Compte rendu Projet MELiSSA Lycée Déodat de Séverac de Toulouse
Le mois dernier, des milliers d'élèves des quatre coins d’Europe ont enfilé leur blouse pour réaliser des expériences scientifiques avec de la spiruline.
Cette bactérie, répondant au nom scientifique d'Arthrospira, a notamment pour particularité de pouvoir produire de l'oxygène via la photosynthèse. Elle fait partie des bactéries du ‘life support system’ étudiées par l'Agence spatiale européenne (ESA) dans le cadre des missions spatiales de longue durée. Avec un objectif pour le moins ambitieux : reconvertir les déchets organiques des astronautes et les émissions de CO2 en oxygène, eau potable et nourriture. Un projet d’envergure baptisé MELiSSA auquel des équipes françaises et européennes collaborent depuis le début. Pour mieux faire connaitre cette recherche spatiale et ce projet MELiSSA aux plus jeunes, l’ESA a lancé le projet « Food from Arthrospira » et distribué 1.000 kits d’expérience à base de spiruline dans plusieurs écoles en Europe. Parmi ces scientifiques en herbe, les élèves Toulousains du Lycée Déodat de Séverac ont été sélectionnés pour effectuer l'expérience. De plus, les élevés du lycée ont partagé une journée de présentation avec l' astroanute Jean-Jacques Favier, un médecin des astronautes du MEDES (clinique spatiale Toulousaine) B Comet, la chercheur Lucie Campagnollo du CNES, et un membre de l' équipe ESA MELiSSA aux Pays Bas : Stephanie Raffestin.
La Bactérie :
Arthrospira est une Cyanobactérie. Elle vit dans des eaux chaudes saumâtres et peu profondes entre les tropiques.
Elles présentent des pigments lui permettant de réaliser la photosynthèse (et notamment de la chlorophylle).
Nous avons observé ces bactéries au microscope.
Image d’observation de Arthrospira au microscope optique (x400)
Le but de l’expérience :
L’expérience vise à mettre en évidence l’existence d’un métabolisme de photosynthèse chez Arthrospira.
Plus précisément, elle doit montrer que Arthrospira produit de la matière organique et du O2 lorsqu’elle est en solution dans un milieu contenant du CO2 et qu’elle est exposée à la lumière.
Le protocole expérimental : Flacon Test :
Une culture est réalisée dans un flacon de culture fermé hermétiquement appelé « + » et contenant : - 100mL d’eau minérale
- 10mL d'inoculum de Arthrospira - Du bicarbonate (HCO3-
)
- 1mL de solution de micro-nutriments Flacon témoin :
Une culture est réalisée dans un flacon de culture fermé hermétiquement appelé «- » et contenant : - 100mL d’eau minérale
- 10mL d'inoculum de Arthrospira - Une poudre sans bicarbinate (HCO3-
) - 1mL de solution de micro-nutriments
Chaque flacon (test et témoin) est relié par un tube silicone flexible à une éprouvette graduée remplie d’eau et renversée dans un bécher rempli d’eau.
L’éprouvette graduée permet de recueillir les éventuels gaz dégagés par la culture.
Les flacons (test et témoin) sont disposés à la lumière en permanence 24h/24 et 7j/7.
La température est maintenue autant que possible autour de 30°C.
L’expérience (Test et Témoin) a été répliquée 13 fois. On obtient ainsi 13 couples de flacons nommés de A à M.
Le détail d’un couple de flacons (témoin - et test +) en fin d’expérience
Chaque jour, des relevés sont effectués pour chaque flacon durant 17 jours:
- Couleur de la culture
- Quantité de gaz dans l’éprouvette reliée au flacon - Température du couple de flacons (témoin + et test -)
Le dispositif expérimental
Deux élèves en train de faire des relevés
Les résultats :
Les résultats bruts (relevés à la main) ont été traduits en graphiques à l’aide d’un tableur pour permettre une interprétation plus aisées.
Variation de la température (°C) des différents flacons en fonction du temps.
Variation de la quantité totale de gaz (mL) recueillie dans les différentes éprouvettes en fonction du temps.
Variation de la quantité totale de gaz (mL) moyenne recueillie dans les différentes éprouvettes Test (+) et Témoins (-) en fonction du temps.
Variation de la quantité de gaz journalière (mL) produite dans les différentes éprouvettes en fonction du temps.
Variation de la quantité de gaz journalière moyenne (mL) produite dans les différentes éprouvettes Test (+) et Témoins (-) en fonction du temps.
Nous souhaitons également étudier la quantité de gaz journalière (mL) produite dans les différentes éprouvettes en fonction de la température, mais nous n’avons pas encore traité les résultats.
Les informations apportées par les relevés de couleur ne sont pas exploitables car les bactéries ont commencé à floculer dès le deuxième jour de l’expérience (les flocs de bactéries étant immédiatement très foncés).
Nous avons essayé de déterminer le gaz produit en approchant un bout de bois incandescent de l’ouverture d’un tube Test en fin d’expérience.
Malheureusement nous ne sommes pas parvenus à sortir le tube du bécher et à l’approcher du bâton assez vite pour constater une augmentation de l’incandescence qui aurait permis de mettre en évidence la présence de O2.
Photo d’un couple de flacons (Test + et Témoin -) en début d’expérience (J0).
Photo d’un couple de flacons (Test + et Témoin -) en milieu d’expérience (J9).
Photo d’un couple de flacons (Test + et Témoin -) en fin d’expérience (J15).
L’exploitation des résultats:
Effet de la présence de bicarbonate :
On voit que la quantité totale de gaz (mL) moyenne recueillie dans les différentes éprouvettes Test (+) augmente de façon importante et continue en fonction du temps (de 15mL à 78mL en 17 jours).
On voit que la quantité totale de gaz (mL) moyenne recueillie dans les différentes éprouvettes Témoins (-) augmente de façon moins importante en fonction du temps durant les premiers jours de l’expérience (de 15mL à 38mL en 15 jours). Puis la quantité totale de gaz (mL) moyenne recueillie dans les différentes éprouvettes Témoins (-) reste stable en fonction du temps durant les derniers jours de l’expérience (38mL durant 3 jours).
On voit également que la quantité de gaz journalière moyenne (mL) produite dans les différentes éprouvettes Test (+) est la plupart des jours supérieure à celle produite dans les différentes éprouvettes Témoins (-)
On peut en déduire que les bactéries des flacons Test avec bicarbonate ont eu davantage de CO2 et ont donc pu davantage réaliser la photosynthèse.
6 CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Lumière
Le CO2 a pu être apporté par le bicarbonate (HCO3–)
: CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3–
2 H+ + CO32–
Dans les flacons Témoins, la photosynthèse a pu se réaliser de façon moins importante grâce jusqu’à ce que le CO2
emprisonné en début d’expérience soit en quantité insuffisante (15 jours).
Il aurait été intéressant de mesurer de pH dans les milieux de culture mais le protocole ne le permettait pas.
Effet de la température :
A compléter avec la quantité de gaz journalière (mL) produite dans les différentes éprouvettes en fonction de la température.
On peut vois en première analyse que le couple de flacons M+ et M- a produit très peu de gaz. La température faible ralentirait donc le métabolisme des bactéries.
Ce que nous avons retiré de cette expérience:
Pas encore fait avec les élèves
