Comment les plantes vertes absorbent l'eau du sol : rôle de la transpiration

En perdant de la vapeur d'eau par les stomates de ses feuilles, la plante crée un « appel » qui aspire l'eau depuis les racines : plus elle transpire, plus elle absorbe.

Objectifs

Définir la transpiration et localiser les stomates.
Décrire des expériences qui mettent en évidence la transpiration.
Montrer, à partir de résultats d'expériences, le lien entre transpiration et absorption.
Expliquer comment les conditions du milieu (lumière, chaleur, sécheresse de l'air, vent) modifient l'absorption.

Notion 1 : le trajet de l'eau dans la plante

Rappel : l'eau du sol entre dans la plante au niveau des poils absorbants des racines. Avec les sels minéraux dissous, elle forme la sève brute, qui monte dans les vaisseaux du bois (xylème) de la racine, de la tige puis des feuilles. Enfin, une grande partie de cette eau sort des feuilles sous forme de vapeur d'eau : c'est la transpiration.

Étape 1 : l'eau du sol entre dans les racines par les poils absorbants (absorption).

Étape 2 : l'eau chargée de sels minéraux (sève brute) monte dans les vaisseaux du bois de la tige.

Étape 3 : arrivée dans les feuilles, une grande partie de l'eau s'échappe dans l'air sous forme de vapeur (transpiration).

Notion 2 : la transpiration et les stomates

Définition : la transpiration est la perte d'eau sous forme de vapeur par les parties aériennes de la plante, principalement par les feuilles.

Elle se fait surtout à travers les stomates : de minuscules ouvertures de l'épiderme de la feuille, visibles au microscope. Chaque stomate est formé de deux cellules stomatiques (cellules de garde) en forme de haricot, qui bordent un orifice, l'ostiole. Les cellules stomatiques peuvent ouvrir ou fermer l'ostiole.

Observe ce stomate vu au microscope, puis place les noms de ses parties.

Mise en évidence avec le papier au chlorure de cobalt : ce papier est bleu quand il est sec et devient rose au contact de l'eau. Collé sur les deux faces d'une feuille, il rosit souvent plus vite sur la face inférieure : chez beaucoup de plantes, c'est cette face qui porte le plus de stomates.

Un papier au chlorure de cobalt collé sur une feuille passe du bleu au rose. Que montre ce résultat ?

La feuille absorbe de l'eau de l'air.
La feuille rejette de la vapeur d'eau.
La feuille fabrique des sels minéraux.

Le papier au chlorure de cobalt rosit au contact de l'eau : il a reçu la vapeur d'eau rejetée par la feuille, c'est-à-dire la transpiration.

Notion 3 : la transpiration, moteur de l'absorption

On mesure l'absorption avec un potomètre : un rameau feuillé est fixé dans un tube rempli d'eau, relié à un tube fin gradué où se déplace une bulle d'air. Plus la bulle avance vite, plus le rameau absorbe d'eau.

Les résultats de ce type d'expérience montrent que :

si l'on enlève les feuilles, l'absorption devient presque nulle ;
si l'on enduit de vaseline la face inférieure des feuilles (stomates bouchés), l'absorption diminue fortement ;
au cours d'une journée, absorption et transpiration varient de la même façon : faibles la nuit, maximales vers le milieu de la journée.

Conclusion : la transpiration crée une aspiration foliaire (appel foliaire) qui entraîne la montée de la sève brute et donc l'absorption d'eau par les racines. Les molécules d'eau restent liées les unes aux autres dans les vaisseaux, comme les maillons d'une chaîne : quand une molécule s'évapore en haut, elle tire toute la colonne.

flowchart LR
  A[Transpiration par les stomates] --> B[Aspiration foliaire]
  B --> C[Montée de la sève brute]
  C --> D[Absorption par les racines]

Dans un potomètre, on enlève toutes les feuilles du rameau. Que devient l'absorption ?

Elle devient presque nulle.
Elle augmente.
Elle ne change pas.

Sans feuilles, il n'y a presque plus de transpiration, donc plus d'aspiration foliaire : l'eau ne monte presque plus et l'absorption s'arrête quasiment.

Notion 4 : les facteurs qui modifient la transpiration

La transpiration, et donc l'absorption, augmente avec :

la lumière (les stomates s'ouvrent) ;
la température élevée ;
l'air sec (faible humidité de l'air) ;
le vent, qui chasse la vapeur d'eau autour des feuilles.

Elle diminue à l'obscurité, quand l'air est humide (saison des pluies, après une averse) ou quand le sol manque d'eau (les stomates se ferment pour éviter le flétrissement).

Dans quelle situation une plante absorbe-t-elle le plus d'eau ?

La nuit, par temps humide
Le matin, juste après une pluie
À midi, au soleil, par temps sec et venteux

Lumière, chaleur, air sec et vent augmentent la transpiration ; l'aspiration foliaire est alors forte et l'absorption maximale.

Exemple résolu : exploiter des mesures au potomètre

Un élève de Bobo-Dioulasso réalise un potomètre avec un rameau d'hibiscus. Il mesure le volume d'eau absorbé pendant 2 heures dans trois conditions (valeurs fictives, pour l'exercice) :

Condition	Volume absorbé en 2 h
A : lumière, air sec	6,0 mL
B : obscurité	1,0 mL
C : lumière, feuilles enlevées	0,2 mL

1. Calcule le débit d'absorption (en mL par heure) dans chaque condition. 2. Interprète les résultats.

On utilise \( \text{débit} = \dfrac{\text{volume}}{\text{durée}} \). Condition A : \[ \frac{6{,}0 \text{ mL}}{2 \text{ h}} = 3{,}0 \text{ mL}\cdot\text{h}^{-1} \]

Condition B : \( \dfrac{1{,}0}{2} = 0{,}5 \text{ mL}\cdot\text{h}^{-1} \). Condition C : \( \dfrac{0{,}2}{2} = 0{,}1 \text{ mL}\cdot\text{h}^{-1} \).

Comparaison A et B : à l'obscurité, l'absorption est 6 fois plus faible, car \( 3{,}0 \div 0{,}5 = 6 \). Les stomates se ferment à l'obscurité, la transpiration diminue, donc l'absorption aussi.

Comparaison A et C : sans feuilles, l'absorption devient presque nulle, car il n'y a presque plus de transpiration. Conclusion : la transpiration par les feuilles est le moteur de l'absorption d'eau.

À toi : absorption et transpiration

Dans la condition A, l'élève pèse aussi la plante en pot, dont le sol est recouvert d'un plastique (pour empêcher l'évaporation du sol). La plante a perdu 5,6 g d'eau en 2 h. Sachant que 1 mL d'eau a une masse de 1 g, cherche d'abord : quelle part de l'eau absorbée a été transpirée ?

Voir la solution

5,6 g d'eau correspondent à 5,6 mL. La part transpirée est :

\[ \frac{5{,}6}{6{,}0} \approx 0{,}93 \]

soit environ 93 % de l'eau absorbée. Presque toute l'eau absorbée ressort par transpiration : les deux phénomènes sont étroitement liés.

Erreurs fréquentes

Récapitulatif

L'eau entre par les poils absorbants, monte dans les vaisseaux du bois (sève brute) et ressort en grande partie en vapeur par les stomates.
La transpiration se met en évidence par la buée dans un sachet ou le papier au chlorure de cobalt qui rosit.
Le potomètre montre que l'absorption dépend de la transpiration : sans feuilles ou stomates bouchés, elle chute.
La transpiration crée une aspiration foliaire, moteur principal de la montée de la sève brute.
Lumière, chaleur, air sec et vent augmentent la transpiration et donc l'absorption.

Transpiration

Perte d'eau sous forme de vapeur par les parties aériennes, surtout par les stomates des feuilles.

Stomate

Petite ouverture de l'épiderme : deux cellules stomatiques autour d'un ostiole.

Aspiration foliaire

Appel d'eau créé par la transpiration, qui fait monter la sève brute depuis les racines.

Potomètre

Montage qui mesure le volume d'eau absorbé par un rameau feuillé.

Facteurs qui augmentent la transpiration

Lumière, température élevée, air sec, vent.