Contrairement
aux êtres humains, la plupart des animaux ne communiquent pas par la
parole. Cependant des attitudes, des émissions d’odeurs, de sons et de
lumière leur permettent d’échanger des informations
avec leurs congénères. L’objectif de cet exercice est d’illustrer les
communications olfactive, sonore et visuelle dans le monde animal et
végétal.
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Des odeurs émises par les insectes.
En matière de communication olfactive, le bombyx du mûrier (ver à soie)
est un expert. La femelle libère des phéromones, comme par exemple le
bombykol, que le mâle peut détecter jusqu’à des dizaines de kilomètres.
Cet insecte synthétise à partir de la molécule A présentée ci-dessous
le bombykol (molécule B). Le groupement R, composé d’atomes de carbone
et d’hydrogène, représente un enchaînement de plus d’une dizaine
d’atomes de carbone. La connaissance de R n’est pas nécessaire pour la
suite de l’exercice.
Entourer les groupes caractéristiques présents dans ces molécules et les nommer.
La molécule A peut réagir avec une solution d’hydroxyde de sodium (Na+ + HO-)aq selon une hydrolyse basique.
Écrire l’équation de cette réaction chimique.
Citer une propriété caractéristique de cette réaction.
La saponification d'un ester est lente et totale.
La synthèse du bombykol pourrait-elle s’effectuer par hydrolyse basique chez le bombyx du mûrier ? Justifier la réponse.
Non : l'hydrolyse basique de A ne conduit pas au bombycol B mais à l'éthanol et à un ion carboxylate R-COO-.
D’autres
insectes utilisent les phéromones pour communiquer. On a représenté
ci-dessous la molécule de la phéromone de la chenille des plantes
grimpantes (phéromone C).
Cette phéromone persiste dans l’air un certain temps, ce
qui facilite la localisation de l’insecte par ses congénères. L’insecte
émet dans l’air entre un et cent nanogrammes de phéromones, ce qui
correspond à un nombre important de molécules. Cependant, il suffit de
dix molécules de phéromone pour que l’odorat d’un congénère la détecte.
Un insecte émet dans l’air une masse de phéromone égale à 22,4 ng. M(phéromone C) = 224 g.mol–1.
Calculer la quantité de matière correspondante, puis le nombre de molécules émises.
n = 22,4 10-9 / 224 =1,00 10-10 mol ; n NA = 1,00 10-10 *6,02 1023 =6,02 1013 molécules.
On estime qu’un congénère à proximité reçoit au moins une molécule sur un milliard émises.
Ce congénère peut-il détecter cette phéromone ? Justifier la réponse.
6,02 1013 / 109 = 6 104 molécules reçues.
" il suffit de dix molécules de phéromone pour que l’odorat d’un congénère la détecte" : le congénère la détecte.
On peut synthétiser cette molécule au laboratoire par une
réaction d’estérification et l’utiliser également pour attirer ces
insectes loin des plantes sans utiliser d’insecticide.
Représenter
la formule semi-développée de l’acide carboxylique utilisé lors de la
synthèse de la phéromone C par estérification au laboratoire. Nommer
cet acide.
Cette transformation chimique est lente. Comment pourrait-on augmenter la vitesse de cetteréaction ?
Température et catalyseur sont des facteurs cinétiques.
On veut toujours synthétiser la phéromone C mais on désire que le
rendement de la nouvelle réaction soit supérieur à celui de la
précédente. Pour cela, on remplace l’acide carboxylique par un autre
réactif.
Nommer et écrire la formule semi-développée de celui-ci.
Anhydride éthanoïque :
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Le son émis par les chauves-souris.
Émettre
un son, cela commence toujours par faire vibrer une partie d’un corps.
Peu importe l’instrument, l’essentiel étant que les particules d’air
ambiant se mettent à vibrer. La perturbation créée se propage
ensuite de proche en proche. De particule en particule, la perturbation
se propage dans l’air à la vitesse de 340 mètres par seconde. À l’aide
d’ondes de même nature que le son, les chauves-souris localisent leur
proie.
(D’après : La symphonie animale, Antonio Fischetti).
Donner la définition d’une onde mécanique.
On appelle onde mécanique progressive le phénomène de propagation d'une
perturbation dans un milieu matériel sans transport de matière, mais avec
transport d'énergie.
Une onde se propage, à partir de la source, dans toutes les directions
qui lui sont offertes.
Citer les
mots du texte introductif qui peuvent être associés aux termes suivants
: « milieu matériel » et « sans transport de matière ».
" milieu matériel" : les particules d’air ambiant, De particule en particule.
" sans transport de matière" : De particule en particule, la perturbation se propage, ondes de même nature que le son.
Le signal émis par les chauves-souris pour localiser leurs proies est une onde longitudinale.
Donner la définition du terme « longitudinale » pour une onde.
Une onde est longitudinale lorsque le déplacement des points du milieu de
propagation s'effectue dans la même direction que celle de la propagation.
Une
chauve-souris émet un signal ayant une célérité v = 340 m/s à 20°C. Un
papillon situé à une distance d = 1,70 m constitue un obstacle sur
lequel le signal émis se réfléchit puis revient vers la chauvesouris
qui le perçoit avec un retard Dt.
Exprimer ce retard en fonction de d et v. Vérifier que sa valeur est de 10,0 ms. On néglige la vitesse de déplacement de la chauve-souris.
Dt = 2 d / v = 3,40 / 340 = 0,010 s = 10 ms.
La célérité de l’onde émise par la chauve-souris est une fonction
croissante de la température. À 30°C, la célérité de l’onde émise est
de 350 m/s et pour une proie située à 1,70 m, la durée Dt entre l’émission
et la réception du signal par la chauve-souris est égale à 9,71 ms.
Choisir, parmi les trois propositions ci-dessous dont une est exacte, la valeur correcte de la durée Dt entre l’émission et la réception du signal par la chauve-souris en hiver à 0°C. Justifier sans calcul.
9,60 ms ; 9,80 ms ; 10,3 ms.
A 0°C la célérité du son dans l'air est inférieure à 340 m/s. La durée Dt est par conséquent supérieure à 10 ms.
Le signal émis par la chauve-souris est une onde ultrasonore de fréquence f = 200 kHz.
Donner l’expression liant la fréquence f, la longueur d’onde l et la célérité v de l’onde. Calculer la longueur d’onde l du signal à 20°C.
l = v / f = 340 / (200 103) = 1,70 10-3 m.
La lumière émise par certains planctons.
Dans
le monde sous-marin, le dinoflagellé, sorte d’algue contenue en grande
proportion dans le phytoplancton, émet un rayonnement électromagnétique
par bioluminescence. C’est l’énergie libérée par
une réaction chimique qui apporte à des atomes du dinoflagellé une
énergie suffisante pour les placer dans un état excité. Les
désexcitations spontanées vers un état plus stable conduisent à un
phénomène de
luminescence si le rayonnement émis appartient au spectre visible par
l’oeil humain. Cette luminescence attire les poissons qui ingèrent
alors le plancton.
On peut réaliser des expériences de diffraction avec la lumière.
Que peut-on en déduire sur la nature de la lumière ?
La diffraction met en évidence le caractère ondulatoire de la lumière.
Citer le matériel nécessaire pour réaliser une expérience de diffraction de la lumière.
Laser, fente fine, écran.
Parmi les trois propositions suivantes (a, b, c), donner celle(s) qui est (sont) exacte(s).
a. Les ondes lumineuses peuvent se propager dans l’eau. Vrai.
b. Les ondes lumineuses peuvent se propager dans l’air. Vrai.
c. Les ondes lumineuses peuvent se propager dans le vide. Vrai.
La figure ci-dessous représente le diagramme énergétique simplifié d’un atome.
Compléter
ce diagramme en précisant : état excité, état plus stable. Représenter
par une flèche la transition symbolisant l’émission de lumière entre
les deux états d’énergie.
La différence d’énergie entre les deux niveaux est DE = E2 –E1 = 2,5 eV.
Donner l’expression de la longueur d’onde l de la radiation émise. Calculer l.
l = hc /DE = 6,62 10-34 *3,00 108 / (2,5 *1,6 10-19) =4,97 10-7 ~5,0 10-7 m.
À l’aide du spectre d’émission de la lumière produite par le
dinoflagellé au cours de la bioluminescence (figure 2), indiquer si la
couleur de la lumière majoritairement perçue par l’oeil humain au cours
de la
bioluminescence du dinoflagellé est plutôt : violet, rouge ou bleu-vert.
Le maximum d'émission se situe vers 480 nm : la couleur perçue est donc bleu-vert..
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