C - Le mécanisme des changements de couleurs des végétaux

La couleur dont on perçoit les végétaux dépend de l'interaction entre la lumière et les pigments contenus à l'intérieur de celui-ci. Les feuilles des végétaux peuvent changer de couleurs naturellement, par exemple avec l'automne, oui bien chimiquement avec l'ajout de colorants ou la modification du pH.

1) La couleur visible

La lumière blanche, émise par une source telle que le Soleil ou une lampe à incandescence, est constituée d’une infinité de radiations colorées. Dans l’intervalle des radiations visibles, entre 400nm et 800nm, on obtient un spectre de la lumière blanche. Celle-ci est dite polychromatique car elle est composée de plusieurs radiations colorées.

spectre-lumiere-blanche-1.jpg

Lorsqu’un objet est éclairé, il peut diffuser tout ou une partie des radiations lumineuses qu’il reçoit en fonction de sa couleur. La surface d’un objet absorbe une partie des radiations lumineuses qu’elle reçoit et diffuse les autres. Notre œil ne perçoit que les radiations diffusées par l’objet qui lui donne sa couleur. Si on prend une surface blanche et qu’on l’éclaire avec une lumière blanche, toutes les couleurs du spectre de la lumière blanche seront diffusées. Si on éclaire une surface rouge avec une lumière blanche, toutes les couleurs du spectre de la lumière blanche seront absorbées, sauf le rouge. Le rouge est donc la couleur diffusée.

            La synthèse additive et la synthèse soustractive pourraient éventuellement permettre de choisir la couleur dont on voudrait voir un objet. On parle de synthèse additive des couleurs quand on superpose plusieurs faisceaux colorés pour former une nouvelle couleur. Les couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu, en superposant deux de ces couleurs on obtiendra la couleur complémentaire de la troisième.  On parle de synthèse soustractive des couleurs quand un faisceau de lumière blanche traverse un filtre coloré. A la sortie du filtre, on observe un faisceau de lumière ayant changé de couleur. Par exemple, pour un filtre cyan, la couleur absorbée est le rouge et les couleurs transmises sont le bleu et le vert. La superposition de deux filtres permet la sélection d’une seule couleur. Par exemple, si les filtres sont de couleur cyan et magenta, la couleur transmise sera le bleu.

 La synthèse additive   La synthèse soustractive

Les plantes contiennent des pigments comme la chlorophylle (a), la chlorophylle (b) ou des carotènes. Ces pigments absorbent et diffusent différentes couleurs d’ondes.

 

  

Nous pouvons constater que les chlorophylles (a) et (b) absorbent les couleurs d’ondes au niveau du rouge et du bleu, la couleur diffusée est donc plus particulièrement le vert.

 

Le carotène absorbe les longueurs d’ondes correspondant au bleu et au violet, c’est ce qui lui donne sa couleur rouge orangée.

2) Les feuilles des végétaux changent de couleur, facteur naturel et facteur chimique.

Une fois l’automne arrivé, les feuilles d’une grande majorité des végétaux changent de couleur. Ceci est un phénomène naturel assez simple ; durant le printemps et l’été  les feuilles des arbres sont généralement vertes (à quelques exceptions), à cette époque de l’année, l’arbre est en pleine croissance et la chlorophylle se concentre en grande quantité dans ses feuilles. Cette chlorophylle combinée à la lumière et au carbone de l’air permet aux feuilles de fabriquer des sucres qui sont nécessaires à la croissance de toute plante : c’est la photosynthèse.  Lorsque l’automne arrive, avec les premiers froids et le raccourcissement des jours, la photosynthèse diminue, ralentissant jusqu’à stopper la croissance des arbres. La chlorophylle se met alors à se dégrader pour laisser place au carotène qui donnera une couleur jaune, orange, brune au feuillage. Le principe est le même pour les feuillages devenant rouges, la chlorophylle disparait pour laisser place aux anthocyanes, pigments responsables de la couleur rouge.    

Il est aussi possible de modifier la couleur des pétales d’un végétaux ou son feuillage en trempant la tige de la plante ou de la fleur dans de l’eau avec du colorant. Les colorants sont des substances finement divisées solubles dans le milieu qui les contient. Le colorant va alors monter par capillarité dans la tige et donner progressivement sa couleur aux pétales ou au feuillage.

Le pH a une grande influence sur la couleur des anthocyanines. Le pH est lié à la concentration en ions H+, ou ions H3O+ en solution aqueuse. Les anthocyanines sont des pigments sensibles à la quantité d'ions H+, c'est à dire à la valeur du pH du milieu où elles se trouvent. Un gain ou une perte d'ions H+ modifiera la structure de la molécule et donc sa couleur car cela modifiera la répartition des électrons. Par exemple, en présence d'OH-, la partie O+- de l'anthocyanidine captera ce OH-, ce qui modifiera légèrement la structure de la molécule, et rajoutera le groupe auxochrome OH à la molécule. Une plante pouvant contenir différents types d'anthocyanines en quantités diverses, la variation du pH n'aura pas le même effet sur tous les végétaux. La modification de la molécule est réversible dans une certaine mesure ; on peut donc revenir à la couleur initiale en ajoutant un produit d'acidité contraire. Si le pH est trop extrême alors c'est toute la structure de la molécule qui est modifié et la réaction est donc irréversible.


3) Les expériences

 1)    Expériences sur la capillarité

  • Changement de couleur des pétales

But : Montrer que l’on peut changer la couleur des pétales d’une fleur  grâce à la capillarité.

Matériel : 

              - Fleurs : une rose, une orchidée, une renoncule

              - Colorants (magenta, jaune et bleu)

              - Verre

              - Eau

 

Démarche expérimentale : Nous  avons mis la tige de chaque fleur dans un verre rempli d’eau. Nous avons ensuite ajouté du colorant de couleur différente dans chaque verre.

   Rose : Colorant turquoise

   Orchidée : Colorant orange

   Renoncule : Colorant vert menthe

 Observations : Au fur et à mesure du temps, les pétales se sont colorés de la couleur du colorant dans lequel elles trempaient.

             1ère photo : 19h30

             2ème photo : 20h30

             3ème photo : 22h30

             4ème photo : 6h30

             5ème photo : 11h30

             6ème photo : 16h30

             7ème photo : 22h30

             8ème photo : 6h30

Conclusion : Lorsque que la tige d’une fleur trempe dans un liquide, les pétales de cette fleur deviennent au bout de plusieurs heures de la même couleur que le liquide. C’est le phénomène de capillarité.

 p1000744.jpg  La rose prend la couleur du colorant turquoise

L'orchidée L'orchidée prend la couleur du colorant orange

la renoncule La renoncule prend la couleur du colorant vert menthe

 

  • Changer la couleur du feuillage

 

But : Montrer que l’on peut changer la couleur du feuillage de petits végétaux grâce à la capillarité.

Matériel :

            - Branches de céleri branche

            - Tubes à essai

            - Portoir

            - Eau

            - Colorants (rouge et bleu)

Démarche expérimentale : Nous avons mis les branches de céleri à tremper dans différents tubes à essai où l’on avait préalablement versé de l’eau avec du colorant rouge ou bleu. Nous avons ensuite fendu une tige en deux et l’avons fait tremper dans  deux tubes à essai, contenant des colorants différents, en même temps.

Observations : Au fur et à mesure du temps, la tige et le feuillage ont pris la couleur du colorant dans lequel ils trempaient.

Conclusion : Lorsque la branche d’un végétal trempe plusieurs heures dans un liquide coloré, le feuillage prend la même couleur que le liquide : c’est le phénomène de capillarité. 

Les branches de céleri prennent la couleur du colorant Les branches de céleri prennent la couleur du colorant 


2) Expérience sur le pH

 

But : Montrer que l’acidité d’une solution fait varier la couleur d’un corps

 

Matériel :

 

            - Eau distillée

 

            - Jus de chou rouge

 

            - Soude (NaOH)

 

            - Chlorure de sodium (NaCl⁻)

 

            -  PH-mètre

 

            -  Tubes à essais

 

            -  Pipettes

 

            -  Béchers

 

            - Portoir

 

Démarche expérimentale: Nous avons prélevé, à l’aide d’une pipette, du jus de chou rouge ayant un pH neutre (7) puis nous y avons ajouté une certaine quantité d’acide ou de chlorure de sodium suivant le pH voulu. Pour obtenir le pH souhaité, nous avons utilisé le pHmètre. Après chaque utilisation,  nous avons rincé la sonde avec de l’eau distillée pour ne pas fausser les résultats.

 

Observations : En modifiant l’acidité d’une solution, nous avons pu constater ces changements de couleur :

 photo-1.jpg Solutions au pH neutre

solutions obtenues après l'ajout de jus de chou rouge et modification du degré du pH

 


 Solutions obtenues après l'ajout de jus de chou rouge et modification du degré du pH




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