TPE La plante sensitive
MIMOSA PUDICA
Présentation du TPE
Bienvenue !
Ce site internet a pour fonction de vous présenter le TPE sur la plante Mimosa pudica aussi appelée la Sensitive. Il a été élaboré par Emilie PUECH, May-Line GRAVE, Marine DEKEYSER et Emma LECOUFLE.
Etant en classe de 1èreS, nous avons cherché un sujet de TPE faisant intervenir les SVT et la Physique-chimie. Nous nous sommes alors penchées sur le cas du Mimosa Pudica, une plante hors du commun, une curiosité du monde végétal.
Depuis des centaines d’années, le Mimosa Pudica fascine les petits et les grands. Nous allons percer quelques-uns des secrets de cette plante pleine de mystères…
Introduction TPE
Le Mimosa pudica est une plante appelée aussi la Sensitive car elle réagit aux stimulations. Elle fait partie de la famille des Fabacées, une des plus importantes familles de plantes à fleurs. Celle-ci compte près de 765 genres qui regroupent plus de 19 500 espèces. Parmi ces espèces, 400 sont des mimosas mais le Mimosa pudica reste l’espèce la plus répandue.
Le Mimosa pudica est qualifié de plante éphémère car sa durée de vie est en moyenne assez courte mais elle peut varier d’une plante à l’autre.
Les deux plantes que nous avons utilisées pour ce TPE ont vécu environ 2 mois ce qui est très peu mais elles peuvent parfois vivre jusqu’à 3 ans.
Elle est originaire des forêts tropicales du Brésil. Après avoir été importée et cultivée sur notre continent, la plante s’est répandue dans le monde entier et est ainsi devenue invasive. Elle est maintenant utilisée comme plante d’appartement ou de véranda, et nous pouvons facilement la retrouver dans les magasins de jardinage, les pelouses, les friches ou encore les bords d’autoroutes.
Dans quelles mesures le stress et les agressions entraînent-ils une réaction en chaîne chez le Mimosa Pudica ?
Voici comment nous développerons cette problématique :
I - Quelles sont les caractéristiques du Mimosa Pudica ?
a) A quoi ressemble le Mimosa Pudica ?
b) Quelle est sa coupe végétale ?
c) Pourquoi peut-on la qualifier de plante unique ?
II - Comment expliquer son mécanisme de mouvement ?
a) Dans quelles circonstances observe-t-on une modification de son apparence ?
b) Quels phénomènes permettent d’expliquer cette transformation ?
III - Qu’est-ce qui est à l’origine de ce mécanisme de mouvement ?
a) Le Mimosa Pudica émet-il un signal électrique ?
b) Quel est l’enchaînement des réactions depuis l’origine ?
I - Quelles sont les caractéristiques du Mimosa Pudica ?
a) A quoi ressemble le Mimosa pudica ?
Le Mimosa pudica est une plante de taille moyenne mesurant 10 à 40 cm de haut. La nôtre faisant environ 15 cm, dans ce cas on la qualifie de plante rampante, c’est à dire à croissance essentiellement horizontale. Cependant, elle peut être plus étendue en se développant dans la nature et peut atteindre plus d’un mètre, on la qualifie alors de plante buissonnante, c’est à dire qui pousse de manière intense et touffue.
C'est une plante à base solide, à tiges herbacées, minces et ramifiées ce qui signifie qu’elle comporte des branches. La plante se révèle très épineuse quand elle atteint le stade adulte.
Ses feuilles peuvent être colorées du vert vif au gris. Ces dernières mesurent de 5 à 10 cm de long et se divisent en 4 folioles ce qui correspond à chacune des petites feuilles qui forment une feuille composée. Sur chaque foliole on retrouve 10 à 25 pairs de foliolules.
De la mi-printemps au début de l’automne, le Mimosa pudica se couvre de fleurs d’un rose tirant vers le bleu lilas. Elles se composent de centaines d’étamines hérissées, qui leur donnent l’aspect d’une petite boule duveteuse de 5 mm à 1,5 cm de diamètre.
Plante complètement fermée vu de haut 
La Mimosa Pudica fleuri
La mimosa pudica annoté
b) Quelle est sa coupe végétale ?
Il est très difficile d’observer la plante au microscope car prélever une seule couche de cellules n’est pas à la portée de lycéens et cela demande une dextérité et un travail extrêmement minutieux. Pour savoir à quoi ressemble une cellule du Mimosa pudica, nous avons fait des recherches sur internet ce qui n’a abouti à aucun résultat concluant. Nous en avons déduit que cette expérience est très difficile à réaliser.
Nous avons donc décidé de persévérer dans notre démarche personnelle. Avec le plus grand soin, nous avons gratté les feuilles à l’aide d’une lame de rasoir et après de nombreux essais de prélèvements, nous avons finalement réussi à exploiter un échantillon extrêmement fin de la plante. Nous l’avons appliqué sur une lame, et déposé sur celui-ci une goutte d’eau distillée. Grâce au microscope avec un agrandissement de x400, nous avons réussi à observer une cellule plus ou moins exploitable.
Avec d’une part nos observations microscopiques et d’autre part les informations relevées sur internet, nous avons pu décrire avec précision la cellule du Mimosa pudica.
La cellule du Mimosa pudica est un type de cellule eucaryote avec différentes particularités qui la différencient des cellules animales. Elle se compose de :
- la membrane plasmique qui délimite la cellule et qui sépare le cytoplasme du milieu extérieur.
- la paroi végétale, rigide, entourant certaines cellules, située à l'extérieur de la membrane plasmique. Elle fait aussi obstacle à l'expansion lorsque l’eau pénètre dans la cellule.
- le cytoplasme qui se situe entre la membrane plasmique et le noyau.
- la vacuole, large structure unique qui varie selon les cellules. Elle contient surtout de l'eau.
- les chloroplastes qui sont des organites se situant dans le cytoplasme. Ils jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement d’une cellule végétale étant donné qu’ils permettent de capter la lumière à l’origine de la photosynthèse.
- les mitochondries qui sont le lieu de la respiration cellulaire.
- les stomates qui sont des structures formées par un ensemble de cellules positionné au niveau de l’épiderme inférieur des feuilles. Cela constitue un canal d’échange des gaz et de transpiration du végétal.
Coupe cellulaire x400
Un stomate x400
On distingue également des stomates. Un stomate est composé d'une cellule stomatique aussi appelé cellule de garde, et un ostiole. Les stomates sont des dispositifs anatomiques aménagés dans l'épiderme de la feuille, en particulier l'épiderme inférieur, et impliqués dans les échanges avec l'atmosphère. Chaque stomate est formé de deux cellule stomatique, laissant entre elles une ouverture (l'ostiole) plus ou moins fermé selon les conditions du moment. C'est par l'ostiole que s'effectue l'entrée ou la sortie des gaz. Le nombre important de stomates par cm2 d'épiderme foliaire permet de réaliser une importante surface d’échanges. Ces échanges avec l'air permettent à la plante de mener une "vie fixée" pour leur nutrition. Ils sont également utiles lors de la photosynthèse. Ces échanges sont également possible par les racines (la terre). La plante développe donc une surface d'échange de grande dimension avec l'atmosphère.
c) Pourquoi peut-on la qualifier de plante unique ?
Même si d’autres végétaux réagissent au stress, le Mimosa Pudica est une plante particulièrement sensible et réactive aux stimuli extérieurs. Différentes perturbations même minimes actionnent un mécanisme de défense que l’on nomme la thigmonastie. Cette dernière désigne le mouvement de certains végétaux suite à une stimulation tactile. Celui-ci se manifeste par un repli instantané des feuilles, avec parfois un abaissement de la tige, donnant l’illusion que la plante est fanée. C’est l’un des mouvements les plus spectaculaires du monde végétal.
C’est également une espèce nyctinastique, ce qui signifie qu’elle replie ses feuilles la nuit pour “dormir”, tout comme les humains et elle les déploie le jour. Ce phénomène s’explique par la présence d’une horloge biologique interne chez ce végétal. En mai 2015, des chercheurs ont révélés que ce comportement serait un mécanisme de défense pour se protéger des prédateurs nocturnes.
La plante a également un étrange pouvoir. Elle a la capacité d’avoir une “mémoire”. Le Mimosa pudica est capable d’intégrer des informations et de les retenir pendant plusieurs semaines.
C’est également une plante reconnue pour ses vertus médicinales. En Amazonie, ses feuilles aux propriétés relaxantes et antidépressives sont utilisées pour lutter contre les troubles du sommeil. Aux Antilles françaises, la racine est utilisée en tisane contre les maux de gorge et la coqueluche. Il est également utilisé en médecine traditionnelle en Afrique, en Inde et en Chine.
Toutes ces particularités et qualités rendent cette plante fascinante et unique aux yeux des petits comme des grands.
II - Comment expliquer son mécanisme de mouvement ?
a) Dans quelles circonstances observe-t-on une transformation ?
La pluie, la grêle, le vent, l’approche d’un insecte ou même un simple effleurement ou un léger souffle suffisent pour que la plante actionne son mécanisme de défense et replie ses feuilles sur elle-même. En cas de choc localisé et très faible, la plante peut ne replier qu’une seule foliole tandis que si elle reçoit un gros choc, la réponse peut aller jusqu’à se propager à toute la plante.
Ce mécanisme est également actionné en fonction de la température du milieu dans lequel le Mimosa Pudica se trouve. En effet, il est préconisé de cultiver la plante dans une atmosphère d’environ 15 degrés Celsius car elle ne résiste pas aux températures élevées. Lorsqu’il fait chaud, elle actionne son mécanisme de défense pour éviter de perdre une quantité d’eau trop importante.
Ces phénomènes, appelés thigmonastie dans le cas d’une stimulation tactile ou thermonastie dans le cas d’une variation de température, sont donc des mécanismes de défense qui permettent à la plante de se protéger des agressions extérieures liées aux intempéries, au climat mais aussi aux éventuels prédateurs.
b) Quels phénomènes permettent d’expliquer cette transformation ?
- La turgescence
Le phénomène de turgescence permet d’expliquer l’ouverture des feuilles. C’est l’état d’une cellule vivante dilatée par l’eau qui y est entrée. Les feuilles contiennent des cellules qui fonctionnent un peu comme un sifflet cotillon : elles peuvent se gonfler d’eau ou se contracter.
Pour expliquer ce phénomène de turgescence, nous avons fait une expérience à partir des cellules de l’oignon rouge.
Tout d’abord, nous avons prélevé un fragment translucide d’épiderme. Nous l’avons étalé sur une lame, dans une goutte de colorant rouge neutre dilué, puis nous avons recouvert le tout d’une lamelle.
Au microscope, nous observons distinctement la membrane et le noyau cependant le cytoplasme est à peine visible. Il se situe entre la vacuole et la membrane mais il est très réduit.
Nous apercevons la vacuole, colorée en rouge, qui occupe un volume très important dans la cellule. Cela est dû à la présence de l’eau colorée qui est entrée par osmose dans la vacuole. L’osmose est un phénomène de transfert de l’eau qui passe du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré, de part et d’autre de la membrane.
Ce phénomène, observé chez l’oignon rouge, est semblable à celui présent chez le Mimosa pudica. Cependant, il est beaucoup plus difficile à observer chez ce dernier, c’est pourquoi l'oignon rouge nous aide à mieux comprendre le mécanisme.
Phénomène de Turgescence observé chez l'oignon x400 colorant rouge neutre
Schéma annoté de la Turgescence
- La plasmolyse
Lorsqu’il se sent agressé, le Mimosa pudica se rétracte lui donnant un aspect fané ; c’est la plasmolyse qui est à l’origine de ce phénomène.
La plasmolyse est l’état cellulaire résultant d’une perte d’eau, notamment au niveau des vacuoles des cellules végétales. Elle est, elle aussi, provoquée par le phénomène d’osmose.
La cellule végétale entre en plasmolyse lorsqu’elle se trouve dans un milieu très concentré. Elle perd alors de l’eau au travers des membranes et il y a donc un dégonflement de la vacuole. La plante devient alors molle, d'où les feuilles et les tiges de la Sensitive qui tombent. Et, si cet état dure trop longtemps les cellules meurent.
Pour expliquer ce phénomène de plasmolyse, nous nous sommes également appuyées sur les cellules de l’oignon rouge.
Sur la lame déjà préparée au préalable, au contact de la lamelle, nous avons déposé 2 gouttes de solution concentrée de saccharose à 40%. Tandis que, de l’autre côté de la lamelle, on aspire la solution de rouge neutre avec un buvard. Ces cellules sont alors dans un milieu très concentré.Au microscope, on constate qu’au bout de quelques minutes les vacuoles sont devenues très petites ce qui est dû à la sortie d’eau vers le milieu extérieur, plus concentré. Ces cellules sont donc plasmolysées.Ces mouvements d’eau s’accompagnent de sortie d’ions chlorure et d’ions potassium. Les sorties d’ions potassium ont été mis en évidence dès 1960 et les sorties d’ions chlorure ont été mesurées en 1980.
Phénomène de plasmolyse observé chez l'oignon x400 colorant rouge neutre
Schéma annoté de la plasmolyse
- La déplasmolyse
Ensuite, nous avons déplasmolysé les cellules de l’oignon rouge. Pour cela, il ne faut pas attendre trop longtemps. Il suffit de replacer le fragment d’épiderme dans de l’eau déminéralisée et la vacuole reprend alors sa taille initiale. La déplasmolyse est assez compliquée à obtenir, surtout lorsque c’est la première fois qu’on pratique une telle expérience. Le résultat obtenu au microscope n’a donc pas été parfait mais suffisant pour pouvoir observer le mécanisme.
En ce qui concerne le Mimosa pudica, la réouverture de la plante se fait lorsque le calme est revenu. Pour notre plante nous avons dû la mettre dans un endroit fermé, sans présence humaine. La réouverture est bien plus longue que son repliement lors d’un choc. Elle met environ 10 à 30 minutes pour se rouvrir totalement contrairement au mécanisme de plasmolyse qui met seulement quelques secondes à se déclencher. La plante ne va pas s’ouvrir uniformément, certaines feuilles vont mettre plus de temps que d’autres.
III - Qu’est-ce qui est à l’origine de ce mécanisme de mouvement ?
a) Le Mimosa Pudica émet-il un signal électrique ?
Les premières études des phénomènes électriques liées à l’activité des pulvinus (renflement à la base du pétiole) date de 1898. Et c’est le scientifique Bose qui, en 1907, décrit les variations accompagnant les réactions des pulvinus.
En effet, le stimulus produit la formation d’un signal électrique qui se propage le long de la plante à plus ou moins grande distance selon l’intensité du stimulus. C’est cette onde électrique qui ressemble à un potentiel d’action nerveux qui produira, au niveau des pulvinus, un transfert d’eau responsable du mouvement de repliement de la feuille ou de ses folioles.
Nous avons donc réalisé une expérience pour illustrer la présence d’un signal électrique chez le Mimosa pudica.
Nous avons tout d’abord planté dans la terre, deux fils (rouge et noir) reliés à un ampèremètre, et nous avons mesuré la tension du signal électrique du Mimosa pudica qui était de 15mV.
Puis, nous avons provoqué le stress chez la plante en la touchant sur sa totalité. Elle s’est donc refermée sur elle-même et sa tension a diminuée jusqu’ à 10mV.
Pour confirmer la variation de tension, nous avons recommencé la manœuvre quelques minutes après. Cette fois-ci, la tension du signal électrique de la plante est tombée à 2mV et est revenue à 15mV en 30 minutes.
Ce montage simple a donc permis d’illustrer la présence d’un signal électrique chez le Mimosa Pudica.
Voici une vidéo accéléré de l'expérience sur la Mimosa Pudica :
Voici ensuite une vidéo accéléré de la réouverture de la Mimosa Pudica qui a duré en temps réel une bonne demi heure :
b) Quel est l’enchaînement de réactions depuis l’origine ?
Le stimulus tactile est réceptionné par les cellules réceptrices agissant comme des mécanorécepteurs et provoquant la formation d’un potentiel d’action. Celui-ci est transmis aux cellules motrices. Les réactions qui s’enchaînent ensuite reposent sur une variation de la turgescence. En effet, des échangent ioniques permettent la sortie d’eau de la vacuole entrainant un repli de la feuille sur elle-même. Par transmission intercellulaire du potentiel d’action, les feuilles se referment progressivement les unes après les autres, pouvant aboutir au repli généralisé.
Conclusion
Après avoir percé quelques-uns des secrets du Mimosa pudica, cette plante étrange et surprenante par son comportement, nous pouvons nous interroger sur la perception que les végétaux ont de leur environnement.
Les plantes stimulent en permanence les sens des l’homme et de l’animal mais sont-elles également des êtres sensitifs et donc des êtres de relation, capables de communiquer ?
SOURCES
- _ https://fr.wikipedia.org/wiki/Sensitive
Wikipedia a été le premier site ou nous sommes allez pour en savoir plus sur cette plante. Comme par exemple ou retrouve t-on la plante dans le monde ou comment celle ci s’étend dans la nature. Bien que très utile nous avons du aller chercher plus loins en allant sur d’autre site
- _ https://www.gerbeaud.com/jardin/fiches/sensitive-mimosa-pudica,1433.html
Ce site est porté sur l'entretien d’une Mimosa pudica dont nous parlons dans une de nos partie.
-_https://www.aujardin.info/plantes/mimosa-pudica.php
Ce site est également portée sur l'entretien de la Mimosa pudica mais également sur sa floraison.
-_http://sweetrandomscience.blogspot.com/2012/06/mimosa-pudica-la-plante-sensitive.html
Ce site à était très utile pour trouver dans quel conditions s'exerçait le mécanisme de défense d’une Mimosa Pudica et comment le représenter.
-_ http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/mouvements/nasties-thigmo.htm
http://tpe-mimosapudica.e-monsite.com/pages/une-plante-qui-bouge.html
Ces deux sites ainsi que wikipedia cité plus haut nous ont permis de mieux comprendre le phénomène de mouvement d’une plante avec des termes et des explications plus poussées scientifiquement.
-_https://youtu.be/pvBlSFVmoaw
Cette vidéo nous as permis de savoir que le signal électrique de la mimosa jouait un rôle dans son mécanisme de défense ce qui nous as donné l’idée de notre expérience.
Remerciments
Nous remercions les professeurs Mme D’OLIVEIRA, Mme CANTALA, Mme AMBRE, M. VANVLASSENBROECK et Mme PICIOCCHI pour nous avoir encadré lors des sessions de TPE.
Nous remercions M. VANVLASSENBROECK de nous avoir guidé lors de nos séances au laboratoire et de nous avoir aidé à réaliser certaines expériences difficiles.
Nous remercions les préparateurs en laboratoire sans lesquels nous n’aurions pu mener notre TPE.
Nous remercions également Mme REMY qui nous a permi à plusieurs reprises de trouver des sujets de TPE et avec qui nous avons pu énormément discuter.
Nous remercions Marcq-Institution pour la mise en place de ces séances parfaitement organisées durant lesquelles nous n’avons fait qu’améliorer notre méthode de travail personnel.
