Introduction:
Les végétaux chlorophylliens utilisent l'énergie de la lumière pour produire de la matière organique (glucose) à partir de matière minérale (gaz carbonique): c'est la photosynthèse. Toutes les réactions de la photosynthèse ont lieu dans les chloroplastes.
On distingue 2 phases dans le processus de la photosynthèse:

- une phase dite lumineuse qui est dépendante de la lumière
- une phase dite obscure pour laquelle la lumière n'est pas nécessaire.

Réaction chimique globale de la photosynthèse:

6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse ---> C6H12O6 + 6 O2


1. LA PHASE LUMINEUSE:
- L'énergie lumineuse est captée par les pigments contenus dans les chloroplastes (chlorophylle et
caroténoïdes).
- Cette lumière apporte aussi l'énergie nécessaire pour casser une molécule d'eau en O2 et H+.
L'O2 est relaché sous forme de gaz (oxygène gazeux), l'hydrogène va servir à fabriquer du
NADPH + H+ et les électrons vont servir à fabriquer de l'ATP.

2. LA PHASE OBSCURE:
- l'ATP produit lors de la phase lumineuse permet de fabriquer du glucose en utilisant le CO2 présent dans l'air et absorbé par les chloroplastes.
- Le CO2 va entrer dans un cycle de réactions catalysées par des enzymes et qui vont permettre la formation, par étapes successives, de molécules de glucose (C6H12O6).

photosynthese.jpg
image tirée de: http://www.fundp.ac.be/sciences/biologie/bio2001/bioscope/1932_calvin/calvin.html

L'énergie solaire est convertie en énergie sous forme de glucose. C'est la forme finale d'énergie des cellules. Le glucose va ensuite pouvoir:
  • être diffuser dans l'ensemble de la plante pour nourrir toutes les cellules de la plante,
  • être stocké sous forme de réserve, en tant qu'amidon,
  • servir comme molécule de départ pour la synthèse d'autres molécules organiques végétales.

Les facteurs influençants la photosynthèse:
L'activité photosynthétique dépend de facteurs externes tels que la lumière, la température et les CO2.

1. La lumière:-> la quantité de lumière est le facteur déterminant pour la photosynthèse!
-> Il existe un niveau maximum de l'activité photosynthétique (point de saturation). Ce point est spécifique à chaque plante.
On distingue donc: les plantes d'ombre (exemple: les mousses: 0,05% de pleine lumière suffit) et les plantes de soleil (exemple: la sauge: 11% de la lumière maximale nécessaire).

Exemple: Les anémones de bois peuplent les sous-bois des forêts de hêtres. Elles fleurissent au printemps, lorsque les feuilles des arbres ne font pas encore d'ombre. Lorsque le feuillage des hêtres est bien développé, le sol est trop ombragé est les anémones périssent, car les lumière qui leur parvient est insuffisante pour que les anémones puissent faire la photosynthèse.

Effet de la lumière:
plus la lumière est importante, plus la photosynthèse est efficace, jusqu'à un point maximal, au-delà duquel la photosynthèse ne s'améliore plus. Chaque plante à une activité photosynthétique maximale pour une intensité lumineuse qui lui est propre.


2. La température:
-> Le rendement maximum de la photosynthèse n'est atteint par une plante que pour des températures précises.
-> Ces températures optimales ne sont pas les mêmes pour tous les végétaux . Elles sont responsables de la répartition des espèces végétales (il y a des plantes qui ont leur max de photosynthèse pour des températures plutôt froides, d'autres à des températures élevées, c'est la répartition des biomes)

Effet de la température:
Chaque plante à une température idéale pour faire un maximum de photosynthèse. Au-dessus et au-dessous de cette température, la photosynthèse diminue.

3. Le CO2:
La concentration en CO2 dans l'atmosphère est voisine de 0,03%. La valeur optimale pour les plantes est de 0,1%. C'est d'ailleurs pour cela que l'on augmente artificiellement la concentration en Co2 dans les serres pour augmenter la phtosynthèse et donc le rendement des plantes. Des valeurs supérieures à cette valeur entraînent des dommages. Au-delà de cette valeur de 0,1%, la photosynthèse ne marche pas mieux.

Les différents pigments et leur action:

Un pigment est une molécule capable de capter certaines longueurs d'onde de la lumières. La lumière blanche est en réalité une composition des couleurs de l'arc-en-ciel.
Le pigment de chlorophylle, par exemple, absorbe la lumière bleue et rouge, mais réfléchit la lumière verte. C'est cette lumière réfléchie que arrive vers les yeux. Voilà pourquoi la chlorophylle est verte. La couleur verte réfléchie n'est donc pas utilisée pour la photosynthèse.

Les feuilles contiennent plusieurs pigments que l'on peut séparer par chromatographie:
  • la chlorophylle A qui absorbe surtout la lumière bleue (et rouge)
  • la chlorophylle B qui absorbe surtout la lumière rouge (et bleue)
  • le carotène qui absorbe surtout la lumière bleue-verte

Les chlorophylles camouflent les carotènes, on voit donc les feuilles vertes. En automne, la chlorophylle est dégradée et elle laisse apparaître les carotènes qui donnent les couleurs rouges-brunes des feuilles mortes.