ALS Lumière, source de vie Séance exceptionnelle du 10 avril 2005 à l Hôtel de Ville de Nancy Lumière et végétal, source de vie par André CLÉMENT LUMIÈRE ET VÉGÉTAL, SOURCE DE VIE par André CLÉMENT ALS (Nancy, 10 avril 2005) 30
Lumière et végétal Source de vie (André CLÉMENT) Une usine écologique : la photosynthèse Une usine écologique : la photosynthèse Actuellement, et en une année, la sidérurgie mondiale produit de l ordre de 800 millions de tonnes d acier. Chiffre considérable. Et pourtant le savons-nous? Nous sommes en effet parmi les acteurs privilégiés d une usine qui produit beaucoup plus de matière, d une matière végétale de plus de 100 milliards de tonnes an. Sans elle rien ne serait possible, aucun être vivant ne pourrait subsister. Nous savons aussi que le soleil inonde notre planète d une faible partie de l énergie qu il libère et qu en outre la presque totalité de celle-ci est absorbée par le sol, les océans ou renvoyée dans l espace. Seul 1 à 2% environ va servir d énergie au végétal pour accomplir, à partir de gaz carbonique, d eau et des sels minéraux la survie des écosystèmes planétaires du vivant leur apportant nourriture et oxygène. Lumière et végétal à la source de la vie énergie lumineuse O 2 herbivores CP CO 2 Substances minérales solubles H 2 O végétal micro-organismes débris organiques carnivores 1 CS carnivores 2 CT Lumière et végétal à la source de la vie Comme le montre cette diapositive, l énergie lumineuse captée par photosynthèse par tout végétal chlorophyllien va contribuer à sa croissance en libérant de l oxygène. Suivons le cycle de l écosystème, terrestre comme marin. En consommateurs primaires (CP), les herbivores vont se nourrir du végétal. Les carnivores consommateurs secondaires (CS) vont eux se nourrir à partir des herbivores. Les consommateurs carnivores tertiaires (CT) vont se nourrir à partir des précédents. Mais tous vont finir en débris organiques grâce aux micro-organismes, débris organiques qui vont alors poursuivre leur ultime oxydation pour conduire à trois entités minérales : le gaz carbonique, les substances minérales et l eau de liaison. Ces matières premières vont alors servir à nouveau au végétal, qui, avec l aide de l énergie lumineuse, produira une matière organique vivante assurant la pérennité de l écosystème. Ainsi assistons-nous au passage d un monde minéral à un monde organique grâce à deux entités : la lumière et le végétal chlorophyllien. ALS (Nancy, 10 avril 2005) 31
Le passage d un monde minéral à un monde organique : une longue énigme pour nos prédécesseurs Ce passage fut longtemps une interrogation et nombreux furent les essais d explication de nos prédécesseurs, démunis devant la compréhension d un tel phénomène : - Aristote - au XVII ème siècle : Van Helmont - au début du XVIII ème siècle : Hales - en 1771 : Priestley - en 1779 : Ingen-Housz - enfin au début du XIX ème : Garreau Le passage d un monde minéral à un monde organique, une longue énigme pour nos prédécesseurs Ce passage fut longtemps une interrogation et nombreux furent les essais d explication de nos prédécesseurs, démunis devant la compréhension d un tel phénomène : - Aristote croyait que les plantes puisaient du sol leurs éléments constitutifs et les restituaient au sol à leur mort. - Au XVII ème siècle Van Helmont, médecin flamand en conteste l idée, pour lui c est l eau qui fait pousser les plantes. - Au début du XVIII ème siècle Hales, un chimiste anglais, affirme que la lumière et l air constituent sûrement des éléments significatifs de la croissance. - En 1771 Priestley, grâce à ses expériences sur la combustion et la respiration établit un des fondements de la théorie de ce que l on appellera photosynthèse. Il découvrit que la composition de l air avait de l importance mais ignorait l apport énergétique de la lumière. Il mettait cependant en évidence que le dégagement de O 2 se produisait lorsque la plante était exposée à la lumière. - En 1779 Ingen-Housz, médecin et botaniste hollandais, a montré que les plantes produisaient de l air déphlogistiqué uniquement lorsqu il y avait de la lumière. Les plantes purifiant l air en présence de lumière. - Au début du XIX ème enfin, Garreau précise que si la respiration nocturne est commune à tout être vivant, la respiration diurne englobe respiration et assimilation chlorophyllienne chez le végétal. Les travaux de Lavoisier sur la composition de l air ont permis de résoudre cette énigme et d affirmer que les plantes consommaient bien du CO 2 tout en libérant de l O 2. Qu appelle-t-on Photosynthèse? Énergie lumineuse O 2 CO 2 végétal H 2 O Le phénomène caractérisé par une absorption du gaz carbonique (CO 2 ) aura pour conséquence une production d oxygène (O 2 ) 6 CO 2 + 6 H 2 O + Lumière C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 La photosynthèse permet le passage du monde minéral au monde organique Qu appelle-t-on photosynthèse? Chez les plantes, au niveau de leurs organes verts et en présence de lumière, il se produit une réaction biochimique qui va conduire à partir de molécules minérales simples (CO 2 et H 2 O) à la formation de molécules organiques glucidiques élémentaires. Celles-ci seront utilisées pour leur métabolisme énergétique et leur développement. Le phénomène caractérisé par une absorption du gaz carbonique CO 2 aura pour conséquence une production d oxygène O 2. 6 CO 2 + H 2 O + Lumière C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O ALS (Nancy, 10 avril 2005) 32
La photosynthèse permet le passage du monde minéral au monde organique. Mise en évidence de la Photosynthèse Une expérience simple... Dans une cloche hermétique la bougie continue à se consumer si la plante est éclairée. La bougie s éteint si la plante n est plus éclairée Mise en évidence de la photosynthèse Une expérience simple permet de montrer que les plantes vertes produisent de l O2 à la lumière alors que, comme les êtres vivants, elles le consomment à l obscurité pour leur respiration. Dans une cloche hermétique la bougie continue à se consumer si la plante est éclairée. La bougie s éteint si la plante n est plus éclairée. Photosynthèse CO2 + H2O + Lumière Respiration CO2 + H2O + énergie Photosynthèse CO2 + H2O + Lumière Respiration CO2 + H2O + énergie Lieu de la photosynthèse Elle siège dans les chloroplastes des cellules végétales Les deux phases Phase claire (lumineuse) Phase obscure Lieu de la Photosynthèse Elle siège dans les chloroplastes des cellules végétales Les deux Phases - La phase claire (lumineuse) La chlorophylle des chloroplastes absorbe les photons. L énergie absorbée dépend du type de radiation composant la lumière solaire qui est poly-chromatique. La lumière bleue est plus énergétique que la rouge mais l excès énergétique est rapidement dissipé pour revenir au niveau de la radiation rouge. C est la phase énergétique qui prépare la phase obscure. ALS (Nancy, 10 avril 2005) 33
- La phase obscure Elle concerne la synthèse des sucres simples, puis des sucres plus complexes (tel que l amidon) et conduit aux lipides et protides. La phase obscure de la photosynthèse peut s effectuer avec ou sans lumière. Le rendement photosynthétique CO 2 CO 2 Une journée dans la vie d une plante Une notion importante : le point de compensation de lumière Le rendement photosynthétique : une journée dans la vie d une plante La plante absorbe du CO 2, libère de l O 2 et fabrique des sucres pour son métabolisme de croissance. Mais elle respire et rejette du CO 2 en consommant une partie des sucres synthétisés. Une notion importante : le point de compensation de lumière : Le point de compensation est atteint lorsque la vitesse d absorption du CO 2 est exactement compensée par sa vitesse de production. Bilans : place de la photosynthèse dans la biosphère Le bilan lumineux : Le bilan carboné pour le végétal Capital d énergie accumulée - Turnover du carbone et de l oxygène Bilans - Place de la photosynthèse dans la biosphère Le bilan lumineux : Toute la lumière reçue par le végétal n est pas investi dans la photosynthèse : 0 % des rayons sont réfléchis, 10 % sont transmis et 70 % absorbés. Mais parmi ces derniers absorbés, 20 % sont dissipés en chaleur, 48 % sont perdus en fluorescence, reste donc seul 1 à 2 % de la lumière reçue qui sert à la photosynthèse. Le bilan carboné pour le végétal : La photosynthèse nette conduit à un excédent de matières organiques important, la perte totale due à la respiration des végétaux étant estimée entre 40 et 50 % du gain positif de synthèse nette. Les conditions optimales de synthèse n étant cependant pas atteintes en milieu naturel : effet température, lumière, CO 2. Capital d énergie accumulée -Turnover du carbone et de l O 2 : Les estimations fondées sur les végétaux terrestres accumuleraient annuellement de l ordre de 20 milliards de tonnes de carbone, les végétaux marins de l ordre de 15 milliards. L origine végétale du charbon, du pétrole rend compte de son importance. La photosynthèse soustrait le CO 2 de l air en générant de l O 2. Il est probable que la totalité du carbone présent sur terre comme celle de l O 2 de l air et de l eau soient passées plusieurs fois par le mécanisme photosynthétique. ALS (Nancy, 10 avril 2005) 34
Conclusion Le végétal est un récepteur d énergie Il est le premier maillon de la chaîne trophique Il permet l existence de tout être vivant Conclusion Les végétaux verts réalisent le captage d énergie extra-terrestre ce qui enrichit à chaque instant le capital d énergie de notre planète. Les végétaux verts sont des producteurs primaires indispensables, premier maillon de la chaîne trophique. Les végétaux non chlorophylliens et tout être vivant sont entièrement dépendant de la photosynthèse tant pour la nourriture qu elle apporte que pour l O 2 qu elle fournit pour les besoins de la respiration. ALS (Nancy, 10 avril 2005) 35