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Origine de la matière organique des roches

Mise à jour le 19/10/2019
Par Vincent Voisin

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D’où provient la matière organique dans les roches ?

1. L’origine de la matière organique des roches

Consigne : par une exploration des ressources à votre disposition, identifier un/des indices de l’origine des roches foncées présentées.

Ressources : échantillons de charbons avec et sans traces de végétaux fossilisés, échantillon de tourbe notamment afin d’observer à la loupe binoculaire, lames mince de charbons avec nodules végétaux et lame mince de coupe transversale de tige, fronde de fougère, Application LibMol afin de visualiser des modèles moléculaires de chlorophylle et de phytane (constituant de pétrole), échantillon de pétrole, etc.

Organisation en 3 ateliers d'observation de la matière à l'échelle macroscopique (atelier 1), microscopique (atelier 2) et moléculaire (atelier 3).

Atelier 1 : Observations macroscopiques d'échantillons de roches carbonées avec des empreintes de fossiles.

Fiches d'identification de fossiles :

Photo 1. Roche carbonée présentant les motifs fossilisés du tronc de lépidodendron.

Photo 2. Fossile de fronde de fougère.

Photo 3. Roche avec fossiles de tronc de Calamites.
Atelier 2 : Observations microscopiques de préparations microscopiques de roches carbonées (tourbe, lignite et houille).

Photo 4. Tissu végétal présumé observé au microscope optique à partir d’un échantillon de tourbe (x100).

Photo 5. Détail des cellules reliques (x400).

Photo 6. Fibres de bois présumées dans un échantillon de lignite au microscope optique (x100).

Photo 7. Fragment de tissu végétal issu d'un échantillon de houille au microscope optique (x400).

Atelier 3 : Observations de modèles moléculaires avec un visualiseur (LibMol).

Document de structures moléculaires dans le vivant et dans le pétrole (Nathan, niv. seconde, 2010)

Figure 8. Chlorophylle A avec extrémité phytol et anneau porphyrine (modèle moléculaire LibMol).

Fig. 9. Molécule de phytane. Présence dans le pétrole (modèle moléculaire LibMol).

Bilan : Les roches présentées en introduction sont constituées, pour partie, de restes végétaux ou de leur empreinte.

Comment la matière organique est-elle produite ? Quel métabolisme génère la matière organique à partir de matière minérale ?

2. La formation de la matière organique végétale par photosynthèse

3 ateliers pour déterminer l'équation-bilan de la photosynthèse.

Atelier 1 : Expérience d’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) avec des sondes à O2 et CO2.

  

Fig 10. Photographie du montage expérimental et exemples de courbes obtenues (évolution des taux de O2 et CO2 au cours du temps).

 
Atelier 2 : Feuilles chlorophyllliennes mises dans différentes conditions expérimentales :
  • à la lumière avec une partie cachée par un opercule afin de mettre en évidence, par la réaction d’eau iodée, la production d’amidon à la lumière, pour tester l'hypothèse « la photosynthèse nécessite de la lumière »,
  • dans un sac hermétique (le 2 du dessin) qui reçoit de l'air émis par un bulleur et qui circule dans une solution de potasse (solution 2) et d'eau de chaux (solution 3) afin de tester l'hypothèse « la photosynthèse nécessite du CO2 »,
  • témoins de chacune des feuilles précédentes : une dans le sac 1 avec passage de l'air du bulleur dans de l'eau distillée (solution 1) et une à l'air ambiante.

 

Fig 11. Dessin du dispositif expérimental contribuant à établir l'équation-bilan de la photosynthèse.

Atelier 3 : Visualisation de modèles moléculaires du glucose et de l'amidon (application Libmol par exemple).

  

Fig. 12. Représentations d'une molécule de glucose et d'un fragment d'amidon (modèles moléculaires LibMol).

Bilan  :

  •  Le CO2 est un réactif et le O2 un produit de cette réaction chimique et possiblement néfaste pour les structures vivantes du fait de son caractère oxydant ;
  • la présence de lumière est indispensable en tant que source d’énergie fondamentale ;
  • le CO2 est la source du carbone de la matière organique et celle mise en évidence ici est l'amidon ;
  • le glucose est le monomère de l’amidon (élément fondamental de la structure moléculaire de cet homopolymère) dont la formule chimique est utilisée dans l'équation-bilan de la photosynthèse ;
  • L’eau est oxydée et le CO2 réduit. Il s’agit « globalement » d’une oxydo-réduction.

6CO2 +12 H2O --> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (avec lumière)