TP virtuel sur le transport chez les plantes : potomètre

Ce TP virtuel sur le transport chez les plantes reprend le TP du potomètre de GCSE et d'A-level Biology : un rameau coupé fixé de façon étanche à un tube capillaire, une bulle d'air qui avance à mesure que le rameau absorbe de l'eau, et un chronomètre. Les élèves font trois mesures à chacune de trois températures de l'air, calculent la vitesse et le volume d'eau absorbé avec V = πr²d, et expliquent la tendance par la cohésion–tension. Un second TP place du céleri dans de l'eau colorée pour montrer que l'eau circule dans le xylème. Une séance donne un tableau de résultats complet, une tendance nette et un calcul que les élèves retrouvent aux examens.

Liens avec les programmes

• AQA GCSE Biology 4.2.3.1–4.2.3.2 (tissus végétaux et système d'organes de la plante) : xylème et phloème, transpiration, et effet de la température, de l'humidité, des mouvements d'air et de la lumière sur la vitesse de transpiration.
• AQA A-level Biology 3.3.4.2 (transport de masse chez les plantes) : cohésion–tension, le potomètre et la translocation par flux de masse dans le phloème.
• IB Biology B3.2 (transport) et le transport chez les plantes de Cambridge IGCSE Biology.

Simulic n'est pas affilié à AQA, à l'IB, à Cambridge ni à aucun organisme d'examen, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

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

« Un rameau feuillé dans un potomètre passe d'un air à 15 °C à un air à 35 °C. La lumière, l'humidité et le vent ne changent pas. Que devient la vitesse d'absorption de l'eau ? »

Certains élèves ne s'attendent à aucun changement (« la plante n'a besoin que d'une certaine quantité d'eau »). D'autres s'attendent à une légère hausse. Peu s'attendent à ce qu'elle soit plus que triplée.

Protocole dans la simulation

1. Ouvrez l'onglet TP et choisissez Potomètre. Réglez Durée sur 2 min.
2. Gardez les conditions contrôlées : Lumière 70 %, Humidité 50 %, Vent 1 m/s.
3. Réglez la température sur 15 °C. Cliquez trois fois sur Lancer la mesure ; chaque mesure commence avec la bulle sur le repère de départ. Le tableau note la distance, la vitesse en mm/min et le volume en mm³/min. L'encadré affiche la moyenne des mesures dans ces conditions.
4. Recommencez à 25 °C et à 35 °C.
5. Pour une mesure, calculez vous-même le volume : V = πr²d, avec r = 0,5 mm.
6. Céleri : choisissez Céleri dans l'eau colorée, 30 min, température 25 °C. Faites un essai avec Avec feuilles coché et un sans, puis cliquez sur Faire des coupes pour voir quel tissu est coloré.

Température (°C)	Distance en 2 min (mm) : 1 / 2 / 3	Vitesse moyenne (mm/min)	Volume absorbé (mm³/min)
15
25
35

Résultats attendus

Toutes les valeurs viennent de la simulation. Chaque mesure comporte une erreur aléatoire d'environ ±6 %, donc les groupes obtiennent des valeurs un peu différentes.

Température (°C)	Exemples de mesures (mm/min)	Vitesse du modèle (mm/min)	Volume (mm³/min)
15	6,15 ; 6,10 ; 6,25	5,9	4,6
25	11,56 ; 11,04 ; 11,00	11,0	8,6
35	19,73 ; 18,79 ; 20,01	19,5	15,3

• La vitesse double à peu près tous les 10 °C : de 15 à 35 °C, elle fait plus que tripler.
• À 25 °C, la bulle avance d'environ 22 mm en 2 min, donc V = π × 0,5² × 22 ≈ 17 mm³ en 2 min, soit environ 8,6 mm³/min.
• Autres facteurs à 25 °C : 90 % d'humidité font tomber la vitesse à 2,2 mm/min ; l'air immobile donne 5,7 ; l'obscurité donne 1,5, car les stomates se ferment.
• Céleri, 30 min : avec les feuilles, le colorant monte d'environ 87 mm (2,9 mm/min) ; sans les feuilles, d'environ 7 mm seulement. Les points colorés sur les coupes transversales sont le xylème des faisceaux conducteurs.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Que devient la vitesse d'absorption de l'eau de 15 °C à 35 °C ?
2. Quelles conditions doivent rester identiques pendant que vous testez la température ?
3. À 25 °C, quelle est la vitesse moyenne de trois mesures de 2 min ?
4. À 35 °C, quel volume d'eau le rameau absorbe-t-il par minute ?
5. Expliquez pourquoi la vitesse augmente avec la température et comment l'eau arrive jusqu'aux feuilles.

Réponses pour l'enseignant : (1) Elle fait plus que tripler, d'environ 5,9 à 19,5 mm/min. (2) La lumière, l'humidité et le vent (et le même rameau). (3) Environ 11,0 mm/min (accepter de 10,2 à 11,8). (4) Environ 15,3 mm³/min (accepter de 14,0 à 16,6). (5) L'air plus chaud peut contenir plus de vapeur d'eau et l'eau s'évapore plus vite des cellules de la feuille : le gradient de vapeur vers l'extérieur des stomates est plus fort et la plante perd plus d'eau. L'évaporation tire la colonne d'eau continue vers le haut du xylème, maintenue par la cohésion entre les molécules d'eau.

Idées fausses fréquentes

• « Un potomètre mesure la transpiration. » Il mesure l'absorption d'eau. La majeure partie de cette eau est transpirée, mais une petite partie sert à la photosynthèse et à maintenir la turgescence des cellules.
• « L'eau est pompée vers le haut de la tige. » Les vaisseaux du xylème sont des tubes morts. L'eau est tirée par le haut grâce à l'évaporation, et non poussée par les racines, à part une faible poussée racinaire.
• « Le phloème fait monter l'eau depuis les racines. » Le phloème transporte le saccharose des organes sources vers les organes puits, vers le haut comme vers le bas. Essayez Anneler la tige dans l'onglet Plante entière : les feuilles restent fraîches, car le xylème est intact.

Prolongement

• Dans l'onglet Phloème (pression), modifiez le chargement en saccharose et l'organe puits, et suivez la différence de pression qui entraîne le flux de masse.
• Dans l'onglet Plante entière, cliquez sur ¹⁴CO₂ pour une feuille et regardez où le saccharose marqué finit par arriver.

Questions fréquentes

En quoi est-ce différent du TP virtuel sur la transpiration ?

Le TP virtuel sur la transpiration utilise une plante entière et les stomates pour comparer le vent, la lumière, l'humidité et l'eau du sol. Ce TP utilise un potomètre, ajoute la température et traite du xylème et du phloème.

Pourquoi chaque mesure diffère-t-elle un peu ?

La simulation ajoute une erreur aléatoire d'environ ±6 %, comme un vrai potomètre. C'est pourquoi le protocole demande trois mesures à chaque température.

Est-ce que cela remplace un vrai potomètre ?

Non. Les vrais potomètres font travailler des savoir-faire comme couper le rameau sous l'eau et rendre les raccords étanches. Utilisez la simulation pour préparer le TP, s'entraîner au calcul, ou quand un rameau ne fonctionne pas le jour J. Voir laboratoires virtuels ou réels.

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Pour l'entrée de l'eau dans les cellules, voir le TP virtuel sur l'osmose.