Sève brute et sève élaborée : comment circulent l'eau et les sucres dans une plante

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

Deux liquides, deux trajets

Une plante terrestre ne se nourrit pas en « mangeant la terre ». Elle absorbe de l'eau et des sels minéraux par ses racines, puis fabrique de la matière organique dans ses feuilles par la photosynthèse. La lumière apporte l'énergie nécessaire à cette fabrication : elle n'est pas de la matière. Ces substances doivent ensuite être distribuées dans tout le végétal, parfois sur plusieurs dizaines de mètres. Cette distribution est assurée par des liquides circulant dans des vaisseaux conducteurs.

La sève brute et le xylème

La sève brute est une solution d'eau et de sels minéraux dissous, prélevée dans le sol par les poils absorbants des racines. Elle circule dans le xylème (le bois), un ensemble de vaisseaux formés de cellules mortes, creuses et placées bout à bout. Elle monte des racines vers les feuilles, toujours dans ce sens.

Dans les feuilles, la plus grande partie de l'eau s'évapore par les stomates, de minuscules orifices de l'épiderme, surtout nombreux sur la face inférieure. Cette perte d'eau s'appelle la transpiration. Elle aspire la sève brute vers le haut, un peu comme on aspire un liquide avec une paille. La transpiration augmente avec la lumière, la chaleur et le vent. Elle diminue dans l'obscurité ou dans un air humide, car les stomates se ferment ou l'évaporation ralentit.

La sève élaborée et le phloème

La sève élaborée est une solution d'eau riche en matière organique, surtout des sucres comme le saccharose. Elle est produite à partir de la matière organique fabriquée dans les organes chlorophylliens, principalement les feuilles. Elle circule dans le phloème (le liber), situé tout près de l'écorce, formé de cellules vivantes appelées tubes criblés.

Elle va des organes producteurs vers les organes qui consomment ou qui stockent : racines, bourgeons, fruits, graines, tubercules. Son sens dépend donc des besoins de la plante, et non d'une direction imposée.

Vocabulaire à maîtriser

• Vaisseau conducteur : conduit qui transporte la sève dans la plante.
• Organe producteur : organe qui fabrique de la matière organique (feuille verte).
• Organe consommateur ou de réserve : organe qui utilise ou stocke cette matière (racine, bourgeon, fruit, tubercule).
• Annelage : retrait d'un anneau d'écorce sur tout le tour d'une branche, en conservant le bois.

Exemple analysé : la tige de céleri dans l'eau colorée

On place une tige de céleri feuillue dans de l'eau colorée en rouge. Après quelques heures, les nervures des feuilles sont rouges. Une coupe transversale de la tige montre de petits points rouges disposés en cercle, alors que le reste du tissu reste pâle.

Interprétation : le colorant a été entraîné par l'eau dans des vaisseaux précis, les vaisseaux du xylème, qui relient la base de la tige aux feuilles. Mais cette expérience ne montre que le trajet de l'eau. Elle ne dit rien sur le trajet des sucres, qui circulent dans un autre tissu, le phloème. Il faut une expérience différente, comme l'annelage, pour l'étudier.

Un piège à éviter

On lit souvent que « la sève brute monte et la sève élaborée descend ». Cette phrase est trop simple. La sève brute monte bien toujours, mais la sève élaborée va des organes producteurs vers les organes consommateurs, ce qui peut être vers le bas (racines) comme vers le haut (jeunes bourgeons, fruits). Les deux sèves ne forment pas non plus un circuit fermé comme le sang : l'eau de la sève brute finit en grande partie évaporée dans l'air (les sels minéraux, eux, restent dans la plante), et la sève élaborée est utilisée ou stockée là où elle arrive.

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

Situation-problème

Dans un jardin, Inès remarque qu'une branche de saule, dont l'écorce a été retirée sur tout le tour par un animal, garde ses feuilles vertes pendant des semaines. Pourtant, la branche gonfle juste au-dessus de la blessure. Inès se demande par quels vaisseaux l'eau et les sucres circulent, et quels facteurs modifient la quantité d'eau qui traverse une plante. Elle s'appuie sur deux séries de mesures. Utilisez uniquement les documents fournis pour répondre aux trois exercices.

Document 1 : l'eau absorbée par des rameaux de laurier-cerise

Données pédagogiques simplifiées. Cinq rameaux de même taille, dont quatre feuillés (A, B, C et D, portant chacun 10 feuilles de surface foliaire totale comparable, environ 200 cm²) et un sans aucune feuille (E), sont placés dans des éprouvettes contenant chacune 50 mL d'eau. La température (22 °C) et l'humidité de l'air (environ 60 %) sont maintenues constantes et vérifiées pour tous les rameaux ; seul le facteur indiqué dans le tableau change. Une fine couche d'huile couvre l'eau pour empêcher son évaporation directe. On admet que le volume d'eau disparu correspond à l'eau qui a monté dans le rameau avant de s'évaporer. Les mesures durent 6 heures. Une observation au microscope d'un fragment d'épiderme de laurier-cerise montre que les stomates sont presque tous situés sur la face inférieure des feuilles, la face supérieure en portant très peu. La vaseline appliquée sur une face recouvre à la fois les stomates et la cuticule de cette face.

Document 2 : l'annelage d'une branche de saule

Données pédagogiques simplifiées. Sur un jeune saule, on retire sur une branche un anneau d'écorce de 2 cm de large, en conservant le bois. Une branche voisine, non modifiée, sert de témoin. Après 4 semaines, on observe que les feuilles des deux branches sont vertes et non flétries. On observe aussi un renflement de 1,5 cm juste au-dessus de l'anneau, et les bourgeons situés sous l'anneau se développent moins que ceux du témoin. On mesure la teneur en saccharose de l'écorce (en mg par gramme de matière fraîche).

Exercice 1 : lire et comparer les conditions de l'expérience sur l'eau

1. Dans le document 1, le rameau A sert de référence. Pour chacun des rameaux B, C, D et E, indiquez le facteur qui diffère de A.
2. Classez les cinq rameaux du plus grand au plus faible volume d'eau disparu.
3. Expliquez pourquoi une couche d'huile est placée à la surface de l'eau.
4. Déduisez de la comparaison entre A et E l'organe où se produit l'essentiel de la perte d'eau, puis, grâce au rameau D et à l'observation microscopique, la structure qui peut être impliquée, en précisant la limite de cette conclusion.

Exercice 2 : calculer et concevoir un protocole

1. Calculez le volume d'eau disparu par heure (en mL/h) pour les rameaux A, B et C.
2. Calculez l'augmentation en pourcentage du volume disparu de B par rapport à A. Faites de même pour la diminution de C par rapport à A.
3. Calculez la diminution en pourcentage du volume disparu de D par rapport à A.
4. Inès voudrait savoir si la face supérieure des feuilles perd aussi de l'eau. Proposez un protocole en précisant le facteur testé, les rameaux témoins, les facteurs gardés identiques, la mesure effectuée et la manière de fiabiliser le résultat.

Exercice 3 : argumenter en confrontant les deux documents

1. Dans le document 2, calculez pour chaque branche le rapport entre la teneur du point haut (ou 3 cm au-dessus) et celle du point bas (ou 3 cm au-dessous).
2. Interprétez ces résultats : quel tissu a été retiré, que montre l'accumulation de saccharose au-dessus de l'anneau, et quel trajet des sucres peut-on en déduire ?
3. Expliquez pourquoi les feuilles de la branche annelée ne flétrissent pas, en vous appuyant sur le document 1 et sur le fait que le bois est conservé.
4. Inès affirme : « La sève élaborée descend toujours. » Discutez cette phrase en indiquant ce que le document 2 permet de conclure et ce qu'il ne permet pas de conclure (nombre de branches, espèce, durée).

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. B : présence d'un ventilateur (vent). C : obscurité au lieu de la lumière. D : face inférieure enduite de vaseline (stomates et cuticule de cette face recouverts). E : absence de feuilles. Chaque rameau ne diffère de A que par un seul facteur, ce qui rend la comparaison valable, car le document indique que la surface foliaire des rameaux feuillés (A à D), la température et l'humidité sont comparables ou constantes ; E, sans feuille, ne diffère que par l'absence de feuilles.
2. Classement : B (15 mL), A (9 mL), C (3 mL), D (2 mL), E (0,5 mL).
3. L'huile empêche l'eau de s'évaporer directement de l'éprouvette. Ainsi, la diminution du volume correspond à l'eau absorbée par le rameau, et non à une évaporation extérieure.
4. Entre A (9 mL) et E (0,5 mL), la perte est presque supprimée sans feuilles : l'essentiel de la perte d'eau se fait par les feuilles. Le rameau D (2 mL) montre que recouvrir la face inférieure de vaseline réduit fortement cette perte. Comme l'observation au microscope place presque tous les stomates sur cette face, ce résultat est compatible avec un rôle majeur des stomates dans la sortie de l'eau. Il ne le prouve pas à lui seul, car la vaseline recouvre aussi la cuticule de la face : il faudrait des expériences complémentaires pour séparer les deux effets. Critère de réussite : un seul facteur est comparé à la fois, et chaque conclusion cite des valeurs.

Exercice 2 : correction

1. A : 9 ÷ 6 = 1,5 mL/h. B : 15 ÷ 6 = 2,5 mL/h. C : 3 ÷ 6 = 0,5 mL/h.
2. B par rapport à A : (2,5 − 1,5) ÷ 1,5 = 0,667, soit environ + 67 %. C par rapport à A : (0,5 − 1,5) ÷ 1,5 = − 0,667, soit environ − 67 %. Le vent augmente donc la transpiration et l'obscurité la réduit d'un même ordre de grandeur.
3. D par rapport à A : (9 − 2) ÷ 9 = 0,778, soit environ − 78 %. Recouvrir la face inférieure de vaseline supprime près de quatre cinquièmes de la perte, ce qui est cohérent avec le grand nombre de stomates observés sur cette face, sans exclure un rôle de la cuticule. Les 22 % restants peuvent venir de la face supérieure ou de la cuticule des feuilles : le document ne permet pas de trancher.
4. Protocole attendu : préparer quatre rameaux identiques (même nombre de feuilles et surface foliaire totale comparable, mesurée par exemple par la masse ou le calque des feuilles, même éprouvette, même volume d'eau, huile en surface). Facteur testé : face enduite de vaseline. Rameau 1 : aucune vaseline (témoin). Rameau 2 : vaseline sur la face supérieure. Rameau 3 : vaseline sur la face inférieure. Rameau 4 : vaseline sur les deux faces. Garder identiques la lumière, l'air calme, la température et l'humidité de l'air, en les relevant avec un thermomètre et un hygromètre pour documenter ces conditions et pouvoir affirmer qu'un seul facteur diffère. Mesurer le volume d'eau disparu après 6 h. Fiabiliser en répétant avec plusieurs rameaux par condition et en calculant une moyenne. Résultat attendu si la face supérieure transpire peu : le rameau 2 est proche du témoin. Limite : la vaseline recouvre à la fois stomates et cuticule, donc une différence éventuelle montrerait que la face supérieure perd de l'eau sans préciser par quelle structure.

Exercice 3 : correction

1. Témoin : 31 ÷ 30 ≈ 1,03, soit une teneur presque égale en haut et en bas. Branche annelée : 46 ÷ 11 ≈ 4,2, soit une teneur plus de quatre fois supérieure au-dessus de l'anneau qu'en dessous.
2. L'anneau retire l'écorce, donc le phloème, mais pas le bois. Chez le témoin, le saccharose est réparti de façon homogène. Chez la branche annelée, il s'accumule au-dessus de l'anneau (46 contre 31 chez le témoin, soit + 15 mg/g) et diminue en dessous (11 et 8 contre 30 chez le témoin). Le renflement confirme l'accumulation de matière. On en déduit que les sucres produits par les feuilles situées au-dessus circulent dans le phloème vers le bas ; l'interruption les bloque.
3. Le bois, donc le xylème, est intact : la sève brute continue de monter jusqu'aux feuilles. Le document 1 montre que les feuilles perdent beaucoup d'eau par transpiration et que cette eau est remplacée par celle qui monte dans le rameau. Les feuilles restent donc alimentées en eau, turgescentes et vertes pendant les 4 semaines, alors que le phloème est coupé.
4. La phrase est trop générale. Le document 2 est cohérent avec une circulation des sucres des feuilles vers les parties situées plus bas, qui consomment ou stockent. Mais il ne prouve pas que ce sens soit le seul possible : le phloème peut aussi alimenter des bourgeons ou des fruits situés plus haut, selon les besoins. Les limites sont celles d'une seule espèce, d'une seule branche annelée comparée à une seule branche témoin et d'une seule date de mesure : il faudrait répéter l'expérience pour généraliser. Critères de réussite : valeurs chiffrées citées, distinction nette entre xylème (eau, montée) et phloème (sucres, des producteurs vers les consommateurs), conclusion nuancée.