L’énergie provenant du Soleil et arrivant sur Terre ne sert pas qu’à réchauffer la Terre.
I- Bilan chimique et énergétique de la photosynthèse (PS)
A- Bilan chimique
La photosynthèse est un ensemble de réactions chimiques, qui ont lieu dans les chloroplastes et dont le bilan est :
6 C02 + 6 H20 –> C6H12O6 + 6 O2
La photosynthèse permet donc de former de la matière organique (glucose) à partir de matière uniquement minérale (CO2 et H20).
On parle de métabolisme autotrophe.
La photosynthèse permet aussi la production de dioxygène, indispensable à de nombreux êtres vivants.
B- Bilan énergétique
Le glucose produit par PS est le réactif de réactions d’oxydation (respiration cellulaire, fermentation) qui libèrent de l‘énergie chimique utilisable par la cellule. En effet, le glucose est un stock d’énergie chimique
Le glucose issu de la photosynthèse est donc la source d’énergie chimique de la majorité des cellules.
Les réactifs de la PS sont des molécules minérales qui ne contiennent pas d’énergie. L’énergie stockée dans le glucose provient de la lumière.
La PS permet donc de transformer de l’énergie lumineuse en énergie chimique stockée dans des molécules organiques.
–> Comment la PS permet-elle la conversion d’énergie lumineuse en énergie chimique ?
II- Les pigments permettent une conversion d’énergie.
Activité – Conversion d’énergie par les pigments photosynthétiques
Vocabulaire :
- Les pigments sont des molécules pouvant absorber certaines radiations lumineuses.
- Photosystème : Structure dans les chloroplastes qui regroupe de nombreux pigments.
- Les spectres d’absorption des pigments sont des graphiques montrant les longueurs d’ondes absorbées.
- Le spectre d’action de la photosynthèse est un graphique des longueurs d’ondes pour lesquelles la photosynthèse est la plus efficace.
A- Energie absorbée et photosynthèse.
Activité – Identification des pigments photosynthétiques + Documents associés
Les cellules des feuilles des plantes contiennent des pigments photosynthétiques :
- La chlorophylle a, verte foncée
- La chlorophylle b, verte claire
- Les caroténoïdes, jaune-orangés
Les spectres d’absorption de ces pigments montrent qu’ils absorbent en majorité : entre 420nm et 500 nm et entre 65O nm et 700 nm.
En comparant les spectres d’absorption des pigments et le spectre d’action de la PS, on observe qu’ils correspondent. Cela permet d’affirmer que ce sont bien les pigments photosynthétiques qui absorbent l’énergie lumineuse à certaines longueurs d’ondes et la rende utilisable pour la photosynthèse.
Pour cela, les pigments des photosystèmes absorbent l’énergie lumineuse, s’excitent, puis transmettent l’énergie aux chlorophylles de cœur, qui, en se désexcitant, relâchent un électron. Cet électron participe alors aux réactions de la photosynthèse
Seule une très faible partie de l’énergie lumineuse reçue par la plante est absorbée par les pigments et participe à la photosynthèse. Le reste de l’énergie est diffusé ou absorbé, permettant la transpiration de la feuille et le réchauffement de la plante.
A l’échelle planétaire, les plantes absorbent environ 0.1% de l’énergie lumineuse reçue du soleil.
III- Le devenir des produits de la PS.
A- A l’échelle de la cellule : production d’ATP
L’énergie contenue dans le glucose produit par photosynthèse peut être transférée dans l’ATP et être alors utilisable par les cellules.
Cela se produit lors des réactions chimiques métaboliques de la respiration cellulaire et de la fermentation :
– Respiration cellulaire : Glucose + Dioxygène –> Dioxyde de carbone + Eau
– Fermentation alcoolique : Glucose –> Dioxyde de carbone + éthanol
Toutes les cellules vivantes (animales et végétales) fabriquent leur Eχ à partir du glucose produit par les plantes chlorophylliennes.
B- A l’échelle de la plante, la photosynthèse permet la formation de matière organique végétale
Activité – Devenir de la matière organique
Le glucose produit par photosynthèse en été peut :
– Etre utilisé tout de suite pour former de la matière organique végétale (= biomasse végétale) et donc faire grandir la plante,
OU
– Etre mis en réserve et être utilisé au printemps pour faire grandir une nouvelle plante.
Dans ce cas, le glucose est stocké dans des organes de réserves (graines, bulbes …) , notamment sous forme d’amidon. Cette transformation nécessite une enzyme : l’amylosynthase.
Au printemps, la graine fabrique de l’amylase, une autre enzyme, et l’amidon est donc retransformé en glucose qui participe à des réactions de synthèse de molécules organiques végétales permettant la croissance de la plante à la saison suivante.
C- A l’échelle de l’écosystème, l’énergie est transférée au sein des réseaux trophiques
A l’échelle de l’écosystème, l’énergie stockée dans la biomasse végétale (sous forme de glucose, d’amidon ou d’autres molécules formant les plantes), c’est-à-dire la productivité primaire brute, entre dans les réseaux trophiques.
Les êtres vivants se consomment les uns les autres au sein de chaines alimentaires et récupèrent donc une partie de l’énergie stockée dans la biomasse du niveau trophique précédent. Ils utilisent cette énergie pour former leur propre biomasse. La proportion de l’énergie d’un niveau trophique utilisée par le niveau trophique suivant est appelée la productivité primaire nette.
En général, environ 10% de l’énergie d’un niveau trophique passe dans le niveau suivant. Ainsi, Environ 10% de l’énergie stockée par photosynthèse permet de nourrir les consommateurs secondaires.
Le reste de l’énergie est dissipé sous forme de chaleur, utilisé pour le métabolisme ou perdu sous forme de déchets (excréments, cadavres …) qui seront décomposés, reformant de la matière minérale utilisable pour la photosynthèse.
D- A l’échelle de la planète.
Activité -Production des charbons + Consignes
A l’échelle de la planète, une partie de la matière organique formée par photosynthèse s’accumule dans des sédiments et est transformée en combustibles fossiles, tels que les charbons, pétroles ou gaz (ex : gaz de schiste)
Pour cela, il faut qu’une grande quantité de débris végétaux échappe à la décomposition.
Cela se produit dans des milieux pauvres en dioxygène, notamment lors d’un enfouissement en profondeur de la matière organique végétale sous des sédiments (l’enfouissement est appelé subsidence)
L’augmentation de pression et de température due à l’enfouissement transforme les débris végétaux en combustibles fossiles.
Ces processus prennent plusieurs millions d’années.
