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Mise en évidence des échanges respiratoires chez les êtres vivants

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Objectif

Lorsque les êtres vivants respirent, ils prélèvent du dioxygène, dans l'air ou dans l'eau, et rejettent du dioxyde de carbone.
Comment se manifeste la respiration ?
Comment mettre en évidence les échanges respiratoires chez les animaux et chez les végétaux ?
Les végétaux chlorophylliens respirent-ils ?
Quelles sont les particularités de ces végétaux ?

1. Mise en évidence de la respiration

a. Chez les animaux

• Expérience
On place un animal, une souris, dans une enceinte hermétiquement fermée dans laquelle sont placés une sonde à dioxygène et un tube contenant de l'eau de chaux.
La sonde à dioxygène est associée à une console ExAO afin de mesurer la quantité de dioxygène de l'air. L'eau de chaux permet de révéler une éventuelle présence de dioxyde de carbone.

• Résultats
– La quantité de dioxygène dans le bocal occupé par la souris diminue progressivement au cours de l'expérience; l'eau de chaux du tube de ce bocal se trouble petit à petit.

– La quantité de dioxygène dans le bocal témoin reste constante et l'eau de chaux du tube placé dans ce bocal reste limpide.

• Observations
La baisse de la teneur en dioxygène dans le bocal s'explique par le fait que la souris absorbe ce gaz.
Le trouble de l'eau de chaux démontre l'apparition de dioxyde de carbone dans le bocal, qui a donc été rejeté par l'animal.

• Conclusion
La souris enfermée dans le bocal absorbe du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone, donc elle respire.

Remarque
Pour réaliser cette expérience avec un animal aquatique, on ne peut pas mettre directement l'eau de chaux, car elle se diluerait dans l'eau du bocal et tuerait l'animal. Il faut donc effectuer périodiquement des prélèvements d'eau du bocal et réaliser le test en dehors de l'enceinte.

b. Chez les végétaux

• Expérience
Une plante verte est placée dans un bocal hermétiquement fermé et à l'abri de la lumière contenant une sonde à dioxygène et un tube avec de l'eau de chaux. Cette expérience est réalisée à l'obscurité pour éviter que le phénomène de la photosynthèse, ne se déroulant qu'à la lumière, ne perturbe les résultats.

• Résultats
– Au cours de l'expérience, la quantité de dioxygène a diminué. Nous pouvons donc en déduire que la plante a absorbé du dioxygène.
– À la fin de l'expérience, l'eau de chaux s'est troublée, ce qui montre que le milieu contient du dioxyde de carbone. Celui-ci a été rejeté par la plante.

• Conclusion
La plante absorbe du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone, elle respire. La respiration est un phénomène permanent.

2. Mise en évidence de la photosynthèse

Chez les végétaux chlorophylliens, un phénomène appelé photosynthèse aboutit à la production de dioxygène et à la capture de dioxyde de carbone par la plante. Ce phénomène ne se produit que lorsque la plante est mise en présence de lumière et il masque alors la respiration.
Pour mettre en évidence la photosynthèse, les mesures d'échanges gazeux sont faites en présence de lumière.

a. Expérience 1

Une plante verte est placée dans un bocal hermétiquement fermé contenant une sonde à dioxygène et un tube à essai avec de l'eau de chaux.

• Résultats
– Sur l'écran de l'oxymètre, on note une augmentation progressive de la concentration en dioxygène dans le bocal contenant la plante.
– L'eau de chaux ne se trouble pas; il n'apparaît pas de dioxyde de carbone.

• Conclusion
En absence prolongée de dioxyde de carbone, la photosynthèse ne peut se dérouler correctement.

b. Expérience 2

On place une plante aquatique dans un bocal contenant de l'eau sous un entonnoir retourné surmonté d'un tube à essai, rempli d'eau également. On place l'ensemble à la lumière.

• Résultats
À la fin de l'expérience, on observe la présence d'une bulle de gaz au sommet du tube à essai. La plante rejette donc un gaz dans son milieu de vie.

Doc. 1 : Schéma du dispositif en fin d'expérience.

Pour connaître la nature de ce gaz, on réalise le test de l'allumette : on place rapidement une allumette incandescente dans l'ouverture du tube à essai que l'on a enlevé du dessus de l'entonnoir et retourné (1); la flamme est ravivée (2). Cela révèle que le gaz contenu dans le tube à essai est du dioxygène (puisqu'il favorise la combustion).

Doc. 2 : Test de l'allumette.

• Conclusion
Ces expériences montrent que lorsqu'ils sont placés à la lumière, les végétaux chlorophylliens rejettent du dioxygène.

3. Bilan respiration-Photosynthèse

Les échanges gazeux qui se produisent lors de la photosynthèse et lors de la respiration sont opposés.

– Lorsque la plante est à l'obscurité, la quantité de dioxygène dans le milieu diminue lentement, car la plante absorbe du dioxygène : elle respire.
– Lorsque la plante est placée à la lumière, la quantité de dioxygène augmente. Cela nous permet de dire que la plante rejette du dioxygène. Elle réalise donc la photosynthèse.

Cependant, à la lumière, la plante continue aussi de respirer, mais les échanges gazeux respiratoires sont moins importants (en quantité) que les échanges gazeux liés à la photosynthèse.
En passant de l'obscurité à la lumière, on peut observer une inversion progressive des concentrations de dioxygène et de dioxyde de carbone dans le milieu de vie des plantes chlorophylliennes.

L'essentiel

La respiration est un échange de gaz entre les êtres vivants et leurs milieux de vie. Lorsqu'un être vivant respire, il prélève du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone.

À l'obscurité, les végétaux chlorophylliens respirent. Ils absorbent du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone.
À la lumière, les végétaux chlorophylliens respirent également, mais ce phénomène est masqué par un autre phénomène plus important, la photosynthèse, par lequel les végétaux absorbent du dioxyde de carbone et rejettent du dioxygène.

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