Les Microalgues : des “Grignoteurs d’arc-en-ciel”
Enfin ! Il est temps d’évoquer la notion de photosynthèse essentielle dans la plupart des écosystèmes, qu’ils soient marins, en eau douce et en milieux continentaux. Cet article est destiné à tout public, en montrant comment cette notion est abordée depuis la fin du primaire jusqu’au lycée, mais aussi comment on pourrait envisager des expériences mettant en scène des microalgues telles que les chlorelles ou les euglènes.
J’ai choisi le titre de cet article après la lecture du livre “Histoire naturelle des microalgues” écrit par Claude Gudin (Editions Odile Jacob - Juin 2013).
Disparu il y a quelques années, ce scientifique visionnaire a contribué à faire connaître le rôle essentiel des microalgues, que ce soit pour la production d’oxygène, le cycle du carbone ou encore le développement de nouvelles sources d’énergie. À travers cet article, je souhaite lui rendre hommage en explorant l’incroyable pouvoir de ces organismes et en partageant quelques expériences pour mieux les comprendre.
1. Observer le développement des microalgues (cycle 3 – Début collège)
Dès le collège, en 6e, on découvre que les végétaux (arbres, plantes, algues) ont besoin de lumière et de nutriments pour grandir. C’est aussi vrai pour les chlorelles, des microalgues qui se développent en suspension dans l’eau. L'expérience suivante permettra de réinvestir et approfondir la notion de cellule et d'organisme unicellulaire, vue en début d'année avec découverte et utilisation du microscope.
🔬 Expérience simple : comment favoriser la croissance des chlorelles ?
Matériel :
✔︎ Trois bouteilles d’eau contenant une culture de chlorelles.
✔︎ Un peu d’engrais liquide (apport de minéraux).
✔︎ Un flacon de CO₂ en solution (eau gazeuse dégazée pour enrichir le milieu en dioxyde de carbone).
Protocole :
Première bouteille : exposée à la lumière.
Deuxième bouteille : placée à l’obscurité.
Troisième bouteille : exposée à la lumière avec ajout d'engrais et de CO₂ (matières minérales).
✅ La culture laissée dans l’obscurité reste pâle → la lumière est essentielle à la croissance.
✅ La culture avec de l’engrais et du CO₂ devient plus verte et plus dense → les nutriments et le CO₂ accélèrent le développement des microalgues.
Cette expérience simple illustre le rôle clé de la lumière et des éléments nutritifs (matière minérale) dans la croissance des végétaux.
On pourrait approfondir le sujet en démontrant à l'aide du microscope le développement (ou non) des cellules sous les différentes conditions pour compter au fort grossissement le nombre de cellules obtenues après plusieurs jours.
Il suffirait de prélever une goutte du milieu de chlorelles. De la placer entre lame et lamelle, puis la déposer sur la platine du microscope muni d'une caméra reliée à l'ordinateur lui-même relié au vidéoprojecteur.
2. Les échanges gazeux et la production de matière organique (cycle 4 – Collège et seconde générale en lycée)
Les plantes et microalgues absorbent du dioxyde de carbone (CO₂) et libèrent de l’oxygène (O₂) lorsqu’elles sont exposées à la lumière. Elles produisent aussi des glucides servant de réserve énergétique.
🔬 Expérience avec l’eau iodée (Lugol) pour détecter l’amidon (cycle 4 – collège)
Les microalgues fabriquent des glucides, notamment de l’amidon, à partir du CO₂ et de la lumière. Pour mettre cela en évidence :
Exposer une culture de chlorelles à la lumière pendant plusieurs heures.
Prélever une petite quantité et ajouter quelques gouttes d’eau iodée.
Si de l’amidon est présent, la solution prendra une teinte bleu-noir.
Ce test prouve que la photosynthèse permet aux microalgues de fabriquer leur propre matière organique.
Les chlorelles possèdent un chloroplaste où se fait la photosynthèse. On peut les visualiser à l’aide d’un microscope performant (grossissement x400 ou mieux x600 voire davantage), malheureusement pas toujours au niveau dans les collèges, vu le coût des appareils…
Chlorelles observées au MO (x 400)
Pour observer des chloroplastes au microscope en collège (ou en seconde) les euglènes sont un meilleur choix que les chlorelles.
Comparaison des deux microalgues :
Taille des microorganismes :
- Chlorelles : Très petites (2 à 10 µm), ce qui les rend difficiles à observer avec un microscope scolaire.
- Euglènes : Plus grandes (30 à 50 µm), donc plus faciles à voir et manipuler.
-
Structure et visibilité des chloroplastes :
- Chlorelles : Leur petite taille rend les chloroplastes plus difficiles à distinguer individuellement.
- Euglènes : Possèdent des chloroplastes bien visibles sous un microscope optique standard (voir ci-dessous).
-
Mobilité :
- Chlorelles : Organismes immobiles, ce qui peut faciliter l’observation mais ne montre pas de comportement actif.
- Euglènes : Mobiles grâce à leur flagelle, ce qui peut rendre l’observation dynamique et plus engageante pour les élèves.
Euglènes observées au MO x100
🔬 Mesurer les échanges de CO₂ et O₂ avec des sondes (Seconde)
À l’aide de sondes, on peut quantifier ces échanges en mesurant la concentration d’oxygène et de dioxyde de carbone dans un flacon contenant des chlorelles.
Protocole :
Placer une culture de chlorelles dans un récipient hermétique (bioréacteur).
Installer une sonde de mesure du dioxygène (O₂) et une autre du dioxyde de carbone (CO₂).
Comparer les résultats selon l’environnement :
À la lumière : augmentation de l’O₂, diminution du CO₂ (photosynthèse en activité).
Dans l’obscurité : augmentation du CO₂, diminution de l’O₂ (respiration).
3. Les pigments des « grignoteurs d’arc-en-ciel » (Première scientifique)
Les microalgues contiennent des pigments photosynthétiques qui leur permettent d’absorber certaines couleurs de la lumière.
🔬 Expérience avec un spectromètre : absorption des longueurs d’onde
Extraire les pigments chlorophylliens en broyant des chlorelles dans de l’alcool.
Analyser l’extrait avec un spectromètre.
Observer que :
Les longueurs d’onde bleu et rouge sont les plus absorbées.
La lumière verte est peu absorbée, d’où la couleur des microalgues.
Elève utilisant un spectromètre à main pour observer le spectre d'absorption de la chlorophylle des chlorelles.
Image générée par IA (on remarquera l'ambiance d'un labo de SVT issu d'un lycée anglosaxon
...).
Spectre d'absorption de la chlorophylle A.
Remarque : En classe de 1ère Enseignement Scientifique, une contrainte importante réside dans le fait que la classe n'est pas toujours divisée en groupes (selon les lycées), ce qui limite la possibilité de TP...
4. La plante productrice de matière organique » (Terminale spécialité SVT)
Dans le programme officiel de terminale spécialité Sciences de la Vie et de la Terre (SVT), la photosynthèse est abordée de manière approfondie dans le cadre du thème intitulé « La plante domestiquée ».
Principaux axes d'étude :
Production de matière organique :
Les élèves explorent comment les plantes, grâce à la photosynthèse, synthétisent de la matière organique à partir de matière minérale et d'énergie lumineuse.
Des expériences historiques (Samuel Ruben et Martin Camen, Melvin Calvin et son “Lollipop”) utilisaient des chlorelles.
On pourrait envisager le même type d’expériences qu’en seconde avec des sondes en modifiant par exemple la nature de la lumière incidente avec l'utilisation de filtres colorés.
Organisation fonctionnelle des plantes :
Les chloroplastes, lieu de captation de l'énergie lumineuse et l'absorption des nutriments nécessaires à la photosynthèse.
Adaptations aux contraintes du milieu :
Les élèves analysent les adaptations morphologiques et physiologiques des microalgues qui optimisent la photosynthèse en fonction des conditions environnementales.
Interactions avec l'environnement :
L'accent est mis sur les échanges gazeux (absorption de CO₂ et libération d'O₂) et la régulation de ces échanges en fonction des besoins de la microalgue et des conditions extérieures (salinité de l'eau, température, pH...).
Applications biotechnologiques :
En plus d’être des acteurs majeurs du cycle du carbone et de la production d’oxygène, les microalgues intéressent les chercheurs pour de nombreuses applications :
🔹 Les biocarburants : certaines espèces produisent des lipides transformables en carburant.
🔹 L’alimentation : des microalgues comme la spiruline sont riches en protéines.
🔹 L’industrie : les chlorelles sont utilisées en cosmétique, en pharmaceutique et même en complément alimentaire.
Claude Gudin voyait dans les microalgues une ressource d’avenir pour l’homme. Ses recherches ont ouvert la voie à de nouvelles solutions pour répondre aux défis alimentaires et énergétiques du XXIᵉ siècle.
Ces axes permettent aux élèves de comprendre en profondeur le processus de la photosynthèse, son importance écologique et ses applications pratiques dans le domaine de l'agronomie et de la biotechnologie.
5. Voir les microalgues depuis l’espace
Grâce aux satellites, les scientifiques peuvent repérer les zones riches en phytoplancton dans l’océan. Les pigments chlorophylliens absorbent et réfléchissent la lumière d’une manière spécifique, ce qui permet de cartographier les efflorescences algales.
Image générée par IA.
✅ Suivi du climat : le phytoplancton joue un rôle clé dans la capture du CO₂.
✅ Surveillance des écosystèmes marins : les scientifiques peuvent détecter les zones de forte productivité biologique.
✅ Détection des marées vertes toxiques : certaines proliférations d’algues peuvent être dangereuses pour la faune et l’homme.
Un exemple d'utilisation avec le programme de surveillance OSPAR, élément essentiel des efforts déployés pour évaluer et protéger l'environnement marin de l'Atlantique du Nord-Est. Voici quelques points clés :
- Objectif principal :
- Le programme vise à surveiller les communautés planctoniques (phytoplancton et zooplancton) en tant qu'indicateurs de la santé des écosystèmes marins.
- Le plancton joue un rôle crucial dans les réseaux trophiques marins, et les changements dans sa composition et son abondance peuvent refléter des modifications de l'environnement.
Conclusion
Les microalgues, ces grignoteurs d’arc-en-ciel, sont bien plus que de simples organismes microscopiques. Elles façonnent le climat, nourrissent l’océan, produisent de l’oxygène et ouvrent des perspectives pour les énergies renouvelables. Grâce aux avancées scientifiques et aux idées de pionniers comme Claude Gudin, elles pourraient jouer un rôle essentiel dans l’avenir de notre planète.
Comment ne pas finir cette présentation avec le titre de la préface du livre cité en haut de cet article écrite par le professeur Daniel Thomas (UTC, Université de Technologie de Compiègne) :On se lasse de tout, sauf d’apprendre…
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