Résumé d’un TPE réalisé par : Mélissa Althey, Matthieu Pierre et Julien Prothais (élèves de Première S encadrés par JLFontaine professeur de biologie écologie)
Sommaire :
Introduction
Suivi d'une parcelle de Miscanthus
Synthèse des résultats sur la croissance
Estimation de la biomasse aérienne
Le mécanisme photosynthétique
Conclusion
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Rhizome de miscanthus
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Introduction
• L’épuisement des énergies fossiles oblige la recherche de nouvelles sources d’énergie.
• Certaines plantes se présentent comme très prometteuses pour fabriquer des biocombustibles puis dans un avenir proche des biocarburants de seconde génération issus de la lignocellulolyse.
• Une graminée stérile d’origine asiatique à croissance très rapide est cultivée en Europe à des fins énergétiques: le Miscanthus giganteus.
• La culture de cette graminée hybride est pratiquée massivement en Grande Bretagne (400 000 T/an) et débute en France.
• La culture est pérenne avec une reproduction végétative par rhizome,et peut être exploitée après 3 ans pendant 5 à 18 ans.
• Du fait de son haut pouvoir calorifique (4700 kWh/t), il est utilisé dans les centrales électriques,les chaudières à bois sans modifications techniques.
• Contrairement à la plupart des biocombustibles, sa combustion émet moins de CO2 qu’il n’a piégé car une partie est séquestrée dans les rhizomes de façon durable.
• Nous avons voulu au cours de ce TPE caractériser cette croissance et l’expliquer.
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Suivi d’une parcelle de miscanthus
•Une parcelle à coté du CDI du lycée a été plantée avec des rhizomes de Miscanthus à raison de 10 000 pieds/ha le 10 Avril 2007.
•À partir du 13 juin 2007, des mesures de croissance en hauteur et de croissance des entre-nœuds ont été réalisées sur 30 plantes.
•Fin Octobre 2007, nous avons réalisé une estimation de la biomasse aérienne.
•Une étude anatomique au niveau de la feuille a révélé une photosynthèse de type C4. Les végétaux présentent différents mécanismes lors de l'étape de fixation du dioxyde de carbone au cours de la photosynthèse. Ces trois mécanismes diffèrent par l'efficacité de cette étape. Le type de photosynthèse de la plante est déterminé par le nombre d'atomes de carbone de la molécule organique formée en premier lors de la fixation du CO2. Si le mécanisme en C3 correspond au mécanisme « de base », les types en C4 et CAM (Crassulacean Acid Metabolism) sont des adapations à des milieux secs.
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État de la plantation le 14/09/2007 |
Synthèse des résultats sur la croissance
•La croissance en hauteur du Miscanthus a été très rapide (1,2 cm/jour , hauteur finale :1m90 en Octobre)
•La 3ème année, la taille peut atteindre 4 mètres.
•La courbe montre une croissance en hauteur de type linéaire.
•Chaque entre-nœud a une croissance finie de type sigmoïde se terminant vers 10 cm en moyenne.
•Quand un entre-nœud n-1 termine sa croissance, l’entre-nœud n commence a grandir.
•Les zones de croissance active sont situées à la base des entre-nœuds ( méristèmes intercalaires).
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Estimation de la biomasse aérienne
Une récolte de 4 surfaces échantillons a été réalisée.
Les feuilles et tiges ont été déshydratées à l’étuve à 70°C pendant 4 jours.
L’estimation réalisée est de 8,3 tms/ha
Au bout de la 3ème année, la biomasse se situe entre :
12 et 20 tms/ha selon les conditions climatiques.
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Le mécanisme photosynthétique |
• La structure de la feuille est de type C4.
• Autour des nervures s’organise une couronne de grandes cellules chlorophylliennes : la gaine péri vasculaire
• Celle-ci est entourée par des cellules chlorophylliennes plus petites constituant le mésophylle.
• La phase photochimique se réalise dans le mesophylle et le C02 atmosphérique est fixé activement sous forme d’acide malique (C4) dans le cytoplasme.
• Les chloroplastes de la gaine transforment le CO2 issu de l’acide malique en molécules organiques.
• La forte concentration en CO2 dans les cellules de la gaine permet une photosynthèse et une production maximum
• La teneur en CO2 de l’atmosphère ( 380ppm) n’est pas limitante pour cette plante !
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Conclusion
• La production de biomasse par le Miscanthus est très importante (entre 12 et 20 tms/ha à maturité)
• De nombreuses terres agricoles peu fertiles sont utilisées pour sa culture car c’est une plante peu exigeante , sans maladies ni ravageurs.
• Actuellement, les tiges de Miscanthus sont après séchage sur pieds, broyées pour un usage biocombustible dans des chaudières à bois et des centrales électriques, mais il a d’autres utilisations comme isolant thermique,,litière,etc.…
• Étant stérile, le risque de dissémination de la plante est nul.
• Le miscanthus peut aussi être utilisé pour la reconversion à des fins énergétiques de terrains agricoles et industriels pollués.
(projet réalisé en Ile-de-France en 2006)
• Des recherches sont en cours pour fabriquer des bio fuels à partir de la cellulose de cette plante.
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