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« Lumière sur les pigments »
Pourquoi les feuilles des plantes sont-elles vertes en été et rouges en automne ?
Comment un caméléon fait-il pour changer de couleur ?
Que voit un daltonien ?
Pourquoi les cheveux blanchissent-ils avec l’âge ?
D’où vient l’oxygène qu’on respire ?
Pourquoi les flamants sont-ils roses ?
Qu’est-ce qu’une lumière monochromatique ?
S’il y a une lumière « visible », qu’est-ce que la lumière invisible ?
Autant de questions simples et complexes à la fois qui trouveront des explications
scientifiques démontrées en direct lors de notre activité « Lumière sur les pigments ».
L’atelier consiste en une série d’expériences simples et amusantes qui permettront de mieux
comprendre l’importance de ces mystérieuses molécules colorées qui existent dans le
monde vivant depuis que la vie a fait son apparition sur la terre. Les aspects chimique,
physique et biologique seront intégrés pour une compréhension globale de la question.
4 ateliers thématiques sont proposés :
1. La lumière / lumière polychromatique
2. La vision des couleurs / source d’information pour l’homme
3. Les pigments végétaux, source d’énergie / la photosynthèse chlorophyllienne
4. Les pigments animaux, source de protection
Les informations reprisent ci-dessous viennent compléter et expliquer
le dossier à remplir par l’élève au fil des expérimentations
I.
Introduction
Question 1 : Pourquoi les feuilles des végétaux
sont-elles vertes en été et rouges en automne ?
Les végétaux produisent différents pigments. Le
pigment le plus abondant est la chlorophylle qui
donne la couleur verte des végétaux. Elle permet aux
végétaux de capter l’énergie lumineuse afin de réaliser
la photosynthèse. La plante produit également
d’autres pigments de couleurs rouge-orangé : les
caroténoïdes. Ceux-ci ont un rôle de protection de la
cellule contre les rayonnements solaires mais
également un rôle d’aide à la chlorophylle pour la
photosynthèse. En automne, la synthèse de
chlorophylle s’arrête et la chlorophylle disparait
progressivement pour laisser apparaitre les
caroténoïdes habituellement masqués.
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Question 2 : Comment un caméléon fait-il pour changer de couleur ?
Certaines espèces de caméléons ont la capacité de
changer de couleur assez rapidement. Ces caméléons
possèdent
des
cellules
particulières :
les
chromatophores. Il s’agit de cellules produisant des
pigments. Sous contrôle hormonal, les pigments
produits par ces cellules peuvent changer de couleur
et d’intensité. Le caméléon possède quatre types de
pigments : noir, bleu, rouge et jaune. Ce caractère avait
au départ un rôle dans la communication (signaux de
danger, d’agressivité…) mais sert également au
caméléon à se camoufler.
Question 3 : Que voit un daltonien ?
L’œil humain permet de détecter la lumière grâce à des
cellules particulières : les cônes et les bâtonnets. Les cônes
servent principalement à la détection des couleurs alors que
les bâtonnets servent à détecter les contrastes et les niveaux
de gris.
Chez les daltoniens, certains cônes sont déficients et ne
permettent pas de distinguer efficacement les couleurs. Les
images présentées à droite, laissent apparaitre des chiffres en
vert sur un fond rouge pour une personne ayant une vision
normale, alors qu’aucun chiffre n’est visible pour un daltonien.
Question 4 ; Pourquoi les cheveux blanchissent-ils avec l’âge ?
Le blanchiment des cheveux ou canitie, est un processus naturel, héréditaire
apparaissant à des âges variables selon les personnes. La couleur des cheveux est due à
l’action de cellules particulières : les mélanocytes qui produisent un pigment : la
mélanine.
Les cheveux humains ont une durée de vie de 3 à 7 ans et possèdent à leur base des
mélanocytes leur donnant leur couleur. Une fois le cheveu mort, de nouveaux
mélanocytes doivent être produits pour permettre la coloration des futurs cheveux. Au
bout d’un certain temps, le stock de cellules souches, donnant les futurs mélanocytes,
fini par s’épuiser et les nouveaux cheveux sont produits sans coloration.
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II.
La lumière
Les objets se dévoilent une fois qu’ils sont éclairés par de la lumière visible. Mais
qu’est-ce que la lumière ? Celle-ci est une onde qui peut se propager dans le vide,
mais qui peut aussi se propager dans la matière à l’image des ondelettes à la surface
de l’eau qui vient d’être perturbée par le lancer d’un caillou ou encore par l’agitation
du pied.
La lumière blanche qui nous vient du soleil ou encore celle émise par une lampe, est
constituée de plusieurs ondes (voire une infinité d’ondes) qui peuvent être mises en
évidence au moyen d’un prisme, par réfraction (déviation) ; chacune de ces ondes
étant réfractée différemment.
.
A chacune de ces ondes, correspondent une couleur et une longueur d’onde. La
longueur d’onde est la distance qui sépare 2 maxima successifs, soit 2 crêtes
successives ou 2 creux successifs.
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Les lumières rouges sont celles qui présentent les longueurs d’onde les plus grandes,
et les lumières bleues présentent des longueurs d’ondes plus petites.
Ce sont ces ondes bleues qui transportent également les quantités d’énergie plus
élevées pour le visible. L’énergie transportée peut être absorbée par la matière en
tout ou en partie. Si la totalité de l’énergie transportée est absorbée, l’objet paraitra
noir. Au contraire, si l’énergie n’est pas du tout absorbée, l’objet paraitra blanc dans
le cas d’une lumière blanche. Il arrive plus souvent que seule une partie de ces
lumières visibles soient absorbées, et l’autre partie des lumières visibles est alors
réfléchie et donne ainsi sa couleur à la matière, aux objets.
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La lumière visible n’est qu’une partie du spectre des ondes électromagnétiques, les
autres ondes d’énergie plus faible ou plus élevée ne sont pas visibles, mais
interviennent dans d’autres phénomènes.
III.
Les pigments
Les pigments sont définis comme des molécules absorbant une partie de la lumière
et qui renvoie la lumière non absorbée. Sur l’image ci-dessous, les pigments verts
(chlorophylle) de la feuille absorbent toutes les longueurs d’ondes de la lumière
visible sauf le vert qu’ils renvoient. La feuille nous apparait ainsi verte.
Lumière
visible
Les pigments sont de natures diverses et peuvent avoir plusieurs fonctions. Il est
possible de classer ces fonctions en trois catégories : Information, énergie et
protection.
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III. a. Les pigments et l’information :
Les pigments peuvent jouer un rôle dans le partage
d’une information. Chez les animaux, ils peuvent aider
au camouflage de certaines espèces ou à l’inverse les
parer de couleurs vives pour indiquer leur dangerosité.
Ils peuvent également intervenir dans les parades
nuptiales dont l’exemple le plus spectaculaire est le
paon mâle.
Chez les végétaux, les pigments peuvent servir à attirer
les insectes pollinisateurs sur les fleurs, à donner une
information sur le murissement des fruits (comme chez
la framboise) mais ils peuvent également indiquer une
dangerosité comme sur les baies de l’if.
Le but de ces pigments sera de faire apparaitre un
contraste important avec l’environnement via des
couleurs soutenues et vives.
III. b Les pigments et l’énergie
Principalement chez les végétaux, les pigments peuvent jouer un rôle dans l’apport
d’énergie. La chlorophylle sert à capter l’énergie lumineuse et à l’utiliser pour
réaliser la photosynthèse. A l’aide d’énergie lumineuse, la plante sera capable
d’accumuler de l’énergie afin de synthétiser du sucre à partir de dioxyde de carbone
et de molécules d’eau. Cette étape est appelée photosynthèse, et entraine le rejet de
molécules d’oxygène. Ces pigments absorbent la lumière et accumulent cette énergie
pour l’utiliser pour d’autres fonctions.
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III. c. Les pigments et la protection :
Chez l’être humain, mais également chez d’autres animaux ainsi que chez les
végétaux, les pigments peuvent avoir un rôle de protection. Les rayons du soleil
contiennent, entre-autre, des rayons U.V. nocifs pour nos cellules. Afin de protéger le
corps contre une trop forte exposition aux rayonnements U.V., celui-ci produit, via
les mélanocytes, un pigment : la mélanine. La densité, le type et la disposition de ces
pigments dans la peau est adaptée à l’exposition au soleil et justifie les différences de
couleur de peau. Ce pigment va absorber les rayons du soleil au lieu de les laisser
pénétrer les cellules.
Chez les végétaux, certains pigments sont spécifiquement adaptés à la protection de
la plante durant la photosynthèse. Le but pour la plante sera de prélever un
maximum d’énergie sans pour autant endommager ses cellules.
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ATELIER 1 : Lumière/Lumière polychromatique
Quelques petites expériences pour appréhender la composition de la lumière visible et la
l’observation des couleurs.
Matériel
 Lampe blanche (style lampe de poche)
 Vieux CD
 Un vieux CD transformé en toupie, en y collant une bille dans le
trou central, sur lequel on aura collé un disque de Newton de ce
type :
 Filtres de couleur (jaune, rouge, bleu, vert,…)
 Vieil écran de télévision, d’ordi ou vieux téléphone avec écran couleur (objectif : une
mauvaise résolution donc de gros pixels !)
 Loupe puissante
 Une tomate rouge et une boite en carton avec deux petites ouvertures, une au dessus,
une latérale
 Un spectroscope et une lampe à mercure. Remplaçable par un tube néon et un CD ou un
prisme
Manipulation 1 : nature de la lumière visible
But : observer que la lumière blanche visible = somme d’ondes lumineuses de couleurs
différentes
1) Eclaire le cd avec une lampe blanche. Qu’observe-t-on ?
Des arcs-en-ciel. Le CD agit comme un réseau de diffraction, il décompose la lumière
selon les différentes longueurs d’ondes (donc couleurs) qui la composent.
2) Fais tourner la toupie colorée. Qu’observe-t-on ?
Quand on superpose les différentes couleurs de l’arc-en-ciel, on retrouve du blanc (ou
parfois impression de jaune, selon la couleur de la lumière qui éclaire la pièce et la qualité
de l’impression du disque de Newton). En tous cas on ne distingue plus les couleurs, notre
œil les superpose !
3) Eclaire à nouveau le cd mais avec un filtre jaune devant la lampe. Qu’observe-t-on ?
L’arc-en-ciel a disparu, il ne reste que le jaune.
Conclusion ? (à compléter avec les enfants, les mots en gras manquent)
Il y a une infinité de lumières visibles. A chacune d’elles correspond une couleur entre le
rouge et le violet en passant par les oranges, les jaunes, les verts et les bleus. La lumière
blanche est la superposition de ces différentes lumières visibles aux couleurs de l’arc-en-ciel.
On peut isoler l’une de ses lumières, sur base de sa couleur au moyen d’un filtre par
exemple.
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Manipulation 2 : Lumière = énergie
But : La lumière transporte de l’énergie qui peut être échangée, fournie aux milieux, aux
objets qu’elle traverse ; par exemple sous forme de chaleur.
Trois pots de verres peints (un blanche, un rouge et un noir) remplis d’eau sont éclairées par
un spot. Relève la température dans chaque pot à l’aide du thermomètre :
Blanc : le plus froid
rouge : intermédiaire noire : le plus chaud
(la température dépend de la température de l’air, de la durée d’éclairage et de
l’intensité lumineuse !)
D’où vient la chaleur ?
C’est la lumière qui la transporte.
Conclusion (à compléter par les enfants)
La lumière transporte de l’énergie.
Un objet blanc n’absorbe aucune couleur de la lumière qui l’éclaire, et n’absorbe donc
pas d’énergie.
Un objet noir par contre absorbe toutes les couleurs de la lumière qui l’éclaire, et par
conséquent absorbe toute l’énergie qu’elle transporte.
Un objet coloré absorbe une partie seulement des couleurs de la lumière qui l’éclaire.
Commentaire sur la manipulation : s’il y a du soleil c’est l’idéal, on peut laisser les pots sur
un appui de fenêtre éclairé une partie de la journée avant de faire la mesure. Sinon un spot
puissant peut faire l’affaire. On peut procéder de manière équivalente avec trois feuilles
colorées laissées à la lumière, mais la détection des différences de chaleur se fait au toucher,
donc est moins évidente à détecter si l’éclairage n’a pas été assez long ou puissant.
Manipulation 3 : sources de lumière et couleurs par émission
1) Regarde au travers du spectroscope de quoi est faite la lumière blanche de cette
lampe particulière.
Qu’observes-tu ? des lignes séparées de couleurs (les raies)
Quelles sont les différentes couleurs présentes ? mauve bleu vert jaune
La lumière que tu viens d’observer est-elle mono- ou polychromatique ?
Elle est donc polychromatique vu que faite de la superposition de différentes couleurs
bien précises.
2) Observe avec la loupe l’écran de ce vieux téléphone et essaie d’y repérer les pixels
(découpage de l’image en tout petits carrés). Les pixels sont-ils identiques ?
Chaque pixel est coupé en trois (rouge vert bleu ) et les différentes couleurs sont
reproduites en ajustant les proportions de ces trois couleurs primaires.
Quelle est la différence entre les pixels des zones bleues et des zones oranges ?
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Pour la zone bleue que du bleu et du vert, pour la zone orange que du rouge et du
vert.
Si les enfants ne parviennent pas à observer les pixels on peut leur montrer les
schémas suivants :
3) Sur base du modèle à disposition (schéma ci-dessus), comment recréer :
Du jaune ? rouge et vert
Du magenta (mauve) ? bleu et rouge
Du bleu clair (cyan)? Vert et bleu
Du blanc ? vert bleu et rouge
Conclusion (à compléter par les enfants)
On peut recréer toutes les couleurs en superposant des lumières de couleurs particulières,
comme par exemple les trois couleurs primaires que sont le bleu, le rouge et le vert. La
plupart des lumières visibles sont polychromatiques.
Manipulation 4 : couleur des objets, couleurs par absorption – pigments
But : La couleur des objets est donnée par la superposition des couleurs qui ne sont pas
absorbées par l’objet.
1) Relie chaque objet au spectre de la lumière qu’il absorbe.
Lumière absorbée par l’objet
Couleur observée


1.

2.

3.
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A2 – B3 – C1 , on ne voit que ce qui n’est pas absorbé, donc les couleurs manquantes
du spectre
Conclusion (à compléter par les enfants)
Pour que les systèmes vivants puissent utiliser l’énergie fournie par la lumière, ils doivent
absorber cette énergie lumineuse. Les pigments sont les substances présentes au sein de ces
systèmes qui permettent l’absorption de l’énergie transmise par la lumière, et ce
uniquement pour certaines couleurs. C’est ce phénomène qui donne leurs couleurs
caractéristiques aux corps : la couleur de l’objet est celle donnée par les lumières qui ne sont
pas absorbées par l’objet.
Le schéma ci-dessous illustre le lien entre la lumière absorbée et la couleur observée, si on
éclaire l’objet avec de la lumière blanche. On parle de couleurs complémentaires (la somme
de lumières de ces deux couleurs donnera du blanc !)
On peut approfondir l’aspect « pigments absorbants » via les peintures auxquelles les
enfants sont habitués. Si on mélange du bleu (qui absorbe tout sauf une partie de la lumière
autour de la couleur bleue) et du jaune (qui absorbe tout sauf une partie de la lumière
autour du jaune), on obtiendra une couleur qui absorbe tout sauf ce qui est commun aux
deux couleurs séparées, à savoir le vert qui se situe entre le bleu et le jaune ! En mélangeant
des couleurs on augmente les couleurs absorbées par la peinture puisqu’on additionne les
pigments. C’est pourquoi d’ailleurs les mélanges de peintures colorées sont toujours plus
foncés, vu que moins de lumière en est réfléchie !
Manipulation 5 : Couleur observée, lumière et pigments
Tu disposes d’une tomate, d’une boite avec deux ouvertures, d’une lampe et de filtres
colorés.
Quelle est la couleur de la tomate à la lumière du jour ? rouge
Place la tomate dans la boîte et observe-la via l’ouverture latérale, en l’éclairant par
l’ouverture du dessus. Dans un premier temps, observe la tomate à travers l’ouverture
latérale en obstruant l’ouverture supérieure, soit sans lumière. Note ce que tu vois. Ensuite
éclaire la tomate via l’ouverture supérieure à l’aide d’une lumière blanche, puis à l’aide de
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cette même source lumineuse mais filtrée successivement au moyen des filtres jaune, rouge,
vert et bleu. Note la couleur observée pour la tomate dans ces différentes situations :
 Sans lumière : on ne voit pas la tomate dans la boîte.
 Avec de la lumière blanche : la tomate apparaît rouge.
 Filtre jaune (jaune=rouge + vert !): la couleur de la tomate est rouge
 Filtre rouge : la couleur de la tomate est rouge
 Filtre vert : la tomate est visible, mais apparaît sombre sur fond vert.
 Filtre bleu : la tomate apparaît presque totalement noire sur fond bleu.
Conclusion (à compléter par les enfants)
La couleur observée d’un objet dépend de la couleur de la lumière qui l’éclaire. On ne verra
la tomate rouge que si la lumière qui l’éclaire contient du rouge. En effet, la couleur rouge
de la tomate est due à ses pigments rouges, appelés lycopènes, qui absorbent l’énergie des
lumières bleues et vertes. Alors que la lumière rouge, elle est réfléchie par la tomate.
Lycopènes
vus au
microscope
Lien utile (illustrations / expériences) : http://scphysiques2010.voila.net/1sph02.htm#a
Quizz / activités :
Mots à caser dans le jeu final et leurs définitions.
Polychromatique : se dit d’une lumière composée de la superposition de plusieurs couleurs
Rouge : avec le bleu et le vert, elles forment les couleurs primaires
Energie : la lumière en transporte et les pigments l’absorbent
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ATELIER 2: Vision des couleurs / source d’information pour l’homme
• Réponds par Vrai ou Faux en cochant la bonne case.
VRAI
X
FAUX
X
X
X
X
X
X
X
X
X
“La nuit, tous les chats sont gris” est une expression qui veut
dire que la nuit, les humains distinguent mal les couleurs.
Le daltonisme est une anomalie de la vision qui entraine le plus
souvent la confusion entre le blanc et le noir.
La rétine de l’oeil comprend un grand nombre de cellules
sensibles à la lumière, appelées cônes et bâtons.
Les cônes sont responsables de la vision des couleurs rouge,
jaune et vert.
La vision des couleurs est une sensation qui se manifeste au
niveau du cerveau.
Un bébé de 1 mois ne voit pas les couleurs.
La rétine est la partie de l’oeil sensible à la vision.
“Passer une nuit blanche” veut dire qu’on passe la nuit avec une
lumière allumée.
Les cônes sont entre 5 et 7 millions par oeil chez l’homme.
Les cônes sont des photorécepteurs qui contiennent un pigment
appelé iodopsine.
• Es-tu daltonien?
Pour le vérifier, fais le test d’ishihara
Attention! Ce test ne donne qu’une indication. D’autres examens chez un ophtalmologue
sont nécessaires.
Explications
But :
-
Au travers du test, faire découvrir le mécanisme général de la vision des couleurs
après visionnage de la vidéo « L’œil et la vision : les pigments rétiniens »
Matériel :
- fiche test
- vidéo téléchargée sur you tube « L’œil et la vision : les pigments rétiniens »
Le ProfDuWeb.com durée : 4min31
https://www.youtube.com/channel/UCXbAhuThX3pjE-wZS6VRW9w
- différentes figures permettant l’explication du test
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Réponses :
1. La nuit, la lumière est trop faible pour permettre aux cônes de fonctionner. Les
bâtonnets, par contre, sont beaucoup plus sensibles (x100) aux faibles lumières que
les cônes. Cette vision n'est qu'en noir, blanc et nuances de gris, car les cellules
photoréceptrices en bâtonnets ne perçoivent pas les couleurs.
2. Le daltonisme est une anomalie de la vision qui entraine le plus souvent la confusion
entre le rouge et le vert. D’origine génétique, elle touche plus les hommes que les
femmes (8% de la population masculine contre 0,5% de la population féminine). Chez
ces personnes, l’un des pigments photorécepteurs (rouge ou vert le plus souvent) est
absent : ainsi les sensations colorées, reproduites à partir des informations de deux
populations de cônes seulement, sont donc différentes de celles des sujets ayant une
vision trichromatique.
3. La rétine de l’oeil comprend un grand nombre de cellules sensibles à la lumière,
appelées cônes et bâtonnets.
Bâtonnets (120 millions par œil chez l’homme) : Les bâtonnets qui se répartissent
surtout à la périphérie de la fovéa - dépression de la tâche jaune, au centre de la
rétine, où la vision est la plus nette - sont sensibles aux très faibles éclairements. Ils
jouent par conséquent un rôle important dans la vision en faible luminosité et dans la
discrimination des contrastes. Ce sont les bâtonnets qui sont stimulés lors de la vision
nocturne ou scotopique et qui, sensibles à une grande partie du spectre visible, nous
permettent de distinguer les objets en niveaux de gris. Les bâtonnets tirent leur nom
de leur forme approximativement cylindrique.
Cônes ( 5 à 7 millions par œil chez l’homme) . Les cônes eux se situent dans la fovéa.
Ils sont beaucoup moins sensibles que les bâtonnets à la lumière et interviennent
donc essentiellement en vision diurne ou photopique. Il existe trois types de cônes
qui présentent chacun une sensibilité spectrale à une région du spectre des couleurs
: des cônes plus sensibles à la lumière bleue (cônes S), d'autres à la lumière verte
(cônes M) et le troisième type de cônes à la lumière rouge (cônes L). Les cônes sont
donc les photorécepteurs qui permettent la vision des couleurs pendant la journée.
4. Les cônes sont responsables de la vision des couleurs rouge, bleu et vert. Il existe
trois types de cônes qui présentent chacun une sensibilité spectrale à une région du
spectre des couleurs : des cônes plus sensibles à la lumière bleue (cônes S), d'autres à
la lumière verte (cônes M) et le troisième type de cônes à la lumière rouge (cônes L).
Les cônes sont donc les photorécepteurs qui permettent la vision des couleurs
pendant la journée. Bien que ces régions soient centrées sur les trois couleurs
primaires, elles se chevauchent de manière importante. Les trois types de cônes
seront donc stimulés à des degrés divers par une couleur donnée. Par exemple, une
couleur bleue ciel va surtout exciter les cônes bleus, mais également les verts à un
degré moindre et très légèrement les rouges. Une lumière jaune ne stimulera que les
cônes rouges et les cônes verts. Notre perception des couleurs dépendra donc de la
combinaison de ces stimuli. On parle de trichromatie ou de modèle trichromatique
de la vision humaine, dans lequel toutes les sensations de couleur sont obtenues par
des excitations variées des trois types de cônes et peuvent donc être produites par
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des mélanges de lumière correspondant aux longueurs d'onde du rouge, du vert et
du bleu.
5. Quand ils sont excités par de la lumière, les cônes émettent un signal électrique. Ce
signal transite par deux types de cellules nerveuses : les cellules bipolaires et les
cellules ganglionnaires dont les axones forment le nerf optique. Par le nerf optique,
l’information remonte de l’œil à la région du cerveau spécialisée dans le traitement
de la couleur : le cortex. Le signal peut aussi transiter entre les cônes et les cellules
bipolaires par les cellules horizontales. Elles sont indispensables pour la vision des
contrastes et des changements de couleurs. Le message reçu par le cerveau est
analysé et interprété. La tâche est complexe, car à partir de l’ensemble des messages
reçus, le cerveau doit pouvoir retrouver les trois caractéristiques fondamentales de la
couleur : la clarté, la saturation et la teinte (ou tonalité). La clarté correspond à la
luminosité relative de l’objet observé. La saturation mesure la part de coloration de
l’objet, c’est ce qui nous permet de différencier un pastel d’une couleur vive. La
tonalité nous renseigne sur la teinte de la couleur.
6. Les cellules de l’oeil chargées de détecter les couleurs sont actives, mais elles ne sont
pas encore complètement matures. C’est que jusqu’alors, bébé était plongé dans
l’obscurité. Il distingue cependant les nuances de brillance et de tonalité (pâle ou
foncé). Vers 3 mois, l’enfant perçoit plusieurs couleurs de base, les premières
acquises sont le rouge et le vert. Vers 4 mois, il peut distinguer autant de couleurs
qu’un adulte.
7. La rétine est la partie de l’oeil sensible à la vision. Elle est une mince membrane pluristratifiée d'environ 0,5 mm d'épaisseur couvrant environ 75 % de la face interne du
globe oculaire .Sa partie sensible à la lumière se compose de photorécepteurs:
environ 5 millions de cônes (vision diurne et colorée) et ~120 millions de bâtonnets
(vision crépusculaire et nocturne en noir et blanc), qui captent les signaux lumineux
(photons) et les transforment en signaux électro-chimiques. Elle se compose aussi de
neurones qui à leur tour intègrent ces signaux chimiques (neurotransmetteurs) en
signaux électriques à l'origine de potentiels d'action, mais aussi de cellules gliales.
Ces potentiels d'action générés par les cellules ganglionnaires seront acheminés par
les nerfs optiques vers l'encéphale.
8. “Passer une nuit blanche” veut dire qu’on passe la nuit sans dormir, simple
opposition avec la nuit noire, celle où, en temps normal, on dort d'un sommeil
généralement bien mérité.
9. Vrai, aucun commentaire.
10. La fonction des cônes est de convertir l'énergie lumineuse en variation du potentiel
électrique de membrane. Cette transduction du signal se fait dans les disques du
segment externe grâce à un pigment nommé, opsine, molécule composée d'une
protéine de la classe des opsines et de rétinène (ou rétinal), un dérivé de vitamine A.
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Figures :
Schéma de l’œil (anatomieludique.unblog.fr) bâtonnets et cônes (lecerveau.mcgill.ca)
Sensibilité aux couleurs des
trois types de cônes (svtmonde.org)
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schéma de transmission de l’info (perception99couleurs.e...)
test classique de daltonisme ( tecfa.unige.ch)
Conclusion :
• Vision des couleurs ( e-cours.univ-paris1.fr/.../2...couleurs/3-3-vision-couleurs.html)
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Synthèse : Lorsque les rayons lumineux parviennent à nos yeux, ils sont captés par nos
photorécepteurs au niveau de la rétine, puis transformés en influx nerveux qui sont alors
transmis vers le cerveau par l'intermédiaire des nerfs optiques. La rétine comporte deux
types de cellules sensorielles : des cellules nerveuses en forme de bâtonnets qui permettent
de voir dans les faibles conditions d'éclairage (vision nocturne ou vision scotopique), et
d'autres en forme de cônes adaptées à l'éclairage de la lumière du jour (vision diurne ou
photopique).
Il existe trois types de cônes qui présentent chacun une sensibilité spectrale à une région du
spectre des couleurs : des cônes plus sensibles à la lumière bleue (cônes S), d'autres à la
lumière verte (cônes M) et le troisième type de cônes à la lumière rouge (cônes L). Les cônes
sont donc les photorécepteurs qui permettent la vision des couleurs pendant la journée.
Bien que ces régions soient centrées sur les trois couleurs primaires, elles se chevauchent de
manière importante. Les trois types de cônes seront donc stimulés à des degrés divers par
une couleur donnée.
On parle de trichromatie ou de modèle trichromatique de la vision humaine, dans lequel
toutes les sensations de couleur sont obtenues par des excitations variées des trois types de
cônes et peuvent donc être produites par des mélanges de lumière correspondant aux
longueurs d'onde du rouge, du vert et du bleu.
• Source d’information pour l’homme (quelques exemples parmi tant d’autres…)
1) C'est un fait, parmi les trois couleurs primaires lumineuses que sont le rouge, le
vert et le bleu, notre œil ne les perçoit pas toutes avec une égale acuité. Ainsi
l'œil humain distingue préférentiellement d'abord le vert, puis le rouge et enfin
le bleu. La combinaison linéaire de ces trois composantes de base permet de
percevoir toutes les autres couleurs : c'est la synthèse additive des couleurs.
Les premières formes de vie apparues sur Terre furent des végétaux : les algues
océaniques qui tirent l'énergie nécessaire à leur métabolisme de la lumière du
Soleil. Cette énergie lumineuse est captée par la chlorophylle qui est un
pigment de couleur verte (spectre d'émission) qui absorbe la lumière rouge
(spectre d'absorption) du soleil pour la transformer en molécule de stockage de
l'énergie (Adénosine Tri-Phosphate). Les organismes chlorophylliens sont très
majoritaires sur notre planète et représentent une importante source de
nourriture car ils sont à la base de la chaîne alimentaire. Cette omniprésence de
la composante verte imposa à l'organe visuel d'être capable de distinguer plus
particulièrement les différentes nuances du vert afin d'avoir les meilleures
chances de survie (prédation, cueillette, dissimulation…).
2) Notons l’importance des couleurs comme source d’information qui permet à
l’observateur de distinguer deux objets qui seraient de forme et de taille identiques.
3) Distinction feu de la circulation
4) Reconnaître un fruit mûr donc bon à manger
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ATELIER 3 : Les pigments végétaux :
Les pigments et l’énergie
- rôles et fonctions des couleurs chez les végétaux….
- la Photosynthèse, la chlorophylle, les chloroplastes, origine de l’oxygène
- feuilles d’élodée éclairée, dégagement d’O2
- couleurs de fruits et des fleurs
But : faire découvrir le rôle énergétique des pigments chez les végétaux par l’observation
des chloroplastes au microscope et la mise en évidence du dégagement d’O2 par une plante
lorsqu’elle est éclairée par de la lumière blanche
Matériel
• Elodée correctement hydratée
• un microscope
• une loupe binoculaire
• une boîte de pétri
• lames & lamelles (propres)
• 1 pince fine
• 1 pipette
• 1 morceau de papier filtre
• 1 spot puissant (100 W), filtres vert, rouge, bleu
Manipulation 1 : Protocole
• Prélever à l'aide de la pince fine une petite feuille (5mm x 5mm environ) dans le bourgeon
terminal. Elle doit être la moins épaisse possible afin qu'il n'y ait qu'une seule couche
de cellules.
• Déposer à l'aide de la pipette une goutte d’eau au centre de la lame
• Déposer à l'aide de la pince fine la feuille d’élodée dans cette goutte
• Recouvrir doucement la feuille d’une lamelle, en veillant à ne pas laisser de bulles d’air.
Pour cela, tenir la lamelle par les tranchants afin de ne pas la salir puis la faire
descendre délicatement.
• Absorber l’excès de liquide à l'aide du papier filtre
Mettre la préparation sous le microscope, effectuer la mise au point puis choisir un endroit
pertinent.
• Observation et interprétation
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- dessiner une cellule végétale au microscope. On peut y repérer les chloroplastes, cellules
vertes qui fournissent la chlorophylle, pigment absorbant la lumière et permettant la
photosynthèse
Manipulation 2 : Protocole
• Disposer une tige d’élodée fraîche dans une cuve en verre transparente remplie d’eau
fraîche
• Eclairer le montage par un spot directionnel puissant (100 W) sous une loupe binoculaire
-> que voit-on ? des bulles d’oxygène se forment sur les feuilles
• Si on a le temps, placer un filtre vert devant le spot et observer qu’il n’y a pas de
dégagement gazeux
1. Observation au microscope de cellules d’élodée :
Observées
au
microscope
au
grossissement minimum 40x, les
cellules
de
feuilles
d’élodées
apparaissent alignées régulièrement à
la manière d’un mur en brique. Chaque
« brique » est une cellule végétale. Si la
plante apparait verte à notre échelle,
sous le microscope, les cellules
apparaissent
majoritairement
translucides et parsemées de « points
verts ». Les points verts sont les
chloroplastes de la cellule, à savoir le
siège de la photosynthèse. Ces chloroplastes sont en mouvement régulier dans la
cellule et leur déplacement peut être visualisé. Vu de loin, la présence de ces points
verts donne une impression de couleur verte uniforme à la manière d’une peinture
pointilliste. Cette organisation peut être visualisée sur tous les tissus végétaux de
couleur verte.
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2. Comparez les feuilles d’élodées placées face à la lampe et celles placées à
l’obscurité : que voyez-vous apparaitre lorsque la plante est exposée à la
lumière ?
En présence de lumière, la photosynthèse démarre et les cellules végétales
commencent à rejeter de l’oxygène. Des bulles d’oxygènes commencent à perler sur
les bords des feuilles après une exposition à la lumière.
3. Que consomment les plantes ? Complétez les pointillés
Equilibrer l’équation de la photosynthèse. Placez des chiffres devant les composés impliqués
dans l’équation de la photosynthèse. La règle est d’obtenir le même nombre d’atomes de
chaque élément des deux côtés de la flèche.
… CO2 + … H2O  1 C6H12O6 + … O2
Trouver, dans l’équation précédente, ce qui correspond aux termes suivants :
Oxygène, sucre, dioxyde de carbone, eau.
6.. H2O + 6…CO2 + lumière  …..1...C6H12O6 + …6…...O2
………DIOXYDE DE CARBONE….
…EAU…….
……OXYGENE.
……SUCRE……….
En présence de lumière, les cellules végétales sont capables d’effectuer la photosynthèse
au niveau de leurs chloroplastes. En consommant du dioxyde de carbone ainsi que de
l’eau, elles sont en mesure de synthétiser des molécules de sucre et de rejeter de
l’oxygène. C’est ce qu’on a pu observer grâce au binoculaire (bulles à la surface des
feuilles quand elles sont éclairées)
Quizz / activités :
Questions permettant de trouver les mots : chlorophylle, chloroplaste, oxygène, énergie,
sucre, photosynthèse
- Comment s’appelle ce phénomène : ………LA PHOTOSYNTHESE………………
- Où se déroule-t-il ? : …………………DANS LES CHLOROPLASTES………………...
- Grâce à quel pigment ? : ……………….LA CHLOROPHYLLE………………………….
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ATELIER 4: Pigments animaux, source de protection
Manipulation 1 :
But : Mise en évidence de la dépendance de la couleur de peau des hommes à la durée
d’ensoleillement annuelle dans la région du globe considérée.
La couleur de la peau humaine présente une gradation continue du blanc au marron foncé
allant parfois jusqu'au presque noir.
Vous avez à votre disposition 4 marqueurs de couleur allant du blanc cassé, brun
clair, brun foncé, jusque noir.
Coloriez sur la carte du monde les pays suivants en utilisant le marqueur de couleur
identique à la couleur de peau de ses habitants : République démocratique du Congo,
Australie, Canada, Belgique, Maroc, Brésil, Inde.
A l'aide de la carte suivante, vérifiez que vous avez correctement colorié les différents pays
en lien avec la couleur de peau de leurs habitants.
(cette carte ne sera pas donnée au début de l'atelier)
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Fig 2 : Distribution de la couleur de peau dans le monde
1.- Comment peut on qualifier la couleur de peau des habitants proche de
l'équateur : en Afrique, Asie et Australie ?
La peau est plutôt foncée
2.- A l'inverse, comment varie la couleur de peau quand on s'éloigne de l'équateur ?
Elle s’éclaircit
3.- A quoi peut être due cette variation de couleur de peau des humains sur la terre ?
Près de l’équateur, l’ensoleillement est plus fort, le corps a donc plus besoin d’être
protégé. Il possède plus de pigments et sera donc plus brun.
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Manipulation 2 :
But : découvrir le pigment responsable de la couleur de la peau, la mélanine, et sa
localisation.
Observe la coupe de peau humaine au microscope.
Indique sur le dessin ci-dessous la localisation des pigments.
Couche cornée
Epiderme
Derme
Réponse : Les grains de mélanine se situe dans l’épiderme au niveau de la couche basale.
A ton avis, quel est le rôle de ces pigments bruns ?
Protéger les cellules (noyau) contre les UV qui pourraient provoquer des dommages au
niveau de l’ADN. La mélanine absorbe les rayons UV (90%).
Dans quelle(s) circonstance(s) leur production est-elle augmentée ?
Lors d’une exposition au soleil, la synthèse de la mélanine est augmentée par les
mélanocytes.
Que se passe-t-il quand la quantité de ce pigment augmente ?
La couleur de la peau se fonce. On bronze.
Dans quel(s) autre(s) partie(s) du corps retrouve-t-on ce pigment ?
Les cheveux et les yeux.
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Un peu de réflexion…..
Pourquoi les personnes âgées ont-elles des cheveux blancs ?
Les mélanocytes deviennent moins actifs avec le temps et donc produisent moins de
mélanine.
La couleur des cheveux typique de chacun découle d'un savant mélange personnalisé entre
les deux types de mélanine : l'eumélanine responsable des couleurs noire et brun foncé, et la
phéomelanine qui donne le blond et le roux. La recette exacte demeure mystérieuse.
Intervient ensuite une seconde étape, lors de laquelle la mélanine est transférée vers d'autres
cellules : les keratinocytes, qui produisent la kératine, la matière première du cheveu. La
kératine est un amas de cellules mortes stockées qui s'empilent et forment la matière visible
du cheveu.
Moins de mélanine dans la kératine : voilà ce qui produit les cheveux gris. Moins il y a de
mélanine, plus les cheveux seront clairs. Ils deviennent totalement blancs lorsqu'il n'en reste
plus du tout. Voilà pourquoi une des causes premières du blanchiment est la vieillesse : avec
l'age, nos mélanocytes deviennent inactifs.
Quelle maladie est caractérisée par un manque de pigmentation ?
Albinisme (yeux rouge, cheveux blanc, peau blanche, aucun pigment pour donner de la
couleur !)
Pourquoi les girafes ont-elles la langue noire ?
Cette langue est bleu foncé presque noire. Cette couleur lui permet de ne pas attraper de
coup de soleil lorsqu'elle mange.
Compléments et synthèse théoriques
La couleur de la peau est du à un pigment appelé mélanine. Plus ce pigment est présent
dans la peau, plus la peau paraît foncée. Les pigments de mélanine sont fabriqués et stockés
dans les mélanosomes contenus dans les mélanocytes de la couche basale. Les
mélanosomes s’obscurcissent au fur et à mesure de la maturation de la mélanine. Ils de
déplacent le long des dendrites (prolongement des cellules) des mélanocytes. Grâce à ces
prolongements, un mélanocyte est relié à 35, 40 kératinocytes (cellules de la peau).
La quantité de mélanine dans la peau est déterminée génétiquement et donne la couleur
de la peau ; c'est pour cette raison que les gens à peau noire donnent des enfants à peau
noire, les gens à peau claire des enfants à peau claire. La mélanine existe aussi dans les
cheveux et dans l'iris de l'oeil; sa quantité donne la couleur des yeux et de la chevelure. Le
rôle de la mélanine est de protéger les couches profondes de la peau contre les rayons du
soleil.
Les mélanosomes se concentrent au dessus du noyau afin de le protéger en absorbant les
rayons UV rayons du soleil.
Une exposition au soleil fait augmenter la quantité de mélanine dans la peau, et l'effet
visuel de cette augmentation est le bronzage. C'est pour cette raison que sa quantité
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augmente lors d'exposition au soleil et augmente aussi chez les populations les plus
exposées au soleil (plus on s'approche des tropiques, là où les rayons du soleil sont les plus
forts, plus les Hommes ont la peau foncée).
L'impossibilité de produire de la mélanine est la cause de l'albinisme qui est une maladie
génétique. Les personnes atteintes de cette pathologie ont une peau presque blanche et
des yeux rouges. Il existe différents niveaux d’expression de cette pathologie.
Solution des mots-croisés
1
S
6
U
2
C
3
H
L
O
R
R
O
E
U
R
E
P
S
I
N
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X
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L
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G
7
M
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4
5
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C
10
11
P
P
R
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L
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N
C
C
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H
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8
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9
1.
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3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
D
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L
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12
P
I
G
M
I
Q
U
E
S
M
N
T
E
Définitions :
j’en mets dans mon café, et les plantes en produisent grâce à la chlorophylle et la
lumière
principal pigment responsable de la photosynthèse
avec le bleu et le vert, elles forment les couleurs primaires
mince membrane couvrant la face interne de l’œil
partie de l’air qu’on respire
pigment présent dans les cônes responsable de la vision des couleurs
cellules présentes au niveau de la peau qui synthétisent un pigment brun
la lumière en transporte et les pigments l’absorbent
anomalie de la vision qui, le plus souvent, entraine la confusion du rouge et du vert
10. se dit d’une lumière composée de la superposition de plusieurs couleurs
11. assure contre un risque, un danger, un mal
12. molécule qui absorbe une partie de la lumière et donne leurs couleurs aux corps.
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