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Les pigments végétaux

Les pigments végétaux absorbent une partie du rayonnement solaire du spectre visible et renvoient, dans toutes les directions, c'est-à-dire diffusent (et non réfléchissent) les autres. Selon les longueurs d'onde absorbées et diffusées, ils donnent aux objets des couleurs différentes.
Remarques :
Attention à ne pas renforcer la conception initiale des élèves qui consiste à penser que la couleur est une propriété intrinsèque de l'objet et non une propriété de son interaction avec la lumière source (ils ont presque toujours observé les objets qui les entourent lorsqu’ils sont éclairés à la lumière du jour ou avec des lampes, c’est-à-dire à peu près dans les mêmes conditions : les objets ont donc toujours la même couleur, si bien qu'ils finissent par leur associer cette couleur au même titre que leur forme, leur volume, etc.).

Les pigments végétaux

Il existe trois grandes familles de pigments végétaux.

Les chlorophylles

Les chlorophylles sont des pigments azotés. La plus fréquente, la chlorophylle a (ci-à-droite), a pour formule brute C55H72O5N4Mg. Toutes sont des chlorines (molécules macrocycliques tétrapyrroliques proches des porphyrines) qui chélatent un cation de magnésium Mg2+ au centre du macrocycle. C'est la présence, dans leur structure, de nombreuses doubles liaisons conjuguées qui permet une interaction avec le rayonnement lumineux et son absorption. Les chaînes latérales de la chlorine sont variables et ceci entraîne une modification du spectre d'absorption entre les différentes familles de chlorophylles.

Les longueurs d'onde du spectre électromagnétique comprises entre 490 et 570 nanomètres sont très peu absorbées, d'où la couleur verte donnée aux tissus riches en chlorophylle, lorsqu'ils sont éclairés par de la lumière blanche.

Spectres d'absorption des chlorophylles a et b
https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Pluridisciplinaire/03/8/RA19_Lycee_G_1er_ES_Spectres_et_photosynthese_1220038.pdf

Ces pigments, qui représentent souvent plus de 70 % des pigments du végétal, participent activement à la photosynthèse. Ils sont au cœur des « photosystèmes » qui absorbent l’énergie du Soleil dans les membranes des chloroplastes, les thylakoïdes (hormis  pour les chlorophylles c, un alcool terpénoïde , le phytol, hydrophobe est estérifié en C20 ; il est enchâssé dans la  membranes des thylakoïdes).

Dans le proche infrarouge (autour de 700 nm), la chlorophylle se caractérise notamment par sa fluorescence . Les clichés aériens ou satellitaires en « fausses couleurs » (infrarouge + vert + bleu) permettent aux spécialistes de reconnaître les essences par analyse radiométrique.

Les caroténoïdes

Les caroténoïdes donnent une couleur jaune orangé aux organes végétaux. Ils sont de deux types :
- les carotènes, qui ne sont composés que d'atomes de carbone et d'hydrogène,
  Ex :  Le β-carotène donne une couleur orange à la patate douce, aux abricots...
          Le lycopène est un carotène rouge qui donne sa couleur rouge à la tomate.
- les xanthophylles, qui sont composés d'atomes de carbone, d'hydrogène et d’oxygène.
  Ex : La zéaxanthine est une xanthophylle qui donne sa couleur jaune aux grains de maïs.
         La fucoxanthine est une xanthophylle qui donne une couleur brune à de nombreuses algues.
Liposolubles, ils se situent dans les membranes les chloroplastes des tissus chlorophylliens, ou dans des chromoplastes. Dans les premiers, ils jouent un rôle dans la photosynthèse en transférant aux chlorophylles une partie de l’énergie lumineuse qu’ils absorbent. Dans les deux cas, ils protègent les tissus des dommages dus à la lumière.

Les flavonoïdes (sens large)

Les flavonoïdes regroupent un très grand nombre de pigments dont les plus connus sont des anthocyanes. Composés polyphénoliques, ils partagent tous une même structure de base formée par deux cycles aromatiques reliés par trois carbones, C6-C3-C6. A l'état naturel, les flavonoïdes sont souvent sous forme d'hétérosides : une ou plusieurs de leurs fonctions phénols sont alors glycosylées (les oses étant le glucose, le galactose, le rhamnose ou l'arabinose). La partie autre que l'ose est appelée aglycone.

Les flavonoïdes sont divisés en plusieurs classes qui se différencient par le degré de saturation de l'hétérocycle de l'aglycone, son oxydation et sa conformation spatiale :
- les flavonols, pigments conférant une couleur jaune,
  Ex : quercétine dans les oignons, les échalotes
- les anthocyanidines (ou anthocyanidols) =  partie aglycone des anthocyanes
  Les anthocyanes sont hydrosolubles et contenus dans la vacuole des cellules végétales et sont responsables. La large gamme de couleur qu'ils confèrent aux végétaux est liée à leur nature chimique et au pH de la solution vacuolaire.

Exemple de 15 fleurs riches en anthocyanes

Les 15 fleurs riches en anthocyanes 

Spectre d'absorption d'une solution d'anthocyanes extraites des 15 fleurs rouges et bleues à deux pH

Photographies et spectres : P. S. Vankar et al, 2010


- les flavanols, qui entrent dans la contitution des tanins.
  Ex : catéchine dans le thé, le vin

Ils ont un rôles dans les stress abiotiques (antioxydant, anti-ultraviolets) et interviennent dans les relations interspécifiques (attraction des insectes pollinisateurs, répulsion de ravageurs et pathogènes).

 

Proposition d'activités (2nde et Terminale spécialité SVT)

Ateliers GIPTIC
  • Reporté - Des outils pour travailler en distanciel avec les élèves (Pearltress, La Quizinière, Learning App, Génially)
  • Reporté - Utilisation d'un microcontrôleur Arduino lors d'une séance pédagogique en SVT ou en Enseignement scientifique.