les élèves peuvent-ils mesurer la densité des stomates ?

Pas dans cette simulation. Elle montre un seul stomate en gros plan, pas un fragment d'épiderme. Associez-la à une activité au microscope si votre programme demande de compter les stomates.

Simulations et guides associés

Photosynthèse – compter les bulles d'oxygène de l'élodée Diffusion et osmose – modèle de membrane et expérience des bâtonnets de pomme de terre

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