Thème 1 : La Terre, la vie et l’organisation du vivant

1.1 - L’organisme pluricellulaire, un ensemble de cellules spécialisées 

Rappel : Tous les êtres vivants sont constitués d'au moins une cellule.

1.1.1 Les organismes unicellulaires sont autonomes.

A1 : Comment observer une cellule?

> exemple de l’euglène.

Chez les organismes unicellulaires, toutes les fonctions (mouvement, nutrition, reproduction) sont assurées par une seule cellule : notamment par leurs organites (seulement chez les eucaryotes : noyau, chloroplaste, mitochondrie, vacuole,…) ou par des structures spécialisées (matrice extracellulaire ou MEC (paroi), flagelle, cils,…). Les organismes unicellulaires sont donc des organismes autonomes.

Les cellules qui possèdent un noyau cellulaire et des organites sont des cellules eucaryotes ( animal, végétal et champignon) ; les cellules qui ne possèdent pas d'organite comme le noyau sont appelées procaryotes ( ex: les bactéries).

Les cellules sont étudiées avec différentes techniques de microscopie qui sont complémentaires entre-elles.

1.1.2 Les organismes pluricellulaires sont organisés en tissus biologiques.

A2 : Comment un organisme pluricellulaire est-il organisé?

> Exemple de la feuille d’Élodée et de tubercule de la Pomme de terre
> Exemple de la peau de l'Homme

Chez les organismes pluricellulaires, les organes sont constitués de cellules spécialisées formant des tissus biologiques.

Un tissu est un ensemble de cellules semblables et de même origine, regroupées en amas, en réseau (tissu cérébrale), en fibre (tissu musculaire) ou en feuillet (épiderme).

Leur matrice extracellulaire ou leur paroi est constituée de molécules fabriquée par les cellules (tissu osseux, tissu végétal comme le bois) elle participe souvent à l’adhérence de ces dernières dans le tissu biologique.

Ces cellules participent à une même fonction biologique. 

Un tissu en biologie est donc le niveau d'organisation entre la cellule et l'organe. Ils sont assemblés entre eux pour former des organes. La science qui étudie les tissus est l'histologie.

1.1.3 Les cellules spécialisées des tissus expriment qu’une partie de
leurs gènes.

A3 : Comment les cellules se spécialisent-elles?

Toutes les cellules d’un organisme sont issues d’une cellule unique à l’origine de cet organisme : la cellule-oeuf produit par la fécondation.

Elles possèdent toutes, dans leur noyau (pour les cellules eucaryotes), la même information génétique organisée 23 paires de chromosomes constitués d’ADN (acide désoxyribonucléique), et divisés en gènes (env. 23 000 gènes pour l’Homme) .

Cependant, les cellules sont spécialisées dans une fonction car elles  n’expriment qu’une partie de leurs gènes et donc de leur ADN.

Un gène* est un segment d’ADN d’un chromosome qui participe au contrôle d’un ou plusieurs caractères héréditaires. Un gène contient une information qui est nécessaire à la synthèse d’une ou plusieurs molécules, toujours des protéines (protéine enzymatique (glucokinase), protéines de structure (élastine),...)

A4 : La structure de la molécule d'ADN, support de l'information génétique.

Seulement 6 molécules de base (4 bases azotées, un glucide et un acide) permettent de synthétiser les 4 nucléotides de l'ADN. 

L'ADN est une double hélice, deux séquences de nucléotides complémentaires.

L’ADN est une longue molécule organique (Acide nucléique) constituée de deux

chaînes (ou brins) enroulées en une double hélice, eux-mêmes constituées d’une

séquence de 4 molécules de base, les nucléotides :

-nucléotides à adénine (A)

-nucléotides à thymine (T)

-nucléotides à guanine (G)

-nucléotides à cytosine (C)

Les deux séquences enroulées sont complémentaires : un nucléotide A fait toujours

face à un nucléotide T, et un nucléotide G en face d’un nucléotide C.

Une portion de double hélice, donc de séquences ATGC complémentaires, contient

une information génétique codant un caractère cellulaire participant à sa fonction :

cette portion s’appelle un gène.

La molécule d'ADN, de l'échelle cellulaire (chromosome) à l'échelle moléculaire (nucléotides).

Le Poster Scientifique

Le poster scientifique est une méthode de publication et de communication scientifique courante dans les colloques et congrès.

Ensemble des informations présente sur un poster scientifique :

Attention, la disposition des paragraphes est libre mais elle doit respecter un sens de lecture logique.

Les logos, le titre et les auteurs sont obligatoirement situés en haut du poster.

Exemple de poster :

Principe du Microscope Polarisant

Le microscope polarisant est un microscope optique muni de deux filtres polarisants, appelés polariseur et analyseur placés de part et d'autre de l'échantillon et orienté à 90° l'un par rapport à l'autre. Il est utilisé en pétrographie pour l'observation et l'identification des minéraux dans les roches.

Description du microscope polarisant et principe de la lumière polarisée

Trajet de la lumière sans la lame mince de l'échantillon
(extinction obligatoire en LPA)

Trajet de la lumière avec la lame mince de l'échantillon
(apparition de teintes de polarisation en LPA)

Critères d'identification des minéraux en LPNA et LPA

Conseils méthodologiques :

- Le microscope doit être bien réglé : l'extinction doit être totale en LPA sans échantillon sur la platine.

- Commencer par observer la lame mince en LPNA selon les critères de forme, couleur, clivage et fracture (expert : relief, pléochroïsme lors de la rotation de la platine)

- Puis observer en LPA : les teintes de polarisations, l'extinction lors de la rotation de la platine.

- Ne pas se fier aux couleur des photos mais plutôt au croquis, dans les clés de détermination.

Identification des Minéraux au Microscope Polarisant

Protocole :

- Penser à faire l'extinction !

- Commencer par observer la lame en LPNA : déterminer la coloration, c'est à dire si les minéraux sont colorés, légèrement coloré ou incolore ou noir (ex : le glaucophane est le seul minéral bleu). 

- Observer le relief (= épaisseur du trait de contour) des minéraux ainsi que les clivages  (lignes parallèles ou sécantes dans le minéral)
(ex : les amphiboles ont des clivages à 120°, les pyroxènes à 90°).

- Continuer l'observation en LPA : déterminer les teintes de polarisation (fausses couleurs, vives (ex. olivine) ou ternes (ex. pyroxène), ou noir à blanc et niveaux de gris (ex. quartz et feldspaths)

- Observer l'extinction (la teinte devient noire quand on tourne la platine) : extinction totale (ex. grenat), droite ou oblique) et les mâcles (ex. feldspaths)

- Ne pas se fier aux photos ! Faites converger les indices notés en gras ci dessus!

LEXIQUE :

- LPNA : Lumière Polarisée non Analysée

- LPA : Lumière Polarisée Analysée

- CLIVAGE : Fragmentation d'un minéral selon des plans déterminés par sa structure atomique tridimensionnelle. Certains minéraux possèdent des clivages parallèles à plusieurs plans. Il existe alors un angle caractéristique entre ces plans.

Attention : si un minéral est coupé parallèlement à ses plans de clivage, ceux-ci, bien qu'existants, ne seront pas visibles.

- EXTINCTION : Un minéral observé en LPA devient noir tous les 90° lorsque l'on tourne la platine entre polariseur et analyseur croisés. On dit qu'il s’éteint. Le minéral peut être éteint sur les 360° : l’extinction est dite totale.

L'angle d'extinction est mesuré entre une direction d'allongement du cristal (clivage ou arête) et la position d'extinction.

Si l'angle est nul, l'extinction est droite. Sinon, elle est oblique. Lorsqu'elle est inégale et progressive, on la dit roulante.

- TEINTE DE POLARISATION : Palette de couleurs obtenue lors de l'observation d'un minéral en LPA. L'échelle des couleurs est divisée en ordres :

Premier ordre : couleurs peu vives, allant du blanc au gris et à l'orange terne.

Second (et troisième) ordre : couleurs vives : jaune, violet, bleu et vert.

Ordres supérieurs : couleurs pastel.

- MACLE : Figure obtenue par la juxtaposition de cristaux d'un même minéral orientés différemment.

Macle simple (ou de Karlsbad) : deux zones, possédant une extinction pour des angles différents.

Macle polysynthétique : répétition de macles simples, apparaissant sous la forme de lamelles disposées parallèlement.

- RELIEF : Propriété de certains minéraux qui, ayant un indice de réfraction très différent de celui des autres minéraux et du milieu de montage des lames minces, ont des contours nettement visibles en LPNA. Ils se "détachent" du reste de la lame et paraissent ainsi en relief.

- PLEOCHROISME : Variation de couleur suivant l'orientation du cristal par rapport au plan de polarisation de la lumière (donc lorsque l'on tourne la platine).

Attention : cette caractéristique est observée en LPNA.

Le Dessin Scientifique

Le Dessin Scientifique d'observation est une méthode permettant d'illustrer ses observations avec rigueur et application, sans schématiser ou interpréter.

Le MICROSCOPE OPTIQUE

LE MICROSCOPE OPTIQUE

Le microscope optique permet d’observer des coupes fines de tissus organiques ou de roches placées entre une lame et une lamelle de verre.

Protocole d’utilisation du microscope optique

1/ Déroulez délicatement le câble d’alimentation et branchez le microscope. Sur certain microscope, assurez-vous que l’interrupteur soit éteint et que l’intensité soit au minimum pour ne pas griller l’ampoule.

2/ Au début de l’utilisation, vérifiez que la tourelle soit placée sur le petit objectif.

3/ Avant de placer la lame sur la platine, localisez à l’oeil nu la région à observer. Ne pas oublier de lire l’étiquette de la lame.

4/ Déposez la lame de verre délicatement sur la platine car elle est fragile et elle coûte cher. Ensuite, placez la zone à observer sur le trou lumineux de la platine. Fixez la lame à l’aide des deux pinces métalliques.

5/ Les réglages de mise au point se font lentement pour ne pas écraser la lame de verre avec l’objectif. Utilisez d’abord le réglage normal (grosse molette) puis le réglage fin (petite molette). Pour chaque objectif, descendre au plus près de la lame sans la casser et faites la mise au point en remontant. Ne pas utilisez le réglage rapide au fort grossissement !

6/ Le changement d’objectif s’effectue à l’aide de la bague tournante (tourelle) seulement. On ne touche jamais aux objectifs avec les doigts.

7/ Après utilisation, retirez la lame que vous rangez soigneusement dans sa boîte.

8/ Remettez la tourelle sur le petit objectif en en position initiale.

9/ Débranchez le microscope et enroulez délicatement le câble électrique sur le pied du microscope (et non pas sur les objectifs!).

Calcul du Grossissement du microscope

Le grossissement de l’observation est égal au produit du grossissement de l’objectif par le grossissement de l’oculaire :

G microscope = G objectif x G oculaire

Calcul du Grossissement réel

Placer une règle graduée en plastique transparent sur la platine. L’observer au grossissement choisi et mesurer le diamètre du champ d’observation : diamètre du cercle lumineux (D réel en mm).

Sur une feuille blanche, tracer un grand cercle où vous réalisez votre dessin d’observation de façon proportionnée.

Mesurer le diamètre de ce cercle (D dessin en mm). Le G réel est égale à D dessin divisé par D réel et on écrit « G = x « G. réel » »

G réel = D dessin / D réel Ex : G réel = x 40

Calcul de la Taille d’une observation ou d’une barre d’échelle

Pour connaître la taille réelle (T réel en mm) de l’objet dessiné (cellule, cristal,…), mesurez-le sur votre dessin ( T dessin en mm) et divisez par le grossissement réel (G réel) :

T réel = T dessin / G réel

Pour construire une barre d’échelle en bas de votre dessin d’observation, tracez par exemple un trait de 20 mm (2 cm) et divisez par G réel. Vous obtenez la valeur réelle de votre barre d’échelle. Notez-la au-dessus du trait.

Ex : 0,02 mm

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Bauxite

La bauxite est une roche latéritique blanche, rouge ou grise, caractérisée par sa forte teneur en alumine Al2O3 et en oxydes de fer. Cette roche constitue le principal minerai permettant la production d'aluminium.

Elle se forme par altération continentale en climat chaud et humide. De structure variée, elle contient dans des proportions variables des hydrates d'alumine, de la kaolinite, de la silice et des oxydes de fer qui lui confèrent souvent une coloration rouge.

Ses minéraux spécifiques sont les hydrates d'alumine comme les polymorphes de Al(OH)3 (bayerite et gibbsite, monocliniques) et ceux de AlO(OH) (diaspore et boehmite, orthorhombiques)

Cette bauxite provient des carrières de Baux de Provence où elle a été décrite pour le première fois (P. Berthier, 1821). Leur mise en place est discutée, mais il semble que les gisements soient des altérites remaniées et transportées vers des systèmes karstiques (dissolution aérienne de calcaire : émersion) où elles se sont déposées.