L'alcootest pour levures …

Levures, veuillez souffler dans le ballon !

Pour améliorer la très classique manip' de fermentation des levures, certains ont eu l'idée d'utiliser les tests d'alcoolémie qu'on trouve facilement sur le marché pour la mise en évidence de la production d'alcool. Une enseignante a expérimenté et propose ses documents ( pour l'enseignant, les élèves, et l'assistant technique). 
Nous avons rassemblé quelques travaux de chercheurs qui ont étudié ce qui se passe vraiment lorsque les élèves font ce labo et en proposerons quelques extraits, ainsi que l'accès aux articles d'origine. 

Un TP classique

La fermentation des levures est un TP tout à fait classique dans le secondaire, pour illustrer la fermentation, pour comparer avec la respiration cellulaire, ou dans le cadre de l'explication de la vinification ou la panification.

On en trouve un exemple dans un ouvrage français (Tavernier, 1985).
 

Fig 1: Un dispositif classique pour la fermentation des levures [img] source : Tavernier. (1985).


Un autre exemple dans un document d'un établissement du secondaire II datant de 1993 suggère de relever l'odeur d'alcool comme indicateur de la fermentation alcoolique.

 Réalisez les montages suivants :


Fig 2: Un exemple de montage expérimental proposé dans un protocole de labo [img]  Source : Groupe de biologie, Collège Calvin, 1993

La consigne indique après un temps: 

1. Mesurez à nouveau les températures des trois montages.
2. Relevez la formation de gaz carbonique en regardant si l'eau contenue dans les béchers  A, B et  C est devenue trouble.
3. Relevez dans les 3 fioles coniques (A, B, C) la présence ou l'absence d'une odeur d'alcool.

Source : Groupe de biologie, Collège Calvin, 1993

En réalité  l'odeur très marquée des levures rendait le plus souvent indiscernable celle de l'alcool. Pourtant les élèves soucieux d'avoir une bonne note plus que pétris de rigueur scientifique devinaient ce qui est attendu et indiquaient le plus souvent la présence de cette odeur.
Arrivés à ce stade de leurs études ils ont appris à deviner les intentions des enseignants –certains appellent cette compétence d'élève guess my mind. 

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Un alcootest pour révéler la production d'alcool.

Pour éprouver la production d'alcool sans recourir à des systèmes de capteurs et de logiciels complexes, une enseignante genevoise, Tania Bühler, a exploré la faisabilité d'utiliser de simples éthylotests (on les trouve à moins d'un € pièce et la fin de l'obligation d'en disposer dans chaque voiture en France laisse penser qu'on peut en trouver facilement). Elle s'est inspirée de http://www.didier-pol.net/1LEVURE.html.
Elle a accepté de partager ses impressions avec les lecteurs de Bio-Tremplins:  Elle propose ses documents :

	tp_levures_-_fermentation_alcoolique_-_pour_collegues.pdf	02-Oct-2013 16:53	1.2M
	tp_levures_fermentation_alcoolique_eleves.pdf	02-Oct-2013 16:53	1.2M
	TP Levures - Fermentation alcoolique - CORR.pdf	02-Oct-2013 16:53	1.2M
	tp_levures_-_fermentation_alcoolique_-_assistants_techniques.pdf	02-Oct-2013 16:53	59K

Les indications de montage sont détaillées, en voici un extrait :

"Couper l'embout de gonflage d'un ballon, sur un minimum de 4 cm, pour réaliser un adaptateur entre le goulot de la bouteille et la cartouche du test d'alcoolémie.
Selon le mode d'emploi du test d'alcoolémie, ouvrir le tube, et jeter les petits cristaux qui se trouvent aux deux extrémités du tube du test.
Avec une épingle (à nourrice), percer deux ou trois petits trous à travers le réactif de la cartouche pour faciliter le passage des gaz (dans le sens de la longueur du tube). Ne soufflez pas dans le tube !
Enfiler l'embout de gonflage du ballon sur le tube du test (c'est le côté qui ira dans la bouteille) : c'est normalement le côté qui devrait se placer dans le ballon/sac de l'éthylomètre." (Buhler, 2013)

Fig 3: Le flacon avec les levures  est relié ua ballon par un ethylotest [img] source : Buhler, T.

Elle a observé le changement de couleur sous forme d'une ligne verte petite mais très manifeste (cf figure 3) et quand même beaucoup plus net que la prétendue odeur d'alcool des anciens TP.  Elle indique que le montage est facile et à la portée des élèves.  Il faut juste agiter régulièrement et attendre que les levures produisent assez d'alcool : on a bien le temps de le faire en 2x 45 minutes et on peut profiter de ce temps pour compléter la théorie.
C'est donc l'occasion de dépoussiérer un TP et peut-être aussi de faire connaitre aux élèves ces éthylotests, qui ne manqueront pas de susciter des questions. Des questions qui peuvent conduire à la prévention.

 
Fig 4 : Un ethylomètre du commerce   source : http://www.myethylotest.fr/

Certains sites proposent de souffler le contenu du ballon sur un petit chiffon d'alcool à bruler enflammé pour montrer qu'il contient du CO₂ qui éteint la flamme. Tania Bühler a testé et dit que ça ne marche pas à tous les coups. De plus le risque lié au feu lui a fait renoncer à cet aspect.

Les difficultés qu'on peut imaginer pour les élèves :

Des chercheurs ont étudié les réactions des élèves lors d'un tel TP  Schneeberger, P., & Rodriguez, R. (1999). " Notre objectif est de clarifier le rapport des élèves à l'expérimental en essayant de comprendre comment ils procèdent pour formuler et traiter un problème."
Un extrait de ce texte met en évidence un obstacle conceptuel : de nombreux élèves considèrent que la suspension brunâtre devant eux est une substance non vivante, et ont donc de la peine à modifier leur compréhension du métabolisme cellulaire que ces organismes sont censés représenter.

"Nous avons pu relever des erreurs ou des difficultés qui paraissent fréquentes.[…]
- Nature précise des supports biologiques mal perçue Certains élèves ne font pas la distinction entre une substance et les levures, êtres vivants unicellulaires. D'une manière générale, ils ont une mauvaise connaissance des organismes unicellulaires et font la confusion entre levure et bactérie (mais cela ne leur avait pas été enseigné auparavant).
- Concept de vivant mal appréhendé
Certains élèves recherchent "Quelle est la partie vivante de la levure ?". Dans ce cas, le vivant est assimilé à une partie de la levure c'est-à-dire à une structure, ou à un attribut que possède ou non une population de levures. D'autres élèves attribuent des caractères propres au monde vivant à certaines molécules (les protéines par exemple).
Cette mauvaise connaissance des concepts de biologie va handicaper les élèves dans l'élaboration des protocoles. En effet, ces difficultés apparaissent au moment du choix des paramètres et des techniques à employer. "
Schneeberger, P., & Rodriguez, R. (1999)

On trouve d'autres conceptions obstacles ici Concepts structurants et conceptions obstacles : misconceptions dans le cadre du project 2061 : AAAS / Life Science : Cells

Conclusion

Offrir de nouvelles opportunités de vérifier (éprouver dirait G. De Vecchi)  ce qu'on a vu "en théorie" permet d'exercer le scepticisme scientifique ... même si elles ne peut peuvent guère prétendre démontrer rigoureusement, ces manips permettent de pratiquer des allers-retours entre modèle et réalité qui sont au coeur de la démarche scientifique. Confronter les modèles du monde biologique que les élèves ont dans leur tête à travers des hypothèses, des manipulations, des essais, peut contribuer à faire évoluer ces modèles vers celui qu'on cherche a institutionnaliser en classe.

Sources :

• Schneeberger, P., & Rodriguez, R. (1999). Des lycéens face à une investigation a caractère expérimental: un exemple en première S. Aster, 28 (L'expérimental dans la classe).
  
• Tavernier. (1985). Biologie 2DE. Paris: Bordas.