Carnet de sciences – Les sciences au collège Antoine Delafont

Comment des plantes résistent-elles aux conditions extrêmes ?

L’équipe du club science (élèves de 5e) : Bulgare Monissa, Duperray Marius, Foucher Lebreuvaud Jeanne, Galopin Laurine (pas sur la photo), Lacoste Marthe, Perchaud Julia, Ribier Laya.

Collège Antoine Delafont, 16190 MONTMOREAU, Académie de Poitiers.

Professeure coordinatrice : Odile BELROSE, professeure de Sciences de la vie et de la Terre

Introduction

Avec le réchauffement climatique, les conditions extrêmes sont plus fréquentes. Les été sont caniculaires, il y a des sécheresses estivales. Globalement les températures moyennes augmentent partout à travers le monde.

Il y a des plantes au collège, surtout en jardinières. On constate qu’à la rentrée de septembre, des plantes sont bien portantes et d’autres ont plus souffert de la chaleur ou/et de la sécheresse. On s’est questionnée sur cette résistance inégale de nos plantes cultivées. En les comparant nous avons formulé des hypothèses pour répondre à notre problème.

Problématique

Comment certaines de nos plantes, cultivées au collège, résistent-elles aux étés caniculaires alors qu’il n’y a personne pour en prendre soin pendant 2 mois (juillet et août) ?

A) Nos supports d’étude

Dans notre collège, il y a quelques espaces verts, et des jardinières où sont cultivées des plantes annuelles ou vivaces. Parfois on laisse aussi des zones évoluer librement, sans semis. Ce sont les élèves (éco délégués, en cours de SVT, élèves volontaires) qui s’en occupent pendant l’année scolaire. On a aussi des arbres que l’on a étudié en 6e (ex. Mélèze, Tilleul, érables, Merisier, Frêne, Bouleau, érable négundo,Peuplier).

Lors de notre sortie de terrain le 17/11, on identifié les plantes qui avaient ou pas résisté à la canicule de l’été, due au réchauffement climatique.

Le romarin résiste, ainsi que le fraisier, thym, lavande, plante grasse, sauge, plante coca, belle de jour, et il reste un tournesol (Monissa)
Romarin, fraisier en fleur, tournesol, ipomée, plantes grasses, sauge, grande lavande, plante cola, belle de nuit, menthe, thym, lavande (Jeanne)
Le romarin a résisté, ainsi que le fraisier qui est en fleur, la menthe, le noyer, le tournesol, la lavande, le thym, l’ipomée, la sauge, la plante coca, la mélisse, la belle de jour (Marthe)
Résistantes : romarin, sauge, fraisier en fleur, tournesol (pas les plus petits), plante grasse, plante cola, lavande, sauge, belle de nuit et mélisse (Julia)

A partir de cela, on a choisi d’en étudier certaines, pour mieux comprendre comment elles arrivaient à résister à la canicule estivale.

Nom commun	Nom scientifique	Photographie, présentation	Chercheuse/chercheur associé-e	Résistance/canicule
La plante cola	Artemisia abrotanum var. maritima	Vivace	Julia	Oui
Le romarin	Salvia rosmarinus	Vivace	Marthe	Oui
La sauge	Salvia officinalis	Vivace	Jeanne	Oui
Le thym	Thymus vulgaris	Vivace	Laurine	Oui
Le fraisier	Fragaria vesca	Vivace	Monissa	+/- oui
La plante curry	helichrysum italicum	Vivace	Laya	Oui
Un géranium vivace	geranium		Laya	Oui
La lavande	Lavandula angustifolia		Marius	Oui
L’ipomée	ipomea	annuelle, plante grimpante	Laurine	+/- oui

B) Observations et hypothèses

En salle de science, nous avons observé les échantillons de nos plantes de plus près à l’oeil nu et à la loupe, réalisé des croquis, pris des photographies. On tient chacun-e un carnet de science avec toutes nos observations.

Feuille de thym :

Feuille de la plante cola :

Feuille de sauge :

Feuilles et fleurs de lavande :

Feuilles de fraisier :

Feuille de géranium anti-moustique :

Feuille de romarin

On a pris des photos avec les loupes binoculaires et des tablettes :

Feuille de lavande :

Fruit ou graine de la plante Cola :

Surface de la feuille de fraisier (peu de poils) :

Feuille de sauge (duvet) :

Feuille de fraisier :

A partir de ces informations, on a formulé des hypothèses pour répondre à notre problème autour de la résistance des certaines plantes du collège à la canicule.

C) Observations approfondies

Ensuite on a essayé d’observer les feuilles au microscope, et donc on a eu besoin de réaliser des tranches très fines, à l’aide d’une tige de sureau et d’une lame de rasoir. C’était pour voir la structure de la feuille, son épaisseur, les poils, sa “peau” (l’épiderme). On a aussi coupé des tiges.

Tranche d’une feuille de sauge observée au microscope : on voit bien tous les poils

Tranche d’une feuille de lavande observée au microscope : de très nombreux poils

Tige de la plante cola, observée à la loupe binoculaire :

On a ainsi complété nos hypothèses. En effet, nos plantes résistantes et qui étaient exposées en plein soleil en milieu de journée l’été, ont toutes en commun des feuilles réduites, et des poils formant un duvet visible avec une loupe ou un microscope.L’ipomée qui étaient dans les mêmes conditions étaient plus ou moins sèche à la rentrée. Cela pourrait donc être important pour la résistance aux canicules. Par contre le fraisier a mieux résisté, mais il n’était pas en plein soleil l’essentiel de la journée, ni en jardinière mais dans la terre directement (carré potager).

Pierre Charrier (un biologiste, qui est venu travaillé avec les 6e) avait repéré aussi au collège des plantes grasses, plantes assez résistantes aux conditions extrêmes.

On a complété nos hypothèses :

Vendredi 26 janvier.

On s’est posé la question de savoir si les cactus étaient aussi des plantes grasses ? Quel était le rôle des poils ?

D) Nos recherches documentaires pour valider ou non nos hypothèses

Avec des tablettes, on a fait des recherches autour de notre problématique, on a aussi écrit par mail à M. Durand (directeur de recherche à l’INRAE et spécialiste en bioclimatologie _prairie/eau/climat/atmosphère) et M. Charrier (biologiste travaillant autour des plantes et de la biodiversité au collège avec les classes de 6e).

Voici ce que l’on a trouvé en quelques paragraphes (Julia, Marius, Jeanne, Monissa). Cela correspond entre autre à nos hypothèses : on peut les valider. On a aussi appris que chez les plantes il pouvaient y avoir plusieurs moyens pour résister à la sécheresse.

Les plantes doivent limiter leur transpiration tout en continuant à faire la photosynthèse (nécessaire pour leur développement) : elles vont refermer leurs stomates (ouverture dans les feuilles pour les échanges gazeux) mais vont alors bloquer leur photosynthèse. On parle de plantes xérophytes → qui résistent à la sécheresse. Au collège on a des lames d’épiderme de feuilles (utilisées en 6e) où l’on voit des stomates (ici à droite de la pointe de l’aiguille).

Feuilles réduites (les nôtres, les résistantes), ou découpées, ou même des épines : moins la surface est grande et moins elles transpirent.
Duvet : c’est quand il y a beaucoup de poils. Il permet une couche d’air protectrice entre la feuille et l’air chaud
Les poils servent à empêcher l’eau de pluie, la rosée d’adhérer à la surface de la feuille : il y en a sur les feuilles de fraisier par exemple. Le nom scientifique des poils est trichome. Ils peuvent être unicellulaires ou multicellulaires. Les poils des plantes permettent de créer une couche d’air isolante pour éviter de perdre de la chaleur, garder le froid hors des cellules, limiter les excès de températures.
Feuille avec un couche de “cire” pour limiter l’évaporation
Des feuilles gris/vert argenté vont aussi mieux réfléchir les rayons du soleil
Comme sur la feuille de lavande, le bord replié crée un micro climat.

E) Conclusion et perspectives

Grâce à la fondation CGénial, on a pu s’équiper d’un microscope numérique à relier sur une tablette.

Voici encore d’autres photos de nos observations, prises par Laurine, Jeanne et Marthe :

Feuilles de thym

Feuille de sauge :

Feuille de fraisier : face supérieure (gauche), et face inférieure (droite). Les poils sont surtout sur les nervures.

Parmi les plantes les plus robustes en jardinière face à la canicule et à l’absence d’arrosage l’été, on a étudié les plantes dites méditerranéennes avec des caractères particuliers : les poils abondants formant un duvet sur l’ensemble de la feuille, ou/et taille réduite des feuilles.

On n’a pas encore bien travaillé sur le thym, la plante curry. L’ipomée (pas de photos) pourra nous servir de témoin dans nos prochaines observations au printemps. On va aussi étudier les plantes grasses du collège, car elles résistent aussi très bien à la canicule, et à l’hiver, comme nos plantes méditerranéennes. On recherchera aussi les stomates, pour voir comment ils sont sur nos plantes (nombreux ? pas nombreux ?).

Il nous reste à étudier aussi à présent leurs racines pour voir s’il y a de choses spéciales. On a une mini serre avec chauffage et des bacs pour observer les racines de semis (voir photos en dessous). On va aussi essayer de comparer les épaisseurs des feuilles d’ipomée et des plantes résistantes aux canicules au printemps à venir, comparer leur épiderme en refaisant des coupes fines.