SommaireIntroduction..Page 2 I)Les flavonodes et leur fonctionnement A/Qu'est que les flavonodes et les anthocyanes? Dfinition B/Qu'est ce que le pH ? C/Variation de la couleur de lanthocyanes et par consquent celle de lhortensia 1) En fonction du pH 2) En fonction des complexassions avec les mtaux 3) La mthode dite force Page 3 Page 4 Page 4 Page 4 Page 7 Page 12

II)Les sols et leurs fonctionnements A/La compositions des diffrents sols B/Consquences sur les hortensias C/Le pH du sol 1) Quest ce que le pH dun sol 2) Comment un sol devient-il acide (= lacidification des sols) 3) Le CAH (complexe argilo humique) 4) Les couleurs des hortensias

Page 14 Page14 Page15 Page 16 Page 16 Page 17 Page 17

Conclusion...Page 19 Bibliographie...Page 20

INTERVENANTS :- Romain LABAT - Jordan JEA N - Daren SCHMIT 1reS2 1reS2 1reS2

1

IntroductionDans notre environnement quotidien, les plantes sont omniprsentes ! Elles embellissent nos maisons, nos jardins, notre milieu de par leur parfum et leurs couleurs. Justement, les hortensias en possdent une belle. Ils furent ramens du Japon en France par Philibert Comerson en 1768. Lhortensia nentrera dans la famille des Hydranga, que soixante ans plus tard, sous le nom de Hydrangea macrophylla. Pour augmenter cette magnifique palette de couleurs, les hortensias peuvent en changer sous diffrents facteurs, tels que le pH ou laluminium. Le nom hortensia vient du fait quils aient t dcouverts, non pas ltat sauvage, mais dans les jardins du roi de lle Maurice : Jardin = Hortensis en latin. Ce terme sest ensuite gnralis en hortensia. Dans ce TPE nous nous demanderons pourquoi et comment les hortensias changent de couleurs, en fonction de la composition du sol. Nous allons voir, dans un premier temps, comment de nombreux pigments comme les flavonodes, les anthocyanes sont responsables de ce changement de couleurs. Le mot anthocyane, lui, vient du grec : Anthos = fleurs / Kuanos = bleu. Nous en dcouvrirons, plus tard, la raison. Nous nous intresserons, dans un second temps, aux diffrents types de sols, faisant varier la couleur de lhortensia.

2

I ) Les flavonodes et leur fonctionnementA/Qu'est que les flavonodes et les anthocyanes? Dfinition. Les flavonodes sont des pigments dont le rle dans la photosynthse est trs important : rayons qui dtruisent les noyaux cellulaires et les protines. Ils interviennent galement dans la couleur des fleurs. Ils sont prsents dans toutes les parties suprieurs des vgtaux: racines, tiges, feuilles, fleurs. Ainsi ils sont responsables de leur couleurs. Leur fonction principale est la pigmentation des plantes. Dans la grande famille des flavonodes, les anthocyanes sont les seules molcules du rgne vgtal capables de produire une vaste gamme de couleurs, susceptibles de donner des teintes allant du jaune-orang au bleu, en passant par le pourpre et le rouge. La structure de base de toute anthocyane se compose dun systme de 3 cycles constitu au total de 15 atomes de carbones : Le cation flavylium. Ces 15 atomes de carbones sont lis par des doubles liaisons conjugues, cest un chromophore. De plus la molcule prsente des groupes auxochromes, permettant ainsi aux hortensias de faire partis des fleurs colors. Ce pigment est situ dans la vacuole (=poche remplie deau) de la cellule vgtale : (voir ci-dessous, schma 1). Le cation flavylium absorbe la lumire dans le domaine du visible. La lumire mise par lhortensia, et donc, celle dcrypte par notre cerveau, est la couleur complmentaire de la couleur absorbe majoritairement par les anthocyanes. C'est--dire que si la molcule absorbe majoritairement dans le rouge, la lumire mise sera le vert (=couleur complmentaire) (voir ci-dessous, schma 2)

Schma 1 :

Schma 2 :

3

B/Qu'est ce que le pH ?

Le pH est, en fait, une abrviation dsignant Potentiel Hydrogne. Cest un coefficient qui caractrise l'acidit d'une solution par la prsence d'ions oxonium (H3O+) ou sa basicit, gnralement de une abondance d'ions hydroxyde (OH-). Il peut varier de 0 14. Pour quune solution soit qualifie de neutre, son pH doit tre gal 7.Ainsi, en dessous de cette limite, la solution sera acide et, au dessus de cette limite, la solution sera basique. Un milieu acide sera fortement concentr en ions oxonium (H3O+) Ainsi : pH < 7 = solution acide, fortement concentr en ions oxonium pH > 7 = solution basique, fortement concentr en ions hydroxyde pH = 7 = solution neutre, ni acide, ni basique Nous pouvons rsumer la dfinition du pH par la formule : [H3O+] = 10-pH [H3O+], tant la concentration molaire en ion oxonium en mol.L-1 .C'est--dire que la concentration en ions oxonium est gale 10-pH Par exemple, 0.1mol.L-1 = 10-1 ; le pH est ici gale 1

C/Variation de la couleur de lanthocyane et par consquent celle de lhortensia 1) En fonction du pH Les variations de couleurs des hortensias sont la consquence mme des variations de labsorption de lanthocyane. En effet, malgr les capacits colorantes de lanthocyane, ces dernires subissent des modifications au contact de diffrent pH. En effet nous avons ralis une exprience qui consistait faire varier la couleur du chou rouge, car il contient le mme pigment color que lanthocyane. Il est vrai que le chou rouge est un trs bon indicateur de pH.

4

Matriel : - Feuilles de chou rouge - Eau chaude - Solutions de diffrent pH (vinaigre, caf, citron, acide chlorhydrique, ammoniac, soude) - Paire de ciseaux - 6 tubes essais - Portoir de tubes essais - 1 Bcher - Passoire - Pipette en plastique 2 ml Protocole : - Couper des petits bouts de chou rouge avec les ciseaux. - Plonger les bouts dans leau chaude et laisser infuser dans un bcher. - Passer le contenu du bcher la passoire et remplir les 6 tubes essais denviron 5ml. - Verser 3 gouttes des diffrentes solutions tester laide de la pipette en plastique.

Nous pouvons observer une belle gamme de pH allant de pH 2 pH10, nous rvlant bien la capacit de lanthocyane changer de couleurs, en fonction de son degr dacidit

5

Les petits bouts de papier tmoignent du pH des diffrentes solutions

On peut voir respectivement de gauche droite : tube n1 = pH10 tube n2 = pH9 tube n3 = pH7 (eau distille) tube n4 = ph4 (vinaigre) tube n5 = pH2 (acide chlorhydrique) tube n6 = tmoin (jus de chou rouge)

Nous pouvons en dduire que la molcule danthocyane a chang de forme lors de lacquisition des ions oxonium prsents dans les diffrentes solutions aqueuses. La photo ci-dessous illustre bien le changement de structure du cation flavylium lors de lacquisition dions hydrognes (soit H3O+, en solution aqueuse car H+ + H2O = H3O+).

6

Pour conclure, la variation de pH entrane le changement de structure de la molcule danthocyane, faisant ainsi varier la gamme de lumire absorbe. Par consquent la lumire mise varie du rose au bleu en passant par le violac.

2) En fonction du complexe form : cation flavylium + ion aluminium (III)

Les anthocyanes reprsentent une grande famille de substances dont les proprits de couleurs, vis vis du pH, varient notablement. Mais les proprits des anthocyanes peuvent tre modifies galement par la liaison avec des mtaux, tel que le sulfate d'aluminium.

7

En effet lion aluminium apporte sa propre couleur et peut lassocier lanthocyane. Le rsultat figurant sur lhortensia est souvent magnifique. Une fonction ortho diphnol sur le cycle B (obligatoirement en position 4ou 5) est ncessaire. Reprenons ce therme barbare en partant de la fin : Phnol car cette molcule est compose dun cycle benznique et dune fonction hydroxyle. Le prfixe di signifie quil y a deux groupes hydroxyles. Si ces deux groupes ntaient pas placs en position 4 ou 5, la molcule naurait pas pu former un complexe avec lion aluminium. L'acidit ou la basicit de la terre permettent tout de mme l'assimilation de ces mtaux. Nous pouvons constater, en regardant la photo ci-dessous, que l'on peut obtenir toute une palette de couleurs en utilisant une concentration plus ou moins grande de sulfate d'aluminium pour bleuir l'hortensia. La palette de couleurs des hortensias peut se rsumer cela, plus le pH est acide et la concentration en sulfate daluminium de la solution et/ou du sol est lev, plus les hortensias auront tendance aller vers le violac/bleu.

8

Cette molcule de sulfate d'aluminium, compose de deux atomes aluminium et de trois atomes sulfate se note : Al2 (SO4)3 Les ions aluminium se trouvent seulement dans des terres acides puisque laluminium nest soluble que dans un sol acide. Nous avons ralis une exprience qui malheureusement na pu durer que quelques jours. Cette exprience consistait observer si les hortensias changeaient de couleurs en fonction de la solution dans laquelle elles taient plonges. Nous prfrons commencer par vous dire que nous aurions voulu raliser cette exprience sur un vrai plant dhortensia mais cela na pu tre possible, en raison des tempratures trop basses et de la saison inadquate (Hiver). Nous avons tout de mme ralis notre exprience avec des tiges de fleurs dhortensias. Sur les photos, ci-dessous, nous observons que ds le deuxime jour, les fleurs tant dans la solution de sulfate daluminium pH 5, ont chang de couleur. Cependant les fleurs ont trop vite fan et nous navons donc pas pu faire la distinction entre les fleurs fanes et les fleurs ayant sans doute chang de couleurs. Nous pouvons, ainsi, en conclure que les fleurs dhortensias changent de couleurs avant la floraison lors de la modification des pigments. Nous pouvons quand mme noter que les fleurs stant dveloppes dans la solution pH neutre nont fan quau bout dune semaine et demie : elles y trouvaient tous les nutriments essentiels pour sy dvelopper. Vritablement, seul les fleurs stant dveloppes dans les solutions, soit trs acides, soit trs basiques, ont fan. On peut en dduire que mme si les hortensias ncessitent un sol acide pour devenir bleus, il y a quand mme une limite ce facteur.

Lgende

pH4 : fleur bleue

Sulfate d'aluminium pH4 : fleur rose pH10 : fleur bleue pH neutre : fleur bleue

pH neutre : fleur rose pH10 : fleur rose

Sulfate d'aluminium pH4 : fleur rose pH5 : fleur rose

pH4 : fleur rose

9

Jour 1 (Jeudi)

Rien ne se passe, ce nest que le premier jour. Les fleurs se dveloppent bien. Jour 2 (Vendredi)

Nous observons que les hortensias bleus et rosesn, plongs dans le sulfate daluminium, verdissent : fleurs fanes changement de couleur ? A vrai dire on est sr de rien.

10

Jour 3 (Lundi)

Aprs le week end, nous en sommes toujours au mme point que vendredi, les fleurs tant dans les solutions aux pH extrmes, sont en train de faner Jours 4 (Mardi)

Les hortensias ont fan, car, pass un seuil dacidit, les nutriments essentiels au bon dveloppement dune fleur, ne sont plus disponibles (potassiummagnsium-phosphore).

11

On peut donc en conclure que le changement de structure du cation flavylium ne seffectue que avant la floraison, et non pendant. Ainsi, la couleur des ptales de lhortensia ne changera que lanne suivante, aprs avoir inject le produit dans le sol (cf prochaine sous partie) .

3) La mthode dite force

On peut voir respectivement de gauche droite : - solution anthocyane pH2 - Solution anthocyane pH2 + Al3+

Bien que les couleurs ne soient pas reprsentatives, du fait de la couleur initiale de la solution, on peut en conclure que laluminium fait varier la couleur de lanthocyane et donc celle de lhortensia. La molcule de sulfate daluminium nonce prcdemment est prsente dans les produits bleuissant que lon peut trouver dans la plupart des jardineries proposant la vente dhortensias. C'est--dire que lon peut changer les couleurs de ses hortensias dans son jardin afin davoir une belle palette de couleurs allant du rose au bleu en passant par le violet. A condition de sy prendre quelques petits mois lavance (avant la floraison). Afin doptimiser les chances de changer la couleur des hortensias, il peut tre judicieux de placer des ardoises piles aux pieds de vos plantes afin quelles virent vers le bleu. Cependant elles ne seront quun complment au produit bleuissant car elles ne modifieront en aucun cas le pH du sol mais apporteront juste des nutriments essentiels la pigmentation du cation flavylium.

12

Il ne faut pas oublier que cette raction est rversible, c'est--dire que, si on veut revenir la couleur initiale de la fleur, il suffit dutiliser le produit adquate, que lon peut trouver dans les jardineries. (Cela consiste injecter le pH contraire celui quon a mis auparavant pour revenir la solution initiale ).

13

II) Les sols et leur fonctionnementA/La compositions des diffrents sols Nous pouvons observer diffrents types de sols : -sableux de pH 5.5 7 - argileux de pH 7 8.5 -calcaire de pH > 7 -humifre de pH 7 10 On peut en conclure que les hortensias seront bleus sils sont cultivs dans un sol sableux (acide), et que les hortensias seront roses dans les sols argileux, calcaires et humifres.

-les sols sableux : Au contact, une poigne de terre na pas de cohsion, comme lorsque lon serre le poing sur le sable. Sa couleur est intermdiaire, ni sombre, ni claire, et ils ne retiennent pas leau.

-les sols argileux : Se reconnaissent facilement par leur terre humide (absorbant beaucoup deau) qui colle la pelle. Lorsquelle sche elle se rvle trs dure, on parle de terre lourde.

14

-les sols calcaires : Composs principalement de carbonate de chaux, le sol est blanchtre, aspect crayeux, terre lgre et claire, elle se dessche rapidement en t et prsente des craquelures, il y a une prsence abondante de cailloux qui remontent la surface.

-les sols humifres : Riches en humus (rsultat de la dcomposition des matires organiques dorigines vgtales). De couleur noire ou trs sombre, contient des morceaux de bois non dcomposs. Terre spongieuse, elle retient facilement leau, sans devenir impermable et collante. B/Consquences sur les hortensias Ces diffrents types de sol ont des consquences directes sur la couleur des hortensias, comme nonc dans la partie I, concernant le pH. En effet selon le sol et sa composition, lhortensia change de couleurs. Il varie du rose au bleu en passant par le violet. - Les hortensias roses restent roses dans un sol de pH neutre, ou presque de 6 7 maximum, ils possdent un pigment rose appel Delphinidine (faisant partie de la famille des anthocyanes).

15

- Les hortensias blancs resteront blancs dans nimporte quel sol car ils ne possdent aucun pigment, mais parfois ils peuvent avoir des nuances bleutes ou roses. - Les hortensias bleus resteront bleus dans un sol de pH 4, grce galement des sols contenant de laluminium, qui se complexent avec le pigment de lhortensia (anthocyane). Laluminium, lui, est contenu seulement dans les sols acides car il sy dissout mieux. Ainsi on ne verra jamais dhortensia bleu dans un sol basique.

C/Le pH du sol 1) Quest ce que le pH dun sol et comment diffrencier un sol acide dun sol basique, lil nu ? Il dfinit la concentration dions oxoniums, dans la phase liquide d'un sol et peut varier de 0 14 : pH < 7 = sol acide pH > 7 = sol basique pH = 7 = sol neutre La prsence de certaines plantes ou arbres peut indiquer la nature du sol, acide ou calcaire : par exemple, la prsence de chne lige, bruyre ou pin maritime peut induire la prsence d'un sol plutt acide. Comme nous venons de voir, les hortensias changent de couleurs en fonction de la nature du sol : -en terre calcaire les hortensias deviennent roses -en terre acide les hortensias deviennent bleus Seuls les hortensias blancs ne sont pas affects car ils nont pas de pigment de couleur, ils peuvent, tout de mme, avoir des nuances bleutes ou roses, auquel cas, ce nest pas un blanc pur. 2) Comment un sol devient-il acide ? (= lacidification des sols) Un sol, habituellement, plutt neutre, peut subir selon les rgions une acidification du milieu. En effet laccumulation des aiguilles rsineuses qui se dcomposent trs lentement renforce, dans certains cas, lacidit des sols. Mais le pH du sol varie surtout selon la nature de la roche mre. Par exemple, le granite, qui ne se dgrade quasiment pas, va plutt provoquer un sol acide. En effet, la matire organique (humus) ne peut pas se recombiner et

16

donc le sol est acide. Au contraire, une roche calcaire se dgrade bien et provoque un sol pH lev. En plus de la composition du sol, le pH peut varier en fonction de ce que la terre reoit : pluie, engrais. De ce fait les hortensias bleus se rpandent de plus en plus en France. Cependant, dans notre rgion, tous nos hortensias sont roses du fait de notre sol majoritairement calcaire. La rgion phare des hortensias est bel et bien la Bretagne, avec sa terre riche en humus, son sol ardois ou granitique, accompagn dun climat fortement iod.

3) Le CAH (complexe argilo humique) Le Complexe Argilo Humique un ensemble minral et organique compos dArgile et dHumus. La surface du CAH trie les sels minraux quelle porte. Il conserve plutt les cations de valence leve (magnsium : Mg2+ ; Calcium : Ca2+ ; ). Il y a toujours une partie du CAH qui est libre et qui capte les ions oxonium H3O+ permettant de connatre le pH du sol. Lautre partie est plus ou moins sature, nous permettant de connatre la basicit du sol. Il permet de donner un pouvoir tampon au sol, vitant ainsi des bouleversements brutaux de lquilibre. Ce phnomne rend difficile la modification du pH du sol et donc difficile la modification des couleurs de lhortensia. Mais il existe tout de mme des produits capables de bleuir les feuilles dhortensias. Ce processus consiste enrichir la terre de sulfate daluminium. 4) Les couleurs des hortensias Pour une mme varit, la couleur des hortensias varie selon les conditions de plantation : pH lev en labsence daluminium ou pH bas avec du sulfate daluminium, comme le montre le tableau suivant. Dans ce tableau nous pouvons galement voir que la couleur des hortensias varie en fonction de la varit.

17

Quelques exemples de varits

Sol acide (pH = 4 5) + Sulfate daluminium = Fleurs bleues Blanc Couronne blanche Cur bleut Bleu clair Couronne bleu clair Cur bleu clair Bleu franc mais difficile obtenir Bleu fonc

Sur Thrse (fleurs boules) Libelle (fleurs plates) Marie-Claire (fleurs boules) Blauling (fleurs plates) Rosita (fleurs boules) Renate Steiniger (fleurs boules) Leuchtfeuer (fleurs boules) Kardinal (fleurs plates) Merveille sanguine = Sanguinea (fleurs boules)

Sol neutre basique (pH = 6 6.5) + Pas de sulfate daluminium = Fleurs roses ou rouges Blanc Couronne blanche Cur ros Rose clair Couronne rose clair Cur rose clair Rose vif Rose vif mais virant fortement au mauve Rouge vif Couronne rouge Cur rouge Rouge fonc

Violet Couronne rouge fonc Cur violet Violet

18

ConclusionTout au long de ce TPE nous avons pu constater une variation de lacidit (accompagne dions aluminium qui se complexent avec la molcule danthocyane) ou de la basicit des pigments de la plante, influenant la structure chimique de celle-ci. Les molcules danthocyanes se modifient, la suite de cette variation, ce qui entraine un changement de couleur des cellules vgtales et, ainsi, de la plante en elle-mme. Avec cette mthode il est, en thorie, possible dobtenir des couleurs allant du rouge au bleu. Certaines couleurs sont cependant impossibles obtenir naturellement telles que le blanc, par exemple, en raison de labsence de pigment . Ce TPE nous a, ainsi, permis de dcouvrir une approche nouvelle de la recherche scientifique : la dmarche exprimentale a t entirement personnelle, allant de la problmatique au dveloppement du sujet choisi. Nous avons galement pu raliser un travail de groupe, o lcoute et lentente commune, sont primordiales lavance des recherches. Nous tenons remercier vivement les personnes nous ayant aid la ralisation de cette exprience. Je cite : M Cateland et M Gruszka, les laborantins et Mme Tassy. Sans oublier le commerant (Fleurissimo) nous ayant offert les superbes tiges dhortensia, connaissant la finalit ducative de ce TPE.

19

BibliographieSitographie :http://www.homejardin.com/accueil/index.html Historique des hortensias, tudi au tout dbut de lanne http://conseilsjardinage.over-blog.com/article-24559698.html Composition des sols, tudi en dcembre 2011 http://fr.wikipedia.org/wiki/Auxochrome Auxochrome, tudi au tout dbut de lanne http://fr.wikipedia.org/wiki/Chromophore Chromophore, tudi au tout dbut de lanne http://www.maxicours.com/se/fiche/7/7/370977.html Complexe argilo humique, tudi le Jeudi 2 Fvrier 2012 http://membres.multimania.fr/mourad/essai.html Flavonode et anthocyane, tudi en Janvier 2012 http://www.gralon.net/articles/materiel-et-consommables/materiels-industriels/article-le-ph--definition-et-mesure-1850.htm Quest ce que le pH, tudi le 22 Novembre 2011 http://fr.wikipedia.org/wiki/Cercle_chromatique Cercle chromatique, lumire absorb et lumire complmentaire http://www.google.fr/imghp?hl=fr&tab=wi Google image pour quelque schma pour faciliter la comprhension http://saturne.io.reseau-concept.net/saisie/upload/137029/Fiche4_AciditeSol_web.pdf Etude de lacidification des sols

Le reste sest fait par notre esprit de dduction et par nos connaissances acquises lors de notre anne de premire S

20