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Photosynthèse : définition et fonctionnement

Photosynthèse : définition et fonctionnement

Olivier CLUR, Fondateur de Backcarbone

Mes articles sont conçus pour vous transmettre mes découvertes et vous éclairer dans votre stratégie carbone.

Photosynthèse : définition et fonctionnement

Processus essentiel à la vie sur Terre, la photosynthèse des végétaux et de certaines bactéries contribue à limiter le changement climatique. La photosynthèse - littéralement synthèse par la lumière - est un procédé chimique qui transforme les molécules par rayonnement solaire.

Le principe de fonctionnement de la photosynthèse

Grâce au processus de photosynthèse, les végétaux et les bactéries photosynthétiques utilisent l'énergie solaire pour fabriquer leurs composants organiques. Pour cela, ils consomment de l'eau (H2O) et du dioxyde de carbone (CO2) puis rejettent de l'oxygène (O2) dans l'atmosphère terrestre. L'équation-bilan de l'activité photosynthétique est la suivante : 

6 CO2 + 12 H2O + lumière → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Par l'action de la lumière solaire et la synthétisation de 6 molécules de dioxyde de carbone et 12 d'eau, les cellules végétales autotrophes fabriquent une molécule de glucose complexe, 6 molécules de dioxygène et 6 d'eau. Néanmoins, les besoins en intensité lumineuse et en longueur d'onde sur le spectre lumineux varient d'une espèce à l'autre.

Les deux phases de la photosynthèse

Le processus de photosynthèse se déroule en deux étapes complexes : la phase photochimique et la phase non photochimique, intrinsèquement liées. La première utilise la lumière solaire et l'eau pour produire des molécules nécessaires à la fabrication d'énergie et rejette de l'oxygène. La seconde utilise le carbone et ces molécules pour produire du sucre, donc de l'énergie.

La phase photochimique de la photosynthèse

Durant la première phase, la chlorophylle des végétaux, présente dans le mésophylle foliaire (chloroplaste) de la plante, capte la lumière solaire et provoque la réaction chimique. Les chloroplastes cassent les molécules d'eau en atomes d'hydrogène et en atomes d'oxygène lorsqu'ils sont frappés par les photons. Lorsque les ions H+ passent dans le milieu aqueux du chloroplaste (stroma), cela produit des molécules d'adénosine triphosphate (ATP) qui servent à stocker l'énergie nécessaire. Le transfert transforme aussi la nicotinamide (NADP+) en NADPH+ + H+.  Les différents transferts d'électrons provoquent un déséquilibre, compensé par le cassage des molécules d'eau. Celui-ci permet au stroma de capter l'énergie et libère de l'oxygène. La phase non photochimique peut alors commencer. Les bactéries photosynthétiques (cyanobactéries, bactéries vertes, bactéries pourpres) utilisent un procédé similaire, où le cytoplasme remplace le chloroplaste et renferme la bactériochlorophylle. 

La phase non photochimique de la photosynthèse

Dans cette seconde phase non photochimique, la lumière du soleil n'a plus de rôle à jouer car tout se déroule maintenant dans le stroma à l'intérieur du chloroplaste. Par plusieurs réactions biochimiques liées à l'ATP et au NADPH+ + H+ appelées Cycle de Calvin, le CO2 capté par la plante est transformé en glucides. L'enzyme protéinique Rubisco (ribulose-1,5 bisphosphate carboxylase/oxygénase) transforme le CO2 en composés organiques et libère de l'eau. Le déroulement du cycle de Calvin dépend du type de sucre produit : C3, C4 ou CAM.

Photosynthèse : définition et fonctionnement

Le cycle de Calvin en C3, C4 et CAM

Les plantes en C3

Pour la plupart des végétaux dans le monde (plantes des régions tempérées, arbres et algues, soit environ 98 % de la biomasse végétale), un sucre en C3 (triose avec trois atomes de carbone) est produit à l'issue du cycle de Calvin. Le triose peut ensuite se combiner avec d'autres pour former des molécules plus complexes de glucide (amidon, saccharose…).

Les plantes en C4

Ce type de photosynthèse est plus complexe et s'effectue en deux phases, dans les chloroplastes puis dans la gaine périvasculaire conductrice de sève. Tout d'abord, le carbone fixé se transforme en composé carboné C4 de type aspartate ou malate. Il est ensuite retransformé en CO2 lors de la seconde phase, où il reprend part au cycle de Calvin classique C3. Ce processus de photosynthèse en C4 est utilisé par les graminées tropicales (canne à sucre, maïs, mil, sorgho) et certaines amaranthacées, avec un taux de photosynthèse et un rendement nettement supérieurs.

Les plantes en CAM

Le métabolisme acide crassulacéen (CAM) permet à certains végétaux d'effectuer la photosynthèse et la fixation du carbone durant la nuit et d'ainsi produire de l'acide malique. Celui-ci est décomposé durant la journée et libère du CO2, à son tour remis dans le cycle de Calvin. Les plantes en CAM sont les plantes grasses (cactées…) et certaines fougères. Elles ont développé ce processus de respiration cellulaire pour réduire les pertes en eau et survivre en milieu aride et chaud.

Photosynthèse : définition et fonctionnement

Pourquoi la photosynthèse des plantes vertes est essentielle à la vie sur Terre ?

Les végétaux photosynthétiques sont les seuls organismes vivants sur Terre à pouvoir transformer la matière minérale en molécules organiques. Ils sont donc indispensables à la transformation du CO2 - premier gaz à effet de serre de la planète - en matière organique. Tous les ans, l'absorption du gaz carbonique par les arbres et végétaux chlorophylliens présent dans les puits de carbone équivaut à environ 35 milliards de tonnes de carbone (20 par les végétaux terrestres et 15 par les algues). Ils contribuent également à maintenir le taux d'oxygène dans l'atmosphère. C'est pourquoi les projets de reforestation et la préservation des zones vertes sont essentielles à la lutte contre le réchauffement climatique.

Définissons ensemble, votre stratégie bas carbone.

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