Chapitre 2 - Une conversion de l’énergie solaire : la photosynthèse

I°) La photosynthèse : de l'énergie solaire à l'énergie chimique

Les organismes chlorophylliens sont capables de réaliser la photosynthèse en absorbant une partie du rayonnement solaire. Les végétaux verts, les algues, ou encore les bactéries photosynthétiques sont des organismes photosynthétiques. La photosynthèse est la synthèse de matière organique à partir de matière minérale (eau, sels minéraux et CO₂) grâce à l'énergie lumineuse d'origine solaire. La photosynthèse permet donc la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique, présente dans les molécules organiques produites lors de la photosynthèse.

équation bilan de la photosynthèse

À l'échelle de la planète, le pourcentage de la puissance solaire utilisé par les organismes chlorophylliens pour la photosynthèse est estimé à 0,1 % de la puissance solaire totale disponible sur Terre. Les organismes chlorophylliens n'utilisent donc qu'une infime partie de la puissance solaire disponible. Mais cette infime fraction de la puissance solaire est indispensable pour l'ensemble de la biosphère. En effet, la photosynthèse permet la synthèse de molécules organiques riches en énergie chimique, qui sont alors utilisées comme source de matière et d'énergie par les organismes chlorophylliens et non chlorophylliens. À l'échelle de la planète, la photosynthèse permet donc l'entrée d'énergie et de matière dans la biosphère.

III°) La photosynthèse à l'échelle de la feuille chez les plantes

La feuille des plantes vertes est l'organe chlorophyllien aérien, porté par la tige et spécialisé dans la photosynthèse. Au sein des cellules photosynthétiques de la feuille, la photosynthèse se déroule dans un organite spécialisé : le chloroplaste. La feuille reçoit le rayonnement solaire parvenu à son niveau. Une très faible fraction de l'énergie radiative reçue est utilisée par la feuille pour la photosynthèse, qui permet de convertir l'énergie solaire en énergie chimique présente dans les molécules organiques produites. Une partie de l'énergie reçue par la feuille est diffusée par celle-ci, c'est-à-dire réfléchie dans toutes les directions de l'espace. Une autre partie de l'énergie lumineuse reçue est transmise par la feuille, c'est-à-dire qu'elle passe à travers. Enfin, le reste de l'énergie solaire est absorbée et contribue à l'échauffement de la feuille et à la transpiration foliaire. La transpiration foliaire est la perte d'eau par évaporation au niveau des feuilles, c'est-à-dire que l'eau présente à l'état liquide dans la feuille passe à l'état gazeux dans l'atmosphère.

schéma du bilan énergétique de la feuille

Ainsi, la feuille n'utilise qu'une petite fraction de la puissance solaire qu'elle reçoit pour réaliser la photosynthèse. La photosynthèse est rendue possible par différents pigments photosynthétiques, en particulier la chlorophylle, un pigment de couleur verte. L'étude d'un spectre d'absorption des pigments photosynthétiques met en évidence l'absorption des radiations lumineuses par ces pigments. Les pigments photosynthétiques absorbent les radiations rouges et bleues. L'absence d'absorption des radiations vertes par ces pigments explique la couleur verte des feuilles. Le spectre d'action des pigments photosynthétiques représente l'intensité de la photosynthèse en fonction de la longueur d'onde des radiations lumineuses reçues. L'étude du spectre d'action montre que la photosynthèse est maximale pour les radiations rouges et bleues. La comparaison des deux types de spectres montre que les radiations lumineuses absorbées par les pigments photosynthétiques sont celles efficaces pour la photosynthèse. En effet lors de la photosynthèse, la capture de l'énergie solaire par les pigments photosynthétiques permet, par un ensemble de réactions moléculaires, la synthèse de matière organique à partir de la matière minérale prélevée dans le milieu.