Concepts clés
Plantes
Changements saisonniers
Couleurs
Introduction
Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les feuilles passent du vert à un incroyable éventail de jaune, d’orange et de rouge pendant l’automne? Les feuilles tirent leurs couleurs brillantes de pigments composés de molécules créant des couleurs de différentes tailles.
Pendant les mois chauds et ensoleillés, les plantes utilisent leurs feuilles pour transformer la lumière du soleil en énergie alimentaire, un processus appelé photosynthèse. Cela utilise principalement un pigment qui réfléchit la lumière verte, ce qui donne aux feuilles leur couleur caractéristique.
En automne, lorsque les jours plus froids et plus courts arrivent, de nombreuses espèces d’arbres ne produisent plus d’énergie alimentaire avec leurs feuilles et, par conséquent, n’ont plus besoin du pigment vert. Les autres pigments des feuilles, dont certains étaient déjà présents en été, deviennent visibles. Découvrez ces couleurs cachées de l’automne en séparant les pigments végétaux avec un processus appelé chromatographie sur papier. Quelles couleurs allez-vous voir?
Contexte
Il existe de nombreux types de pigments dans les feuilles des plantes. La chlorophylle les rend vertes et aide à la photosynthèse pendant les mois chauds et ensoleillés. À mesure que l’automne arrive et que la couleur verte et alimentaire s’estompe, d’autres pigments tels que le jaune, l’orange et le rouge deviennent plus visibles.
Les xanthophylles sont des pigments jaunes et les caroténoïdes donnent aux feuilles une couleur orange. La photosynthèse utilise également ces pigments pendant l’été, mais la chlorophylle, un pigment plus fort, les domine. Ces pigments prennent plus de temps à se décomposer que la chlorophylle, vous les voyez donc devenir visibles dans les feuilles d’automne. On les trouve également dans les carottes, les jonquilles, les bananes et d’autres plantes qui ont ces couleurs vibrantes. Il y a aussi des anthocyanes, des pigments rouges intenses qui ne sont pas fabriqués pendant l’été, n’apparaissant qu’avec le groupe final des couleurs d’automne. Ces molécules donnent également la teinte rouge aux pommes, aux canneberges, aux fraises et plus encore.
Bien qu’une feuille soit un mélange de ces pigments, vous pouvez séparer les couleurs en utilisant une méthode appelée chromatographie sur papier. Ce processus dissout les pigments et leur permet d’être absorbés par une bande de papier. Les molécules plus grosses ont plus de mal à se déplacer dans le papier tissé et sont d’abord piégées dans le papier, tandis que les plus petites se déplacent plus loin le long du papier. Ce processus sépare le mélange de pigments par taille moléculaire — et par couleur.
Matériaux
• Feuilles à différents stades de rotation des couleurs (le plus c’est le mieux — environ 10 de chaque couleur est la meilleure)
• Ciseaux
• Verres à boire solides et robustes (trois à quatre)
• Alcool à friction (alcool isopropylique)
• Cuillère en bois ou autre ustensile en bois avec une extrémité émoussée pour écraser les feuilles
• Fourchette
• Très petits bols ou bougeoirs à thé (trois à quatre)
• Serviettes en papier solides, blanches, lourdes et ultra-absorbantes
• Règle
• Crayon
• Cure-dents
• Plaque (ou autre surface pour protéger la zone de travail contre taches) • Pinces à linge ou grands trombones (neuf à douze)
Préparation
• Collectez certaines feuilles qui sont à différents stades de changement de couleur à l’automne, de préférence dans le même arbre.
• Séparez vos feuilles en groupes distincts classés par couleur, avec environ 10 grandes feuilles par groupe. Les séparer en piles vertes, jaunes et rouges peut être plus facile.
• Préparer des bandes d’essuie-tout en faisant trois à quatre bandes pour chaque groupe de feuilles. Coupez une serviette en papier solide et épaisse en longues bandes d’un pouce de large. Ils doivent être assez longs pour toucher le fond des grands bocaux en verre ou des bocaux mason et s’étendre encore sur le dessus. Avec un crayon, tracez doucement une ligne à un pouce du bas de chaque bande.
Procédure • Ajouter une cuillère à soupe d’alcool à friction dans chaque verre.
• Écrasez les feuilles dans l’alcool à friction à l’aide de l’extrémité émoussée d’une cuillère en bois pendant environ cinq minutes, jusqu’à ce que la solution soit foncée. Comment la couleur de l’alcool a-t-elle changé?
• Laisser reposer la solution pendant 30 minutes dans un endroit sombre à l’intérieur.
• À l’aide d’une fourchette, retirez les morceaux de feuilles des solutions et jetez-les, tout en laissant le liquide dans le verre.
• Versez chaque solution dans un très petit bol et laissez-la dans un endroit sombre à l’intérieur pour permettre à une plus grande partie de l’alcool de s’évaporer. Vous serez prêt pour l’étape suivante lorsque vous remuez vos solutions avec un cure-dent et qu’elles semblent plus épaisses.
• Bien mélanger chaque solution colorée avec un cure-dent, en utilisant un cure-dent différent pour chaque solution afin de ne pas mélanger les couleurs. • Laisser sécher les bandes. • Laissez reposer les verres pendant 30 minutes et observez les bandes de papier. Qu’arrive-t-il à la couleur des bandes de papier? • Regardez les différentes bandes séchées. En quoi les couleurs des bandes sont-elles différentes? Les bandes de différentes solutions de couleurs ont-elles des couleurs uniques, des couleurs partagées ou les deux?
• Regardez l’ordre dans lequel les couleurs apparaissent sur les différentes bandes. La même couleur est-elle au même endroit dans des bandes différentes ou est-elle à un endroit différent? Les couleurs apparaissent-elles dans le même ordre de séparation ou dans des ordres différents sur chaque bande ?
• Astuce: Si votre chromatographie est pâle, essayez d’utiliser plus de feuilles, de les couper en petits morceaux et / ou de « peindre » davantage de votre solution sur la ligne de crayon sur la serviette en papier.
• Extra: Vous pouvez utiliser cette même procédure pour comparer les molécules de couleur dans de nombreuses sources végétales différentes. Par exemple, vous pouvez essayer le chou rouge, les myrtilles, les carottes, les betteraves, les épinards, les fleurs ou d’autres plantes intensément colorées. Comment se comparent leurs mélanges de molécules de couleur?
• Extra: Si vous trouvez un arbre avec une large gamme de couleurs, vous pouvez répéter cette procédure en utilisant des feuilles à des stades de changement plus intermédiaires. Une source particulièrement bonne d’une grande variété de couleurs de feuilles est le tremble.
Observations et résultats
Avez-vous pu voir plusieurs bandes de couleur sur vos bandelettes de test? Avez-vous vu que certaines des bandes présentes étaient différentes pour les différentes solutions de couleurs utilisées?
Même si une feuille de plante ressemble à une seule couleur, elle est en fait composée d’un mélange de molécules pigmentaires. Dans cette procédure, la chromatographie sur papier a séparé les pigments par la taille de leurs molécules. Par conséquent, vous devriez voir différentes couleurs à différents endroits au fur et à mesure que vous longez l’une des bandes de serviettes en papier, et l’ordre dans lequel les couleurs apparaissent devrait être à peu près le même parmi les différentes solutions de couleurs que vous avez testées.
Quelles sont les différentes bandes de couleur sur les bandelettes réactives ? Ce sont les différents pigments des feuilles. Ceux que vous pouvez voir sur vos bandes de serviettes en papier sont: les chlorophylles vertes, les xanthophylles jaunes, les caroténoïdes orange et les anthocyanes rouges. Les pigments avec des molécules plus grosses restent généralement près du fond de la bande, où la solution a d’abord été « peinte » sur la ligne de crayon, car il leur est plus difficile de remonter à travers la fibre tissée de la serviette en papier. Les pigments plus petits peuvent plus facilement traverser la serviette en papier et, par conséquent, ils se déplacent généralement plus loin dans la bande.
Parce que la couleur de la feuille dépend du mélange de pigments qu’elle contient, différentes feuilles colorées afficheront des couleurs différentes sur leurs bandes de serviettes en papier. Par exemple, les feuilles très vertes peuvent ne pas avoir de couleurs rouges (anthocyanes) sur leurs bandes.
Nettoyage
Comme certains pigments végétaux peuvent tacher, veillez à ne pas renverser vos solutions colorées lorsque vous les jetez.
Plus à explorer
« Qu’est-ce qui fait que les feuilles des arbres Changent de couleur à l’automne? »de Scientific American
« Pourquoi les feuilles Changent de couleur », du S.U.N.Y. College of Environmental Science and Forestry E-Center
« Couleur du Feuillage d’automne », du Fisher Museum, Harvard Forest, Faculté des Arts et des Sciences de l’Université Harvard; et Florida International University, Département des Sciences Biologiques
« Ressources de Chromatographie sur papier », de Science Buddies
« Chromatographie sur papier: Version de base », de Science Buddies
Cette activité vous a été proposée en partenariat avec Science Buddies