Place dans le programme :

Thème 1 : La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution de la vie - Énergie et cellule vivante.

Extrait du B.O. : la cellule chlorophyllienne des végétaux verts effectue la photosynthèse grâce à l’énergie lumineuse. 

Compétences travaillées

concevoir et réaliser une expérience assistée par ordinateur, raisonner à partir de résultats expérimentaux.

Limites

les essais avec les algues rouges et vertes ne sont pas concluants. Le caractère aléatoire des résultats avec les élodées peut décourager mais il est intéressant de confronter les élèves à la réalité et de critiquer les résultats obtenus en fonction des conditions expérimentales.

Nos recherches et expérimentations montrent que la LED de 2700 K ne convient pas aux élodées. Il semblerait d’ailleurs en horticulture que cette couleur ’chaude’ favorise plutôt la floraison que la croissance végétale. Dans le commerce, nous pouvons trouver des LED moyennement chaudes de 5000 K et des LED blanches de 6500 K efficaces pour une intensité minimale de 60 W·m-2.

Voici les spectres des LED comparés aux spectres des autres sources de lumière : 

 

 Source

 Remarques

l’éclairage qualifié de ’froid’ est celui qui a la température de couleur la plus élevée ! Le déséquilibre spectral des LED (forte proportion de lumière bleue dans les LED blanches) est une première dans l’histoire humaine et aucune donnée n’est disponible quant aux conséquences d’une exposition de longue durée sur la santé d’une telle lumière bleue. D’autre part les très fortes luminances des LED peuvent provoquer des éblouissements. Donc prudence avec les élèves ! Les consignes de sécurité doivent être rappelées (ne pas diriger les ampoules vers les yeux…)

Voici un lien vers un site qui parle des risques sur la santé liés à une forte exposition aux LED.

Rappelons que l’éclairement solaire au sommet de l’atmosphère terrestre (constante solaire) est de 1 360,8 W·m-2. Cette puissance par unité de surface au sol est de l’ordre de 1 000 W·m-2 à midi solaire. Il est très diffcile d’obtenir de telles valeurs avec des lumières artificielles, surtout lorsqu’on utilise des filtres colorés pour travailler sur l’efficacité des radiations de différentes longueurs d’ondes. Mais les LED présentent un autre avantage que celui de ne pas ou peu chauffer : elles sont très directives ce qui permet de concentrer le flux lumineux sur la cuve contenant le matériel végétal.

Les résultats peuvent être très décevants si on ne prend pas les précautions suivantes :

• Choisir des filtres rouge / vert / bleu des couleurs primaires en bon état.

• Réaliser la mesure à 21°C minimum. En dessous le métabolisme est fortement ralenti.

• Choisir un matériel végétal adapté : 2 ou 3 têtes de rameaux d’élodée, des lentilles d’eau par exemple.

• Vérifier l’intensité lumineuse à chaque changement de filtre et la corriger en rapprochant l’ampoule de la cuve de manière à la maintenir constante et suffisamment élevée pour déclencher une photosynthèse (aux alentours de 100 W/m²).

• Respecter un délai minimum de 2 minutes d’obscurité entre deux phases éclairées afin de renouveler (par la respiration) le CO2 dissous dans la cuve dont le taux pourrait devenir un facteur limitant.

Ci-dessous : un exemple de résultats obtenus avec des élodées éclairées par une LED blanche de 6500 K. Sans variateur, le controle de l’intensité lumineuse n’est pas simple. Il faut jouer sur la distance entre l’ampoule et la cuve. Néanmoins, les résultats sont exploitables :