Reconnaître une cellule et interpréter une observation au microscope

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

La cellule, unité du vivant

Tout être vivant est constitué d'une ou de plusieurs cellules. La cellule est la plus petite unité du vivant : elle échange de la matière avec son milieu, fabrique sa propre matière et peut donner de nouvelles cellules. Un organisme formé d'une seule cellule est unicellulaire ; un organisme formé de très nombreuses cellules, comme un arbre ou un être humain, est pluricellulaire.

Les cellules mesurent le plus souvent de quelques micromètres à quelques centaines de micromètres. Le micromètre (µm) est un millième de millimètre : 1 mm = 1 000 µm. L'œil nu distingue difficilement un objet de moins de 0,1 mm, soit 100 µm. Il faut donc un instrument qui agrandit : le microscope optique.

Utiliser le microscope optique

Le microscope comporte une source de lumière, une platine qui porte la préparation, un revolver avec plusieurs objectifs, un oculaire et des vis de mise au point. La préparation est une lame de verre portant un fragment très mince et transparent, recouvert d'une lamelle, car la lumière doit traverser l'objet. On commence par le plus petit objectif, on fait la mise au point, puis on change d'objectif.

Le grossissement total est le produit du grossissement de l'oculaire par celui de l'objectif. Avec un oculaire ×10 et un objectif ×40, il vaut 10 × 40 = ×400. La taille réelle se calcule ainsi : taille réelle = taille mesurée sur le dessin ÷ grandissement du dessin, les deux longueurs étant dans la même unité. Le grandissement du dessin n'est égal au grossissement du microscope que s'il est donné comme tel (ou vérifié avec une barre d'échelle). Dans les exemples de cette ressource, il est déclaré égal au grossissement total.

Reconnaître les constituants d'une cellule

Une cellule animale, comme une cellule de joue, a une membrane, un cytoplasme et un noyau, mais ni paroi ni chloroplastes. Une cellule végétale a en plus une paroi.

Exemple analysé : l'épiderme de bulbe d'oignon

Un fragment d'épiderme d'oignon est observé à ×400 après ajout d'un colorant dilué. On voit des cellules allongées, côte à côte comme des briques, aux contours épais. Chaque cellule contient un noyau foncé. Aucun grain vert n'est visible. Le dessin est donné au grandissement effectif ×400 (valeur déclarée, égale au grossissement total). Une cellule mesure 60 mm sur ce dessin.

Démarche : 1) les contours épais et réguliers sont des parois, donc la cellule est végétale ; 2) il y a un seul noyau par cellule ; 3) taille réelle = 60 mm ÷ 400 = 0,15 mm = 150 µm. Conclusion prudente : ces cellules sont végétales, même sans chloroplastes visibles. On peut supposer que le bulbe, enterré, reste dans l'obscurité, mais cette observation seule ne le démontre pas.

Un piège à éviter

Ne pas voir un élément ne prouve pas qu'il n'existe pas, et tout ce qui est rond n'est pas une cellule. Sans colorant, un noyau peut être presque invisible. Une bulle d'air piégée sous la lamelle forme un grand cercle à bord noir épais et au centre clair, sans noyau ni cytoplasme. Pour reconnaître une cellule, on cherche plusieurs indices cohérents : contour, contenu, voisinage d'autres cellules semblables.

Il existe aussi des exceptions : les globules rouges humains matures n'ont plus de noyau, qui disparaît au cours de leur formation. Ce sont pourtant des cellules. Évitons donc les phrases trop générales comme « toutes les cellules ont un noyau visible ».

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Situation-problème. Lors d'une séance de travaux pratiques, une classe de sixième a observé cinq préparations microscopiques et a noté pour chacune le grossissement, la taille du dessin d'une cellule et les éléments reconnus. L'enseignante pose à chaque groupe la question suivante : à partir de ces seules observations, que peut-on affirmer avec certitude sur la nature des cellules et sur leur taille réelle, et que ne peut-on pas affirmer ? Chaque groupe doit justifier ses réponses par des données et signaler les limites de ses conclusions. Données pédagogiques simplifiées. Les dessins sont donnés avec un grandissement effectif égal au grossissement total de chaque préparation (valeur déclarée).

Document 1 : résultats des cinq préparations (Données pédagogiques simplifiées)

Document 2 : compte rendu d'observation (Données pédagogiques simplifiées)

Oignon. Un fragment d'épiderme d'environ 1 cm² est déposé dans une goutte d'eau et recouvert d'une lamelle posée lentement. À ×400 sans colorant, les parois sont visibles mais le noyau est à peine distinct. Après ajout d'une goutte de colorant dilué au bord de la lamelle, un noyau foncé apparaît nettement, un par cellule. Longueurs dessinées de cinq cellules différentes, à ×400 : 58 mm, 62 mm, 60 mm, 64 mm et 56 mm.

Élodée. À ×100, les cellules sont alignées en rangées et contiennent de nombreux grains verts. À ×400, les grains verts sont plus nets et se répartissent le long de la paroi. Dix minutes plus tard, plusieurs grains ont changé de position dans les cellules.

Observation à ne pas confondre. Sur la préparation d'oignon, un élève remarque à ×100 un grand cercle à bord noir épais et au centre clair. Il change de forme quand on appuie légèrement sur la lamelle. On n'y voit ni noyau ni paroi.

Exercice 1 : Observer et classer les cellules

1. À partir du document 1, indique pour chacune des préparations A, B, C et D si la paroi est présente, si des chloroplastes (grains verts) sont visibles et si le noyau est visible.
2. Nomme deux éléments présents dans toutes les cellules représentées en A, B, C et D, en t'aidant du cours.
3. Quel critère du document 1 permet de distinguer les cellules végétales de la cellule de joue ? Pourquoi l'absence de grains verts ne permet-elle pas de conclure qu'une cellule est animale ?
4. Propose une hypothèse expliquant l'absence de grains verts dans l'épiderme de bulbe d'oignon, puis précise ce que les documents ne permettent pas de prouver.

Exercice 2 : Calculer des grossissements et des tailles réelles

1. Calcule le grossissement des préparations A, D et E.
2. Calcule la taille réelle, en micromètres, des cellules B, C, D et E. Rappel : 1 mm = 1 000 µm.
3. Avec les cinq mesures de l'oignon du document 2, calcule la longueur dessinée moyenne, puis la taille réelle moyenne en micromètres. Indique aussi la plus petite et la plus grande taille réelle.
4. Combien de globules rouges, placés bout à bout, couvriraient la longueur moyenne d'une cellule d'oignon ?
5. Un élève écrit : « La cellule d'oignon mesure 60 mm. » Corrige cette phrase et explique l'erreur.

Exercice 3 : Argumenter en confrontant les documents

1. Un élève affirme : « E n'a pas de noyau visible, donc ce n'est pas une cellule. » Discute cette affirmation avec le document 1 et le cours.
2. Dans le document 2, le noyau de l'oignon est presque invisible sans colorant. Que peut-on en déduire à propos du noyau « peu visible » de l'élodée dans le document 1 ?
3. Le grand cercle à bord noir épais du document 2 est-il une cellule ? Donne deux arguments tirés du document 2 et un argument de comparaison avec la préparation A.
4. Rédige une conclusion de trois à quatre phrases : ce que les documents établissent, puis une limite de ces conclusions.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. A : paroi présente, pas de chloroplastes, noyau visible. B : paroi présente, chloroplastes présents (grains verts), noyau peu visible. C : pas de paroi, pas de chloroplastes, noyau visible. D : paroi présente, pas de chloroplastes (les grains orange ne sont pas verts), noyau visible.
2. Le noyau et le cytoplasme, entouré d'une membrane, sont présents dans toutes ces cellules. Le noyau est net en A, C et D et peu visible en B, ce qui ne signifie pas qu'il est absent. La membrane est trop fine pour être distinguée ici, mais elle délimite toute cellule.
3. Le critère est la paroi : présente en A, B et D, absente en C. Les cellules A et D n'ont pas de grain vert alors qu'elles ont une paroi. Les grains verts ne sont donc pas un critère suffisant : une cellule végétale peut en être dépourvue.
4. Hypothèse : le bulbe d'oignon est enterré et reste à l'obscurité, ce qui expliquerait l'absence de chloroplastes. Les documents ne le prouvent pas : on n'a observé qu'une préparation, sans comparer avec une partie verte et éclairée de la même plante.

Critères de réussite : utiliser les données du tableau, distinguer « non visible » et « absent », formuler une hypothèse sans l'affirmer comme un fait.

Exercice 2 : correction

1. A : 10 × 40 = ×400. D : 10 × 10 = ×100. E : 10 × 100 = ×1 000.
2. Taille réelle = taille dessinée ÷ grandissement du dessin (ici déclaré égal au grossissement total de chaque préparation). B : 48 ÷ 400 = 0,12 mm = 120 µm. C : 20 ÷ 400 = 0,05 mm = 50 µm. D : 15 ÷ 100 = 0,15 mm = 150 µm. E : 7,5 ÷ 1 000 = 0,0075 mm = 7,5 µm.
3. Somme : 58 + 62 + 60 + 64 + 56 = 300 mm, moyenne = 300 ÷ 5 = 60 mm. Taille réelle moyenne : 60 ÷ 400 = 0,15 mm = 150 µm. Plus petite : 56 ÷ 400 = 0,14 mm = 140 µm. Plus grande : 64 ÷ 400 = 0,16 mm = 160 µm. Les cellules d'un même tissu ont des tailles proches mais pas identiques, d'où l'intérêt de plusieurs mesures.
4. 150 ÷ 7,5 = 20 : environ 20 globules rouges alignés couvriraient une cellule d'oignon.
5. La longueur de 60 mm est celle du dessin, dont le grandissement est déclaré égal à ×400. La cellule réelle mesure 60 ÷ 400 = 0,15 mm, soit 150 µm. L'élève a confondu taille de l'image et taille réelle.

Critères de réussite : formule écrite, unités cohérentes, conversion mm vers µm correcte, distinction entre dessin et objet réel.

Exercice 3 : correction

1. L'affirmation est trop rapide. Le globule rouge E a un contour net et une forme régulière, et il provient d'un organisme vivant. Le cours indique que les globules rouges humains matures sont des cellules dont le noyau a disparu au cours de la formation. L'absence de noyau est une exception, donc la règle « toute cellule a un noyau visible » est trop générale. Une seule préparation ne permet pas non plus de décider seule.
2. Le document 2 montre qu'un noyau peut être presque invisible sans colorant, alors qu'il est bien présent. Pour l'élodée, un noyau peu visible peut donc exister malgré tout : le document 1 ne précise ni si la préparation est colorée ni pourquoi le noyau est peu visible. On ne peut pas conclure à son absence.
3. Ce n'est pas une cellule. Arguments : le cercle a un bord noir épais et un centre clair, sans noyau ni paroi ; il change de forme quand on appuie sur la lamelle, ce qui est typique d'une bulle d'air. Comparaison : en A, les cellules sont côte à côte, ont des parois et un noyau net après coloration, ce qui n'est pas le cas du cercle.
4. Conclusion possible : les préparations A à D montrent des cellules avec noyau, et la paroi distingue les cellules végétales de la cellule de joue ; E est une cellule sans noyau visible, exception connue. Les tailles réelles calculées vont de 7,5 µm (globule rouge) à 160 µm (plus grande cellule d'oignon mesurée dans le document 2). Limite : une seule préparation par type de cellule ne permet pas de généraliser à toutes les plantes ou à tous les animaux.

Critères de réussite : s'appuyer sur des données précises des deux documents, éviter les généralisations, nommer l'artefact (bulle d'air) et formuler une limite claire.