De la lumière solaire aux combustibles fossiles


PLAN DU COURS

 

I - La production de matière organique par les végétaux

II - L'importance planétaire de la photosynthèse

III - La transformation de la matière organique en hydrocarbure ou en charbon au cours des temps géologiques

 


 

 

Le Soleil dissipe une immense quantité d’énergie dans toutes les directions de l’espace. La Terre, planète du système solaire, reçoit une partie de cette énergie (environ 1360 Joules/m² soit une puissance d'environ 340Watts/m²) qui est captée par les plantes, les océans ou l’atmosphère, reçue par le sol... L'énergie totale atteignant la Terre chaque seconde est de 1,74.10^17 Joules

 

Problématique du chapitre : en quoi le Soleil est-il une source d'énergie essentielle ?

 

Nous savons que pour grandir les animaux ont besoin de manger : après digestion, une partie la matière qui compose leur nourriture est transformée en matière organique carbonée et incorporée à leur organisme et permet à celui-ci de se développer.

 

Mais d'où les plantes tirent-elles la matière qui leur permet de grandir... ?

 

I - La production de matière organique par les végétaux

 

Un (al)chimiste belge, Jean-baptiste Van Helmont est un expérimentateur minutieux. Il se demande comment les plantes créent leur matière organique (rappel: la matière organique est carbonée, c'est-à-dire qu'elle contient du carbone comme base atomique, voir cours de début d'année).

 

Il va mener différentes expérience dont une est particulièrement connue:

Expérience historique de Van Helmont sur la création de matière par les végétaux. Source : http://www.stuartmcmillen.com/comics_en/thin-air/#page-1
Expérience historique de Van Helmont sur la création de matière par les végétaux. Source : http://www.stuartmcmillen.com/comics_en/thin-air/#page-1

 

A partir de cette expérience, Van Helmont se demande comment le saule a-t-il pu se développer sans utiliser la matière présente dans la terre du pot.

Cela nous permet d'introduire une problématique plus vaste :

 

Problème : quelles sont les conditions nécessaires à la production de matière organique par les végétaux verts ?

 

Nous savons que la lumière du Soleil est indispensable pour les plantes car il suffit d'en placer une à l'obscurité pendant plusieurs jours pour la voir dépérir. Les expériences suivantes vont nous permettre de comprendre le rôle de la lumière !

 

Pour préciser l’utilisation de l’énergie lumineuse par les végétaux, des géraniums (Pelargonium) sont placées à la lumière pendant au moins 24h. Des caches sont ajoutés sur certaines feuilles.

 

Montage expérimental utilisé pendant 3 semaines. Sources : modifié de l'université Jussieu, Paris.
Montage expérimental utilisé pendant 3 semaines. Sources : modifié de l'université Jussieu, Paris.
Les 4 lots utilisés pour réaliser les expériences. Source : Clerc.
Les 4 lots utilisés pour réaliser les expériences. Source : Clerc.

 

 

Avant d’être observée, les feuilles doivent être  décolorées en étant ébouillantées dans de l’alcool (schéma ci-dessous). 

Puis les feuilles sont placées dans de l’eau iodée qui se colore en brun-violet en présence d’amidon (sucre complexe).

 

Principe de la décoloration des feuilles à l'alcool bouillant puis leur coloration à l'eau iodée. Source : ?
Principe de la décoloration des feuilles à l'alcool bouillant puis leur coloration à l'eau iodée. Source : ?

A REALISER :

 

❶Placer les feuilles décolorées dans les boîtes de Pétri et indiquer sur l'étiquette fournie le numéro du lot.

 

❷Les recouvrir d’eau iodée puis attendre 2 mn.

 

Rq : l’eau iodée est aussi appelée la solution de Lugol (du médecin français Jean Lugol) : elle met en évidence la présence d’amidon (sucre complexe) en se colorant en brun-violet-noir.

 

 

ATTENTION : la décoloration des feuilles à l'alcool bouillant est une opération risquée. De grandes précautions doivent être prises comme la manipulation sous hotte-aspirante, le port d'une blouse... Car l'alcool est extrêmement inflammable et un accident est si vite arrivé (voir photo ci-dessous):

Photo de brûlures au second degré à cause d'éthanol enflammé. Source : N. CLERC.
Photo de brûlures au second degré à cause d'éthanol enflammé. Source : N. CLERC.

 

RÉSULTATS OBSERVES de ces  expériences pour les 4 lots réalisés :

 

Expériences et leurs résultats pour les 4 lots cités plus un lots "bis". Source : tiré de différents livres de SVT et d'internet. BELIN et BORDAS SVT.
Expériences et leurs résultats pour les 4 lots cités plus un lots "bis". Source : tiré de différents livres de SVT et d'internet. BELIN et BORDAS SVT.

 

INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS OBSERVES:

 

 

Pour préciser le lieu de production de la matière organique chez les végétaux, des feuilles d’élodées (végétal d’eau douce) éclairées depuis plusieurs heures sont observées au microscope.

 

 

A RÉALISER :

 

❶Prélever une feuille d’élodée avec une pince et la placer sur une lame.

 

❷Ajouter une goutte d’eau iodée (sur le bureau du professeur) et mettre une lamelle. Observer sous le microscope après 15-20 minutes (au minimum).

 

Feuille d'Egeria densa (proche de l'Elodée et plus résistante) et la création d'une lame pour observation au microscope. Source : N.CLERC.
Feuille d'Egeria densa (proche de l'Elodée et plus résistante) et la création d'une lame pour observation au microscope. Source : N.CLERC.

 

Voici ce que nous pouvons observer au microscope pour le témoin et l'expérience avec les feuilles d'Elodée :

 

 

Dans les feuilles d'élodée placées à la lumière l’amidon est visible dans les chloroplastes. On peut donc conclure que le chloroplaste est le lieu de synthèse d’amidon et donc de la photosynthèse.

 

Niveau d'organisation d'une feuille, de cellules végétales et d'un chloroplaste. Source : ?
Niveau d'organisation d'une feuille, de cellules végétales et d'un chloroplaste. Source : ?

 

 

BILAN: dans les parties chlorophylliennes des végétaux, l’énergie lumineuse est utilisée pour la production de molécules organiques glucidiques : c’est la photosynthèse. Cette réaction nécessite la présence d’eau, de dioxyde de carbone et de sels minéraux. Elle conduit à la production d’un déchet le dioxygène rejeté dans l’atmosphère.

 Van Helmont ne connaissait pas ce phénomène biologique, il ne pouvait donc pas expliquer ses observations.

 

Schéma-bilan de la création de matière organique par les végétaux.
Schéma-bilan de la création de matière organique par les végétaux.

 

Pour réviser en quelques minutes :

 


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