L'idée du projet m'est venue lorsque j'ai lu, dans la rubrique " Amateur Scientist " du magazine Scientific American, un article intitulé " Growing Seedlings at less than 1 G ", qui traitait brièvement du gravitropisme chez les plantes. J'avais déjà entendu parler des effets néfastes qu'une variation rapide de l'intensité de la gravité peut avoir chez les êtres vivants: On sait qu'une personne soumise à une telle condition se sent mal et devient incapable de se concentrer (par exemple sur un problème arithmétique).

Il me sembla très intéressant de voir si les plantes réagissent elles aussi à une différence de gravité. En effet, la recherche dans le domaine de l'exploration spatiale devient de plus en plus fréquente. Lors de tels travaux de recherche en relation avec la physiologie végétale effectuées à l'avenir, il est important de savoir distinguer les propriétés à caractère nouveau des propriétés liées à des réactions gravitropiques.

L'article, écrit par John Shawn, expliquait le phénomène du gravitropisme et motivait le lecteur à étudier lui-même cette réaction des plantes, étant donné que très peu d'études ont été faites dans ce domaine jusqu'à présent, surtout pour une un champ gravitationnel d'intensité inférieure à 1 G ( = champ gravitationnel terrestre, soit 9,81 m/s²).

" Something remarkable happens when you tip a plant. Special hormons, called auxins, begin to collect underside of its roots and stem. Auxins stimulate stem cells to grow and divide. The bottom of the stem then outgrows the top, causing the stem to bend skywards. Auxins in the root cells act differently: they retard growth. The auxin-poor cells near the top of the root then outgrow the auxin-rich cells near the bottom, and the root bends downward. In this way, a tipped plant makes internal adjustments to realign itself with the pull of gravity. (...) By the end of the century, scientists had invented a device, called a clinostat, that tricks plants into thinking they are growing in a near-zero-gravity environment. (...) Oddly, professional biologists have paid little attention to what is perhaps the most interesting region to be investigate-between 0 and 1 g. (...) By properly choosing the wheel's rotation speed and placing the seeds at different distances from the pivot, you can germinate seeds at any gravity (...) and see how seeds would grow on Mars. (...) So little work has been done in this area that you can grow just about anything and find something new. I've been focusing on corn. I let the seeds germinate for several days and then measured the total length of the sprouts (when the seeds began to poke out of the pouches, John Shawn cut the seedlings at their bends and layed all the pieces end to end so that all the bends where in the same direction) and the sum of the bend angles along the stock. "

John Shawn expliquait également très brièvement comment construire un clinostat, appareil qui sert à simuler la " nouvelle gravitation ".

Mr Gérard, professeur de chimie à l'Athénée de Luxembourg, a amélioré le plan de construction et a mis à ma disposition le clinostat construit selon ce plan.

Je voudrais profiter de l'occasion pour le remercier pour tout le travail qu'il a investi dans la construction. Je voudrais également remercier Mme Krier et Mr Salentiny, professeurs de biologie, et Mr Schmartz, professeur de chimie à l'Athénée, pour leurs bons conseils, et le Service de Recyclage de la Ville de Luxembourg et la Carrosserie Seyler de Capellen pour m'avoir fourni la bicyclette et les moteurs nécessaires pour le clinostat.

Tout d'abord, j'ai fait une étude pour voir quelle plante était la plus favorable pour l'expérience. Parmi 40 plantes (cresson, salade, haricot, potiron, radis,...), le tournesol s'est présenté comme la plante qui remplissait le mieux les conditions nécessaires pour l'étude: se développer vite, ne pas être trop fragile, savoir pousser à l'intérieur d'un bas en nylon (la seule méthode pour tenir les plantes sur le clinostat lorsque celui-ci tourne).

Ensuite, j'ai voulu expérimenter la réaction du tournesol face au gravitropisme (1 G, c.-à-d. la gravitation présente sur Terre), avant de m'aventurer dans le microgravitropisme (<1 G).

Pour cela, j'ai attaché à l'aide de bandes de ruban adhésif 5 plantules de tournesol âgées de 10 jours, qui avaient germé dans des conditions normales, et qui avaient atteint une taille de 7 cm, sur un fond en plastic. Les bandes de ruban adhésif étaient placées au niveau de la partie basse de l'hypocotyle. Les plantules ont été recouvertes d'un peu d'eau, et d'un bocal en verre qui avait pour fonction de maintenir une atmosphère saturée. Le tout fut placé dans l'obscurité, afin d'éviter l'influence de phototropisme.

Après 3 heures, j'ai pu constater que les hypocotyles, pourtant retenus en position horizontale par le ruban adhésif, s'étaient redressés vers la verticale. (voir figure 1)

Explication: La force gravitationnelle (verticale) cause, au niveau de la tige, un tropisme négatif, c.-à-d. vers le haut. D'autres expériences montrent qu'en général, le gravitropisme est positif (vers le bas) pour les racines, et négatif pour les tiges.

J'ai basé mon étude uniquement sur des caractères morphologiques visibles à l'oeil nu. Les hormones végétales jouent certes un rôle important dans la graviperception, mais il m'était impossible de disposer de l'équipement nécessaire pour une étude biochimique.

a) Réponse à la question: Les graines sont-elles capables de germer sous l'effet d'une faible force gravitationnelle, et, si oui, poussent-elles par après de manière normale? (première partie de l'étude, notée étude 1 par la suite)

b)Réponse à la question: Comment les plantes réagissent-elles à une diminution temporaire de la force gravitationnelle? (deuxième partie de l'étude, notée étude 2 par la suite)

Mon hypothèse était que, comme la gravitation terrestre influence beaucoup le mouvement des plantes de tournesol, la diminution de cette force allait désorienter les plantes. Celles-ci allaient soit rester dans la position dans laquelle elles avaient été placées au départ, soit changer constamment de direction. Cette perturbation allait avoir des répercutions sur la croissance: soit les plantes allaient être incapables de se développer, soit la croissance des racines allait être stimulée pour renforcer l'ancrage de la plante dans l'ouate. Bref, la bonne réponse ne pouvait être trouvée que par l'étude.