En tant qu’être humain, les plantes nous rendent deux services vitaux. D’une part elles recyclent notre gaz carbonique et nous fournissent l’oxygène que nous respirons. D’autre part, elles stockent l’énergie du soleil que notre corps est incapable d’utiliser directement et nous restituent cette énergie sous forme de sucre. Dans cet article, je vous propose de découvrir ce mécanisme absolument incroyable qu’est la photosynthèse !
Il vous est sans doute déjà arrivé d’observer une plante dans une pièce sombre. Avez-vous remarqué comment jour après jour, elle tend son cou vers la lumière ? Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les plantes ont tant besoin de lumière ?
Pour répondre à ces questions, je vous propose de nous remettre en tête quelques notions de chimie. Rassurez-vous, rien de compliqué, juste quelques notions de base que vous avez vues lorsque vous étiez au collège ou au lycée :-).
Un peu de chimie pour bien comprendre
On sait que la matière est composée d’atomes. Pour comprendre la photosynthèse, on va s’intéresser à trois atomes très répandus sur la terre :
- le carbone (C)
- l’oxygène (O)
- l’hydrogène (H).
Il faut savoir que les atomes « détestent rester seuls ». Ils adorent s’assembler les uns avec les autres pour former des molécules.
Si vous avez joué aux Lego quand vous étiez petit, c’est un peu la même chose. Par exemple, lorsque 2 atomes d’oxygène s’assemblent, ils forment un gaz, le dioxygène, qu’on appelle plus couramment l’oxygène (O2).
Si on ajoute un atome de carbone, on obtient du dioxyde de carbone (CO2). C’est le fameux gaz carbonique dont on parle tant avec le réchauffement climatique. Au premier abord, il semble beaucoup moins sympathique que l’oxygène et pourtant vous allez voir qu’il est indispensable pour les plantes.
Enfin, si on associe 2 atomes d’hydrogène avec un atome d’oxygène, on obtient une molécule d’eau (H2O).
Bon, jusqu’ici, tout va bien ? Je vous ai promis qu’il n’y aurait rien de compliqué. Alors voyons comment fonctionne la photosynthèse…
Comment fonctionne la photosynthèse ?
Les plantes vertes, elles aussi, jouent aux Lego avec les atomes. Dans un premier temps, elles puisent de l’eau dans le sol (H2O), et absorbent du gaz carbonique dans l’air (CO2). Dans un second temps, elles vont casser ces deux molécules et recombinent tous leurs atomes pour fabriquer 2 nouvelles molécules : un sucre, le glucose (C6H12O6) et du dioxygène.
Comme vous pouvez le voir, le glucose est une molécule un peu plus grosse que les précédentes. En suivant la même logique, vous avez compris qu’elle contient donc 6 atomes de carbones, 12 d’hydrogène et 6 d’oxygène. Le glucose, c’est la nourriture de la plante, c’est l’élément de base à partir duquel elle va construire encore beaucoup d’autres molécules plus grosses et plus complexes.
Pour que la réaction soit complète on doit retrouver exactement les mêmes atomes avant et après la réaction de photosynthèse. On constate que la plante va utiliser 6 molécules de gaz carbonique et 6 molécules d’eau pour fabriquer une molécule de glucose et six molécules d’oxygène.
Vous pourrez vérifier que dans cette réaction, on retrouve exactement le même nombre d’atomes C, O et H à droite qu’à gauche de l’équation. Mais pour expliquer comment la plante s’y prend pour réaliser une telle transformation, il nous manque encore un élément essentiel. Vous l’avez deviné, il s’agit du soleil.
Comment la plante s’y prend-elle pour casser des molécules et recombiner les atomes ?
Pour casser des molécules et recombiner des atomes, la plante a besoin d’énergie. Et cette énergie elle va tout simplement la trouver dans la lumière du soleil.
D’une certaine façon, on peut dire que les plantes transforment la lumière du soleil en sucre. Si une plante est privée de lumière, elle n’est plus capable de fabriquer le sucre indispensable à sa survie et elle dépérit rapidement. Vous savez maintenant pourquoi les plantes tendent le cou vers la lumière !
Et à ce point de l’article, cela vaut le coup qu’on s’attarde un peu sur ce fait particulièrement étonnant, à savoir que les plantes sont capables de construire leur propre matière organique à partir d’eau, de gaz carbonique et de lumière.
On dit que les plantes sont autotrophes. Ce n’est pas le cas des humains et des animaux qui sont hétérotrophes. Cela signifie que contrairement aux plantes, nous sommes incapables d’effectuer nous-même la synthèse des éléments dont nous sommes constitués.
Pour construire notre matière organique, nous avons besoin de manger d’autres êtres vivants : des végétaux ou des animaux qui eux même ont mangé des végétaux, ou des animaux qui ont mangé des animaux qui ont mangé des végétaux…
C’est le principe de la chaine alimentaire. En écologie, on dit que les plantes sont des producteurs primaires. Viennent ensuite les consommateurs primaires (herbivores, insectes phytophages), les consommateurs secondaires (carnivores) et enfin les consommateurs tertiaires (carnivores se nourrissant de carnivores).
Un déchet indispensable à notre survie
C’est un fait établi, toute production génère des déchets. C’est malheureusement le cas dans la plupart des activités humaines et en particulier dans l’industrie.
Et bien c’est le cas aussi pour la plante. Lorsqu’elle fabrique du glucose, elle génère, elle aussi un déchet. Mais ce qui est assez extraordinaire, c’est que si vous regardez à nouveau l’équation chimique de la photosynthèse, vous verrez que le déchet rejeté par la plante c’est de l’oxygène, c’est-à-dire le premier élément indispensable à notre vie.
On estime qu’un arbre moyen absorbe chaque année une quantité de CO2 équivalente à celle émise par une voiture roulant sur une distance de 7000 km. A l’inverse, ce même arbre rejette suffisamment d’oxygène pour assurer la respiration d’une famille de quatre personnes pendant une année complète.
Plantons des arbres !
Un fait encore plus extraordinaire…
Si je vous dis que tous les humains, vous et moi, fonctionnons à l’énergie solaire, vous allez me prendre pour un fou n’est ce pas ? Et pourtant …
Nous avons tous besoin d’énergie pour vivre mais contrairement aux plantes, notre corps n’est pas capable d’utiliser directement l’énergie solaire. Alors, d’où tirons-nous l’énergie qui permet à nos muscles de fonctionner ?
Et bien cette énergie provient de la respiration cellulaire. Nos cellules consomment du sucre et de l’oxygène pour fabriquer de l’énergie grâce à une molécule particulière : l’ATP (adénosine triphosphate).
Au passage, cette réaction produit deux déchets : du gaz carbonique (CO2) et de l’eau (H2O).
Il suffit de fournir un effort physique, comme lors d’une séance de sport par exemple, pour bien visualiser ce qui se passe. Plus on s’active, plus la respiration s’accélère, plus on consomme de l’oxygène (O2), plus on brûle de sucre (C6H12O6), plus on souffle (CO2) et plus on transpire (H2O).
Photosynthèse et respiration cellulaire, deux réactions opposées
Avez-vous remarqué que la réaction de respiration cellulaire est exactement l’inverse de la réaction de photosynthèse ?
J’aime beaucoup ces deux équations car elles permettent de voir à quel point la vie repose sur un équilibre à la fois ingénieux et fragile. Elles permettent aussi de prendre conscience à quel point, en tant qu’êtres vivants (végétaux compris), nous sommes tous interdépendants les uns des autres.
Non seulement les plantes nous fournissent de l’oxygène, mais en plus elles stockent l’énergie solaire sous forme de sucre, sucre que nous absorbons et qui nous procure l’énergie dont nous avons besoin pour vivre.
Cela signifie qu’indirectement, nous aussi nous fonctionnons à l’énergie solaire et c’est grâce aux plantes que nous pouvons le faire !
«On protège ce qu’on aime, et on aime ce qu’on connait»
Jacques Cousteau
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