Définition
Photosynthèse
Processus par lequel les organismes chlorophylliens utilisent l'énergie solaire pour synthétiser des molécules organiques à partir de dioxyde de carbone et d'eau.
Producteurs primaires
Organismes qui produisent de la matière organique en utilisant la photosynthèse, servant de base énergétique aux écosystèmes.
Productivité primaire nette
Taux de production de matière organique par les organismes photosynthétiques dans un écosystème, après déduction des pertes dues à la respiration.
Spectre d'absorption
Gamme de longueurs d'onde de la lumière visible absorbée par les pigments chlorophylliens.
Spectre d'action photosynthétique
Gamme de longueurs d'onde de la lumière qui sont efficaces pour provoquer la photosynthèse, coïncidant avec le spectre d'absorption.
=production de l'oxygène
=l'intensité de la photosynthèse
Pigments
Substances qui absorbent certaines longueurs d'onde de la lumière et sont essentielles à la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique lors de la photosynthèse.
Métabolisme
Ensemble des réactions biochimiques qui se produisent dans une cellule ou un organisme, permettant de transformer les molécules pour libérer de l'énergie ou synthétiser de nouvelles substances.
Combustibles fossiles
Sources d'énergie riches en matière organique, telles que le pétrole, le gaz et le charbon, formées à partir de matière organique ancienne ayant échappé à la décomposition.
Biomasse
Masse totale de matière organique produite par les êtres vivants.
organisme chlorophyllien
Être vivant capable de photosynthèse grâce à la chlorophylle.
phytoplanctons
Micro-organismes végétaux aquatiques réalisant la photosynthèse.
organite
Structure spécialisée à l’intérieur d’une cellule (ex : mitochondrie, chloroplaste).
Amidon
Sucre complexe servant de réserve d’énergie chez les plantes.
mitochondrie
Organite responsable de la respiration cellulaire et de la production d’énergie.
chloroplaste
Organite des cellules végétales où se déroule la photosynthèse.
réaction nétabolique
Ensemble des transformations chimiques assurant le fonctionnement d’un organisme.
I. La photosynthèse à l’échelle de la planète
A l'échelle de la planète, les organismes chlorophylliens absorbent environ 0,1% de l'énergie solaire. Ils sont les producteurs primaires, utilisant cette énergie pour fabriquer leur biomasse par photosynthèse. La productivité primaire nette d'un écosystème dépend donc de l'énergie solaire reçue, mais aussi d'autres facteurs comme la disponibilité en sels minéraux.
II. Photosynthèse et conversion de l'énergie solaire
A l'échelle d'une feuille, une partie de l'énergie des rayons solaires est réfléchie, tandis que l'autre est transmise à la feuille. L'énergie absorbée est utilisée pour la photosynthèse, transformée en chaleur (transpiration) ou émise sous forme de fluorescence par la chlorophylle. Seule 1% de l'énergie lumineuse incidente est utilisée pour la photosynthèse. Les pigments dans les cellules chlorophylliennes absorbent certaines radiations de la lumière visible, correspondant au spectre d'absorption. Le spectre d'action photosynthétique coïncide avec ce spectre d'absorption, permettant la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique à travers la synthèse de molécules organiques lors de la photosynthèse.
III. De l'énergie solaire à l'énergie chimique des molécules du vivant
Les molécules organiques produites lors de la photosynthèse peuvent être transformées par des réactions métaboliques comme la respiration ou la fermentation. Ces transformations libèrent l'énergie chimique contenue dans les liaisons atomiques, la rendant utilisable par la cellule. L'absorption de l'énergie solaire par les organismes chlorophylliens est fondamentale pour la plupart des écosystèmes, car la matière organique qu'ils produisent sert de base énergétique pour de nombreux autres êtres vivants qui fabriquent à leur tour leur biomasse. Au cours du transfert de la matière organique d'un niveau à l'autre du réseau alimentaire, de l'énergie est perdue sous forme de chaleur.
IV. Une photosynthèse passée à l'origine de la formation des combustibles fossiles
Les combustibles fossiles, tels que le pétrole, le gaz et le charbon, sont des sources d'énergie riches en matière organique. Ils témoignent d'une photosynthèse passée et se forment sur plusieurs dizaines de millions d'années, à partir d'une accumulation de matière organique issue d'organismes photosynthétiques morts et ayant échappé à la décomposition. Ces formations ont retenu l'énergie solaire absorbée par les organismes chlorophylliens de manière indirecte, permettant leur utilisation future comme source d'énergie.
Productivité primaire : quantité de biomasse (g ou tonnes de carbone) produite par les organismes chlorophylliens dans un lieu et un temps donnés.
Productivité primaire terrestre : 53 × 10⁹ tc/ha/an en moyenne.
Productivité primaire océanique : 25 × 10⁹ tc/ha/an en moyenne, principalement par le phytoplancton.
Énergie solaire reçue sur Terre : 340 W/m².
Énergie utilisée par la photosynthèse : 0,34 W/m² seulement.
Les cellules animales et végétales possèdent des organites. Les mitochondries assurent la respiration cellulaire, bloquée par le cyanure. Les chloroplastes des cellules végétales réalisent la photosynthèse, produisant du glucose stocké en amidon. L’eau iodée (ou Lugol) permet de détecter l’amidon en le colorant en bleu-noir. Ces réactions métaboliques se déroulent dans le cytoplasme ou les organites.
A retenir :
La photosynthèse est un processus essentiel par lequel l'énergie solaire est convertie en énergie chimique, permettant aux producteurs primaires de former la base de la plupart des écosystèmes. À l'échelle planétaire, les organismes chlorophylliens capturent une petite fraction de l'énergie solaire pour produire de la biomasse, ce qui influence la productivité primaire nette des écosystèmes. Au niveau cellulaire, le spectre d'absorption des pigments photosynthétiques permet la conversion efficace de l'énergie lumineuse en molécules organiques, qui sont ensuite utilisées pour libérer l'énergie chimique nécessaire aux processus métaboliques. Historiquement, les activités photosynthétiques ont également conduit à la formation des combustibles fossiles, qui capturent l'énergie solaire des temps anciens et jouent un rôle crucial dans les enjeux énergétiques actuels.
