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La photosynthèse, ou comment les plantes fabriquent leur propre matière

Comment fonctionne la photosynthèse ? Bon, grosso modo, on le sait, ça se passe dans les feuilles, avec de la lumière et de la chlorophylle, mais encore ? Et savez-vous que sans photosynthèse, pas de vie sur terre ? Zoom sur un phénomène bien connu, mais qui garde un certain mystère...

Photosynthèse : comment ça marche ?

La photosynthèse, c'est la synthèse de matière organique (=contenant du carbone), notamment des sucres, à partir de l'eau (H20) puisée dans le sol par les racines et du dioxyde de carbone (CO2) capté dans l'air par les feuilles. Cette réaction produit de l'oxygène (O2), rejetée dans l'atmosphère. L'énergie nécessaire à cette transformation est fournie par la lumière du soleil (photons). Sans soleil, et plus précisément sans lumière, pas de photosynthèse.

La réaction chimique (simplifiée) est la suivante :

                            énergie solaire

CO2   +   H2O    --------------------->    sucres (C6H12O6)   +   02

Feuille et chlorophylle
Feuille et chlorophylleAgrandir l'image

C'est la sève brute qui fournit aux cellules des feuilles l'eau nécessaire à la réaction photosynthétique. Cette sève brute monte depuis les racines jusqu'aux feuilles, à travers le xylème (vaisseaux conducteurs de la sève brute). Elle contient de l'eau et, sous forme dissoute, les minéraux et oligo-éléments captés dans le sol (azote, phosphore, potassium, magnésium, fer, etc.). Dans les feuilles, cette sève brute se charge en glucides (saccharose, xylitol, mannitol...) produits par la photosynthèse : on l'appelle alors sève élaborée. Cette sève élaborée est redistribuée, via les vaisseaux du phloème, dans toute la plante pour pemettre la synthèse et l'entretien des tissus végétaux, ainsi que leur fonctionnement.

C'est grâce à la photosynthèse que la plante produit sa propre matière : à partir des sucres ainsi synthétisés et des minéraux puisés dans le sol, elle va fabriquer tous les tissus qui la constituent. C'est pour cela que l'on dit des végétaux que ce sont des puits à carbone : ils captent du CO2 dans l'air (où C=carbone), et le recyclent en bois, en feuilles, en tiges, c'est-à-dire en matière organique. Le carbone est ainsi momentanément stocké sous forme organique, avant de revenir, plus tard, à l'état minéral (décomposition des déchets végétaux dans le sol, bois que l'on brûle...).

Coupe transversale d'une aiguille de pin
Coupe transversale d'une aiguille de pinAgrandir l'image

Légende de l'image ci-dessus : A : canal résinifère ; B : chambre sous-stomatale ; C : stomate ; D : mésophylle photosynthétique ; E : xylème ; F : phloème ; G : endoderme ; H : épiderme.

Photosynthèse et chlorophylle

La photosynthèse est réalisée par tous les organismes photosynthétiques possédant de la chlorophylle : plantes terrestres, algues, et certaines bactéries. Chez les plantes, la photosynthèse a lieu la plupart du temps dans les feuilles (plus précisément, dans la partie interne des feuilles : le mésophylle foliaire). Cependant, chez certaines plantes, la photosynthèse peut avoir lieu dans les tiges (euphorbiacées succulentes, cactus...).

Les cellules du mésophylle foliaire (partie interne de la feuille) contiennent des chloroplastes, sortes de poches dans lesquelles se trouve la chlorophylle, un pigment qui donne aux feuilles leur couleur verte. C'est la chlorophylle qui permet la réaction photosynthétique.

Cellules végétales contenant des chloroplastes
Cellules végétales contenant des chloroplastesAgrandir l'image

Des pigments verts... et jaunes !

Lorsque l'on parle de chlorophylle au sens large, on désigne en fait un groupe de pigments, notamment les chlorophylles a et b (couleur verte), les xanthophylles (couleur jaune) et le carotène (couleur jaune légèrement orangé).

Il est possible de séparer ces différents pigments à partir de la chlorophylle (au sens large) extraite des feuilles, par simple broyage des tissus foliaires et solubilisation du "jus" dans l'éthanol. On obtient, après filtration, un extrait de couleur verte. Les différents pigments (jaunes et verts) sont ensuite séparés, en fonction de leur poids, par chromatographie : les pigments plus légers migrent le plus loin, les plus lourds restent près de l'endroit du dépôt initial de la goutte d'extrait alcoolique, et on obtient différentes taches sur une feuille de papier (ou autre support).

Pigments chlorophylliens séparés par chromatographie
Pigments chlorophylliens séparés par chromatographieAgrandir l'image

Pas de photosynthèse sans chlorophylle : et les feuillages panachés ?

Et quand les feuilles sont blanches, c'est-à-dire dépourvues de chlorophylle ? Bonne question. Réponse : dans le cas d'un feuillage panaché, en effet, les zones du feuillages qui ne sont pas pigmentées ne "font" pas de photosynthèse. Elles vivent aux dépens des zones vertes, où la chlorophylle joue son rôle. Ces zones blanches, jaune clair ou vert très pâle (selon que les cellules y sont totalement dépourvues de pigments chlorophylliens, ou qu'ils y sont présents en faible quantité) se comportent donc un peu comme des parasites vis-à-vis du reste de la plante : les zones vertes fournissent de la nourriture aux zones blanches.

C'est la raison pour laquelle les variétés à feuillage panaché sont souvent moins vigoureuses que les variétés à feuilles totalement vertes. C'est aussi pour cela qu'elles ont besoin de davantage de lumière : comme la chlorophylle est moins abondante, il faut plus de lumière pour arriver à produire une quantité de sucre suffisante à la vie de la plante.

Des plantes sans chlorophylles ?

Une plante entièrement dépigmentée ne pourrait pas vivre de manière autonome. Mais comme la nature adore les particularités, il existe cependant de rares espèces végétales qui vivent en parasites sur d'autres plantes, ou qui ont établi une symbiose (sorte de partenariat) avec d'autres organismes capables d'assurer la photosynthèse (comme certains champignons).

Ci-dessous : Monotropa uniflora est une plante de la famille des éricacées, totalement dépourvue de chlorophylle, qui vit en parasitant les mycorhizes présentes sur les racines de certains conifères.

Monotropa uniflora : plante dépourvue de chlorophylle
Monotropa uniflora : plante dépourvue de chlorophylleAgrandir l'image

La photosynthèse, indispensable à la vie sur terre

La photosynthèse est essentielle à l'échelle de la plante, puisqu'elle lui permet de vivre. Elle est également indispensable pour nous : la photosynthèse permet en effet la vie sur Terre, ni plus, ni moins ! C'est grâce à l'activité photosynthétique que l'atmosphère de la terre s'est peu à peu enrichie en oxygène, et elle est aussi le seul moyen de créer de la matière organique à partir d'éléments minéraux. Sans elle, pas de matière organique (donc pas de végétaux, pas d'animaux, pas de champignons... en un mot : pas de vie !). Sans photosynthèse, la Terre ne serait qu'un tas de cailloux, une planète morte...

Et pour terminer, tordons le cou à une idée reçue : non, les forêts ne sont pas le principal "poumon vert" de la planète. Les algues et le phytoplancton produisent globalement plus d'O2 que les arbres. Ce sont ainsi les mers et les océans qui sont le siège de l'activité photosynthétique la plus importante, induisant la plus forte émission d'oxygène, devant les forêts.

Forêt
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Feuilles poussiéreuses, plante en souffrance !

On dit souvent qu'il est bon de nettoyer régulièrement le feuillage des plantes d'intérieur. Ce n'est pas qu'une question d'esthétique : qui dit poussière sur les feuilles, dit moins bonne pénétration de la lumière jusqu'aux chloroplastes, donc moins de photosynthèse, et moins de nourriture élaborée par la plante. En revanche, l'argument d'une moins bonne respiration des feuilles, "étouffées" sous une couche de poussière, est plus discutable : les échanges gazeux se font par les stomates, petits orifices généralement situés à la face inférieure des feuilles, donc peu susceptibles d'être obstrués par la poussière, qui s'accumule surtout sur le dessus des feuilles.

Nettoyage des feuilles d'un schefflera
Nettoyage des feuilles d'un scheffleraAgrandir l'image

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