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I]  Les caractéristiques des  
pigments et les  
différentes  
absorptions.  

  1° Qu'est-ce qu'un pigment?  

  2° Les différents types de  
  pigments chez les algues.  

  3° Les différentes  
  absorptions de la  
  lumière blanche en  
  fonction des pigments.  

II] La répartition des  
algues selon la profondeur  
et les différentes absorptions.  

  1° L'absorption des  
  longueurs d'ondes  
  par l'eau selon  
  la profondeur.  

  2° La répartition des  
  algues en fonction  
  de l'absorption de l'eau.  

  3° Adaptation pigmentaire  
  quantitative et qualitative  
  des algues.  

 Introduction:

Dans le cadre de notre TPE, nous avons décidé de nous pencher sur le phénomène qu'est la photosynthèse et, plus précisément, la répartition géographique des algues. Ce thème est commun à la biologie et à la physique-chimie. Nous nous sommes demandé pourquoi les algues se répartissent à divers niveaux de profondeur. Nous allons voir dans un premier temps les caractéristiques des pigments et les différentes absorptions, puis, dans un second temps, la répartition des algues selon la profondeur.

Pigment végétal : Les végétaux contiennent des pigments variés qui leur donne les couleurs.

Parmi eux, on doit, en premier lieu, citer la Chlorophylle dont le fonctionnement est d'une importance capitale pour assurer la nutrition carbonée des végétaux supérieurs (photosynthèse) et, par leur intermédiaire, des animaux.

Dans les feuilles, à côté de la Chlorophylle, on trouve la Xanthophylle (pigment jaune), et des pigments Caroténoïdes (pigments rouges). Ces pigments deviennent visibles en automne dans les feuilles en train de mourir, grâce à la disparition de la Chlorophylle et à une augmentation de leur concentration.

Chez les algues, on trouve, à côté de la Chlorophylle, la Phycoérythrine (algues rouges), la Phycoxanthine (algues brunes) et la Phycocyanine (algues bleues), qui ont pour effet de favoriser l'absorption, par l'algue, de l'énergie lumineuse portée par des radiations de plus courte longueur d'onde que celles absorbées par la Chlorophylle.

Afin de distinguer les pigments des algues, il faut réaliser une chromatographie d'une suspension de ces algues. Dans le cadre du TPE, nous avons effectué la chromatographie d'une suspension d'algue verte. Voici le matériel dont nous avions besoin :
-algue verte
-papier à chromatographie (phase fixe)
-solvant (phase mobile) : éther de pétrole : 85mL ; acétone : 10mL ; cyclohexane : 5mL
-bouchon en liège muni d'un crochet
-éprouvette

Le protocole est le suivant :
-écraser une petite tâche d'algue sur le papier à chromatographie.
-mettre du solvant dans l'éprouvette jusqu'à la ligne de dépôts.
-suspendre le papier à chromatographie avec le crochet.
-fermer l'éprouvette avec le bouchon.
-après 20 minutes environ, sortir le papier de l'éprouvette, le décrocher et observer rapidement les résultats, les couleurs s'estompant assez rapidement.

Grâce à cela, nous avons pu identifier au moins trois pigments différents.

Comme on peut l'observer, l'éluant a séparé trois pigments de couleur verte foncée, verte claire et jaune, ce qui correspond à la Chlorophylle A, B et à la Xantophylle présents dans l'algue verte. Cependant, nous avons recherché le résultat de cette même chromatographie, en complément, et nous voyons qu'un autre pigment rouge-orangé a été mis en valeur sur la phase fixe : le Carotène.

Faute de matériel (solvant), nous n'avons pas pu réaliser la chromatographie des algues rouges et brunes. Pour autant, nous avons recherché les résultats de ces deux chromatographies respectives :

Algue rouge

Algue brune

Nous avons réalisé le spectre d'absorption d'une suspension d'algue verte, les pigments présents dans l'algue lors de son état normal sont donc présents dans cette suspension.

Nous obtenons alors un graphique qui témoigne d'une absorption de la lumière blanche dans des longueurs d'ondes comprises entre 350 et 450nm (radiations bleues-violettes). L'absorption est plus faible pour des longueurs d'ondes comprises entre 500 et 630nm (ce qui correspond aux radiations jaunes-vertes). On remarque une assez forte absorption dans les radiations rouges (~650nm). Au delà de 700nm, l'absorption de la lumière blanche est faible.

On remarque sur ce graphique (trouvé dans un livre de terminale S, spécialité S.V.T.) que l'absorption des radiations rouges est plus marquée.

Sachant qu'il y a différents pigments dans les algues, nous avons voulu faire le spectre d'absorption de chacun de ces pigments, séparément. Mais nous ne disposions pas des solvants extracteurs de chaque pigment. Nous avons néanmoins recherché les résultats de ces expériences.

Nous observons que la Chlorophylle a absorbe les radiations entre 400-450 nm et entre 650-700 nm. Ces longueurs d'ondes correspondent au rouge, au vert et au bleu. Pour la Chlorophylle b, on note une importante absorption des radiations se trouvant entre 450-500 nm et 600-650nm. Ces longueurs d'ondes correspondent au rouge-orange et au vert. Grâce aux chromatographies précédentes, on en conclut que l'algue verte contenant ces deux Chlorophylles absorbent le rouge, l'orange et le bleu. Les algues brunes et rouges qui ne contiennent que la Chlorophylle a n'absorbent que le rouge et le vert.

Pour connaître la répartition des algues selon les différents absorptions, on effectue un spectre d'absorption de l'eau de mer.

Remarque : nous avons tenté de modéliser l'eau de mer par une solution de NaCl(aq) et d'en faire le spectre d'absorption, sans résultat. Nous avons alors recherché les résultats d'un vrai spectre d'absorption de la lumière par l'eau de mer.

On constate que les radiations rouges sont beaucoup plus absorbées (46%) par l'eau de mer que les radiations bleues (31%). Les radiations vertes, quant à elles, sont les moins absorbées (25%).

Le graphique montre que l'eau de mer absorbe plus fortement  les radiations rouges, puis les  bleues et enfin les vertes. On peut donc affirmer que les pigments présents dans l'eau de mer ne peuvent absorber le rouge et  n'absorbent que peu le bleu et beaucoup le vert.

Ce graphique nous informe de l'absorption de l'eau de mer selon la profondeur. On remarque que plus la profondeur est importante, plus les radiations présentes sont proches du vert et du bleu et plus l'on se rapproche de la surface, plus les radiations sont proches du rouge.

2° La répartition des algues en fonction de l'absorption de l'eau.

On sait d'après la chromatographie, que l'algue verte absorbe les radiations de couleurs rouges. Or, les algues absorbant une majorité de radiations rouges sont, d'après le document précédent, situées à proximité de la surface (environ -10m).

Nous savons que les algues rouges et brunes absorbent des radiations de couleurs vertes et bleues. Or, les algues qui absorbent ces radiations sont situés en zone profonde (-100/-120m).

Voici une carte de la France précisant la profondeur de la mer sur les côtes de l'Atlantique et de la Manche :



On remarque que, plus on se rapproche des côtes, moins la mer est profonde.
 Or nous venons de dire que ce sont les algues vertes qui sont proches de la surface. Les algues vertes se situent donc près des côtes françaises.
 De plus, on observe une profondeur importante au niveau du Golfe de Gascogne, ce qui se traduit par la présence d'algues brunes et rouges normalement présentes en profondeur.
Nous sommes donc arrivé a déterminer la position géographique des algues sur la côte ouest de la France.

3° Adaptation pigmentaire quantitative et qualitative des algues.

On a démontré, grâce à des expériences de transplantation d'algues de "surface" vers les niveaux plus profonds, qu'en faible lumière, les algues augmentent leur quantité de pigments.
En éclairant in vitro  (en milieu artificiel) certaines algues bleues en lumière rouge ou en lumière verte, celles-ci sont capables d'adapter leur composition pigmentaire, ce qui se traduit par : plus de Phycoérythrine en lumière verte qu'en lumière rouge.
Par ailleurs, en réalisant les mêmes expériences in situ  (en milieu naturel) des adaptations de même type ont pu être mises en évidence : les algues vertes augmentent leur proportion en Chlorophylle b ou en Caroténoïdes. Les algues brunes, elles, augmentent leur proportion en Fucoxanthine et en Chlorophylle c (en lumière verte ou avec la profondeur).