La photosynthèse et ses secrets

La photosynthèse des plantes a un rôle primordial pour la majorité des êtres vivants sur Terre. Non seulement elle permet la production d’oxygène, mais en plus de cela elle absorbe le CO2, responsable des effets de serre. Comment la photosynthèse se déroule-t-elle ? Quels secrets sont cachés derrière le terme de photosynthèse ? En réalité, la photosynthèse est un phénomène naturel que l’homme essaie encore de comprendre et d’exploiter dans une optique de lutte contre le réchauffement climatique. Pourtant, notre atmosphère subit de lourds dégâts et cela impacte fortement cet allié précieux qu’est la photosynthèse pour l’écologie.

Photosynthèse : définition et généralités

Définition

La photosynthèse est un processus essentiel répondant aux besoins d’un organisme.

Le mot « photosynthèse » signifie synthèse par la lumière si on le prend de manière littérale. On pourrait la résumer en deux grandes notions :

• captation et piège de l’énergie lumineuse du Soleil ;
• stockage sous forme de matière organique.

Elle concerne principalement deux grandes familles d’êtres vivants : les végétaux et les bactéries photosynthétiques. On dit alors qu’ils sont autotrophes, c’est-à-dire qu’ils produisent leurs propres composants à l’aide de l’énergie solaire.

Autrefois, on appelait la photosynthèse « assimilation chlorophyllienne ». Nous allons voir que ce phénomène fonctionne par un ensemble de réactions biochimiques.

Mécanisme de la photosynthèse

Les mécanismes de la photosynthèse sont complexes, mais permettent de nombreuses réactions intéressantes. Il faut partir du constat que tous les êtres vivants ont des besoins. Pour y répondre, la plupart du temps, certaines réactions chimiques sont nécessaires : pour dépenser de l’énergie, mais aussi pour la créer !

Dans les organismes, ces apports d’énergies passent bien souvent par la transformation d’ATP (adénosine triphosphate) en ADP (adénosine-diphosphate). La production d’ATP doit donc être continue. Cela est possible grâce à certains éléments :

• le glucose ;
• l’O2 présent dans l’air ou l’eau ;
• le phosphate.

Pour l’oxygène (O2), les animaux se le procurent par la respiration, grâce aux poumons et branchies. En ce qui concerne les végétaux, cela passe par les membranes de leurs cellules, entre autres par les feuilles. Pour le glucose et le phosphate, les animaux ont une solution simple… Se nourrir ! C’est plus difficile pour les végétaux.

La source principale de leurs nutriments provient de la terre par les racines. Le sol contient de l’eau et des sels minéraux, dont des phosphores (qui permettent la production de phosphate).

C’est pour produire le glucose que la plante doit trouver du carbone. Elle va donc venir synthétiser le CO2 présent dans l’air grâce à la lumière du soleil. À la fin de ce procédé, elle rejette l’oxygène restant. C’est la photosynthèse. C’est pour cela que la plante ne produit de l’oxygène que pendant le jour, en présence de lumière. Elle ne peut pas non plus en produire en hiver lorsque ses feuilles tombent.

On pourrait croire cet équilibre précaire, mais en réalité la plante produit plus d’oxygène qu’elle n’en consomme. En grandissant, elle gagne en masse et donc en capacité de production. La photosynthèse a donc un rôle très important. Elle permet principalement deux choses :

• la survie des organismes photosynthétiques en eux-mêmes ;
• mais aussi la survie des autres êtres vivants !

La photosynthèse fournit l’oxygène nécessaire aux autres êtres vivants que les plantes.

Photosynthèse, forêts et atmosphère

Le rôle des forêts sur l’atmosphère

Avec la photosynthèse, une forêt permet l’absorption de masses importantes de gaz à effets de serre et émet beaucoup d’oxygène. Les forêts réduisent donc naturellement la concentration en CO2 sur terre. Or, on sait que le CO2 est en grande partie responsable de l’effet de serre.

Les forêts sont donc l’un des meilleurs alliés écologiques dont la Terre puisse disposer. On estime que jusqu’à 15 % des émissions de gaz à effets de serre peuvent être absorbées par les forêts. Elles créent ce qu’on appelle un effet « puits de carbone ». Pour renforcer cet effet, les forêts doivent bien sûr être gérées de manière durable. L’exploitation du bois doit être surveillée. L’objectif est de ne pas prendre plus de bois que ce qui peut pousser : on prend donc en compte le volume d’arbres et la vitesse de pousse.

Il est aussi possible de planter des arbres sur des terrains actuellement non boisés. En parallèle, certains plans sont mis en place pour optimiser le bilan carbone des filières bois-forêt :

• protection des forêts existantes ;
• renouvellement des plants et arbres après exploitation ;
• protection contre les incendies et feux de forêts ;
• etc.

L’atmosphère impacte la photosynthèse

À l’inverse, l’atmosphère joue aussi un rôle sur la photosynthèse. On constate que sur Terre, les températures varient facilement de 40 °C sur une même région. Les plantes sont donc soumises à ces conditions, pas toujours favorables à une bonne photosynthèse. D’ici 50 ans, les émissions de gaz à effets de serre vont avoir une grave conséquence : la planète va connaître une montée de 2 à 3 °C en température. Cela aura de lourds impacts sur les cultures agricoles et exploitations forestières.

En effet, pour qu’une feuille puisse faire son travail de photosynthèse correctement, elle a besoin d’un système de refroidissement. Eh oui, comme toute source d’énergie ! Cela peut se rapprocher de la transpiration du corps humain, ou d’autres systèmes de refroidissement employés pour éviter la surchauffe d’une machine.

Cela se fait, bien sûr, grâce à l’eau contenue dans le sol, mais aussi dans l’air ambiant. Une hausse de température pourrait donc perturber ce phénomène biologique, en cas de sécheresse. Bien qu’on puisse songer à un phénomène d’acclimatation sur du long terme, ces conditions ne restent pas optimales.

Photosynthèse et océans : des secrets dévoilés

Le rôle du plancton sur l’atmosphère

Face au phénomène de photosynthèse, on pourrait penser que ce sont les forêts qui sont le « poumon » de la Terre. Pourtant, il existe un autre aspect qu’on ne prend pas toujours en compte : la photosynthèse du plancton.

Le plancton, ce sont de microscopiques organismes vivants. Il est présent dans les mers et océans, composé de virus, bactéries, algues, cellules, larves, microcrustacés, etc.

Et le plancton végétal, aussi appelé phytoplancton, se comporte de la même manière que les plantes vertes. Ce plancton serait donc à l’origine de la production de l’air que nous respirons, à plus de 50 %. D’autre part, il absorberait jusqu’à 24 millions de tonnes de CO2 par an rien que dans les mers du nord de l’Europe. Au-delà de ça, il joue également de nombreux autres rôles au sein des écosystèmes marins :

• il peut évoluer en pétrole ou en gaz ;
• il est aussi à l’origine de formations de roches calcaires ;
• il constitue la base de l’alimentation marine ;
• etc.

Le rôle du plancton est très peu pris en compte par les différents décideurs et grandes instances. Face à de nombreux changements climatiques qui impactent l’océan, cela pose un problème conséquent.

L’exploitation de la photosynthèse océanique

Bien sûr, s’apercevant de ce phénomène, certains experts en géo-ingénierie ont pu évoquer l’usage de solutions pour aider à lutter contre le réchauffement climatique. L’une d’elles consistait par exemple à fertiliser les océans, afin que les zones qui contiennent le moins de phytoplanctons puissent servir de réservoir de stockage et de fixation du dioxyde de carbone…

L’Organisation maritime internationale a finalement rejeté et interdit cette pratique. Cette photosynthèse artificielle comporterait trop de risques pour l’environnement.

La fertilisation océanique devait passer par le fait d’introduire artificiellement du fer en grande quantité dans l’eau afin d’aider le phytoplancton à faire son travail. Or, une trop grosse présence de fer pourrait provoquer l’apparition de méthane et d’oxyde vitreux, qui sont jugés comme étant plus réchauffant encore que le CO2.

Les impacts du réchauffement climatique

La photosynthèse du plancton végétal peut être perturbée par différents éléments :

• des mers plus agitées, créant des vagues cassantes en surface ;
• des intempéries plus fréquentes (pluies, orages, vents rapides) ;
• une modification de la température de la surface des océans ;
• la salinité ou l’acidité de l’eau ;
• etc.

Le réchauffement climatique pourrait donc avoir un impact très négatif en venant chambouler ces différents paramètres. Le Laboratoire d’océanographie physique et spatiale UMR LOPS et les universités Heriot-Watt et Exeter ont créé un « Flux Engine » permettant de calculer et compiler les données sur les écosystèmes marins.

Des algorithmes sont ainsi créés et testés par des scientifiques du monde entier grâce à la mise en ligne de ce Flux Engine et des données qu’il obtient. La volonté est de pouvoir mieux comprendre et représenter les flux de CO2 sur l’ensemble des océans.

Notre premier poumon n’est donc pas uniquement la forêt, mais aussi la mer. L’atmosphère que nous offrons à ce poumon est, nous le savons, de plus en plus toxique et ne permet pas au phénomène de photosynthèse de se dérouler dans les meilleures conditions. Le principal enjeu reste aujourd’hui de trouver des moyens d’inverser cette tendance, en se concentrant sur une réduction des émissions de CO2 et une protection des océans et forêts.