photosynthèse (suite)

La photosynthèse et la respiration se manifestant par des échanges gazeux en sens inverse, si l’éclairement est très faible, c’est le phénomène respiratoire qui l’emporte ; si l’éclairement augmente, c’est l’inverse. Lorsqu’il y a égalité entre les deux, on est au point de compensation, qui se définit par l’éclairement correspondant. Chez la Tomate, le Soleil ou l’Épinard, plantes dites « de lumière », ce point est atteint de 800 à 900 lux environ ; chez les plantes « d’ombre », Fougères, Mousses, il faut 100 lux. Si les végétaux, ou même simplement leurs feuilles, ont effectué leur croissance à une faible lumière, le point de compensation en est affecté et se trouve abaissé ; l’inverse se constate pour les organes développés en présence de lumière forte. Tous les facteurs qui influent différemment sur les deux fonctions modifient le point de compensation (température, narcotiques, taux de CO₂). La réaction des plantes de soleil (héliophiles) et d’ombre (sciaphiles) est également différente lorsqu’on augmente l’éclairement. Chez ces dernières, après avoir dépassé le point de compensation, l’intensité du dégagement de O₂ augmente très rapidement, passe par un maximum et décroît, l’éclairement solaire maximal ne les mettant pas dans la situation la plus favorable. Par contre, chez les plantes de soleil, la croissance de l’intensité est plus lente, mais aboutit à un niveau plus élevé pour les forts éclairements ; bien entendu, pour de telles observations, il faut que ni le taux de CO₂ ni la température ne soient des facteurs limitants.

Il faut d’ailleurs remarquer que les plantes se répartissent spontanément dans les stations qui leur conviennent le mieux : les plantes d’ombre à l’abri des bois ou des bâtiments, les plantes de soleil en pleine lumière ; la régulation est également faite par la plante elle-même : les feuilles du Frêne ou du Hêtre n’ont pas partout les mêmes caractéristiques ; certains végétaux orientent leurs limbes pour recevoir beaucoup ou très peu de lumière (Haricot, Eucalyptus) ; enfin, chez la plupart des végétaux, les chloroplastes se disposent différemment par rapport aux rayons lumineux, s’étalant sur les faces qui reçoivent la lumière ou se protégeant les uns les autres le long des parois latérales suivant l’intensité lumineuse qui frappe l’organe. Quelques espèces luttent contre les excès d’éclairement en formant des feuilles épaisses, les couches externes filtrant la lumière qui atteint les couches profondes. D’autres fabriquent des pigments protecteurs (anthocyane des Bégonias)... Ces caractères sont inclus dans le patrimoine génétique ou apparaissent sous l’influence de la lumière pendant la période de croissance et ne sont pas alors transmissibles héréditairement.

• Effet respectif des diverses couleurs. Les différentes longueurs d’onde contenues dans la lumière blanche n’ont pas toutes le même effet. Après avoir décomposé la lumière blanche par passage à travers un prisme, on peut installer plusieurs expériences identiques, séparées par des écrans noirs, au niveau de chaque couleur ; il se fait un dégagement d’oxygène très important dans le rouge orangé, le bleu et l’indigo, moindre dans le violet, nul dans le vert. Une autre expérience (W. Engelmann) permet d’observer au microscope l’accumulation de Bactéries avides d’oxygène (B. termo) autour d’une Algue verte éclairée par un microspectre. J. Sachs utilise, pour trouver les mêmes résultats, des cloches doubles pouvant servir d’écrans colorés ; cela lui permet de maintenir une plante sous une lumière à peu près monochromatique et de faire les analyses autour d’elle.

Les quantités d’énergie (W) apportée par chaque longueur d’onde peuvent être calculées : on trouve W_R = 42 kcal dans le rouge et W_B = 60 kcal dans le bleu. Or, on constate que la plante utilise les deux couleurs d’une manière également efficace.

Chez les Algues brunes, il y a une activité dans le vert presque aussi importante que dans le bleu. Cela est dû à la présence du fucoxanthol. La phycoérythrine des Algues rouges absorbe également des radiations que la chlorophylle ne peut utiliser directement. Ces plantes des profondeurs marines reçoivent en effet peu ou pas du tout de lumière rouge.

• La température. La photosynthèse réagit en fonction de la température, comme les autres phénomènes biologiques où interviennent des phénomènes enzymatiques. Pour des températures inférieures à 0 °C, elle est faible, quoique appréciable, surtout chez les plantes de haute montagne ou des régions voisines du cercle polaire. L’assimilation croît au fur et à mesure que la température s’élève, jusqu’à un optimum situé, suivant les végétaux, entre 35 et 40 °C ; vers 50 °C, la chute d’activité est brutale et correspond à la coagulation du cytoplasme par la chaleur. Les valeurs précises des points remarquables de la courbe sont différentes suivant les espèces.

Mécanismes de la photosynthèse

Lorsque la lumière solaire frappe le végétal vert placé dans une atmosphère contenant du gaz carbonique et si la température est convenable, on observe une synthèse qui ne peut se faire sans apport d’énergie :
6CO₂ + 6H₂O + W → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.

L’énergie lumineuse est transformée, au niveau des chloroplastes, en énergie chimique. Les bandes d’absorption de la chlorophylle et les longueurs d’onde des radiations efficaces coïncidant, on a été, depuis longtemps, amené à considérer que c’est la chlorophylle qui est capable de recueillir l’énergie lumineuse fournie par le Soleil et que c’est à son voisinage, dans l’épaisseur des lamelles plastidales, que s’effectue la transformation en énergie chimique.

D’après les travaux effectués ces dernières années, la photosynthèse se fait en deux temps. On a reconnu l’existence d’une phase lumineuse, dans laquelle la lumière est indispensable, suivie par une phase obscure, qui se déroule même s’il y a privation de lumière ; le facteur « éclairement » n’intervient plus. Les réactions qui ont lieu pendant ces deux périodes sont de types différents.