PHOTOSYNTHÈSE

Le terme « photosynthèse » signifie littéralement : synthèse réalisée à l'aide de l'énergie lumineuse. Bien que, en ce sens, différentes réactions synthétiques puissent avoir lieu indépendamment des êtres vivants, il est d'usage de ne désigner par ce mot que la capacité des végétaux chlorophylliens à assimiler le dioxyde de carbone ou gaz carbonique, à la lumière, avec formation de substances organiques. On l'appelait autrefois assimilation chlorophyllienne.

Plus précisément, la photosynthèse comprend l'utilisation de l'énergie lumineuse pour la réduction du dioxyde de carbone par l'eau, donneur d'hydrogène (ou d'électrons + protons), avec synthèse de glucides et libération d'oxygène. Cette réaction est réalisée dans des organites intracellulaires spécialisés, les chloroplastes, porteurs de pigments photorécepteurs, tels que les chlorophylles, les caroténoïdes.

La réduction du dioxyde de carbone par l'eau (ou, chez les bactéries chlorophylliennes, par d'autres substances telles que l'acide sulfhydrique, l'hydrogène ou bien un composé organique, un acétate par exemple) nécessite un apport d'énergie assez élevé. L'originalité du mécanisme est d'utiliser des photons et de les convertir en énergie chimique qui se retrouve dans l'énergie de liaison des atomes de carbone et d'hydrogène dans les glucides formés. Huit photons au moins sont nécessaires pour permettre la réduction d'une molécule de dioxyde de carbone par l'eau.

Réactions photochimiques et sombres - crédits : Encyclopædia Universalis France — Réactions photochimiques et sombres
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Deux types de réactions participent à cette réduction. Les unes, purement photochimiques, se déroulent entre les photons absorbés et les molécules de pigments. Les autres, réactions sombres, concernent la biochimie du carbone ; elles se présentent schématiquement comme l'inverse du mécanisme respiratoire consommateur de glucides et d'oxygène avec formation de dioxyde de carbone et d'eau. La liaison entre ces deux types de réactions est réalisée par des transporteurs d'électrons (+ protons) appartenant aux nucléotides-phosphates, et par l'adénosine-triphosphate, ou ATP, que l'on retrouve dans toutes les réactions bioénergétiques (cf. tableau).

Les étapes de la découverte

Le dégagement d'oxygène par les plantes vertes fut découvert par le pasteur physicien et philosophe anglais Joseph Priestley (1733-1804) en 1772, quelques années avant que Lavoisier ne démontre que le dioxyde de carbone libéré par la respiration animale, ou par la combustion d'une chandelle, est formé de carbone et d'oxygène. En 1779, le Hollandais Jan Ingen-Housz (1730-1799) découvre que ce dégagement n'a lieu qu'à la lumière ; Jean Senebier (1742-1809) à Genève, en 1782, prouve la nécessité du dioxyde de carbone et, en 1804, Nicolas Théodore de Saussure (1767-1845), de Genève également, démontre que l'eau participe à la réaction.

En 1845, trois années après avoir énoncé le principe de la conservation de l'énergie, le médecin et physicien allemand Julius Robert von Mayer (1814-1878) discerne l'aspect fondamental du phénomène : « Les plantes prennent une force, la lumière, et engendrent une force, l'énergie chimique. »

Vingt ans après, l'accumulation d'amidon dans des feuilles éclairées est découverte, puis, à partir de 1880, les premiers spectres de lumière active sont tracés par le biologiste et physiologiste russe Kliment Arkadievitch Timiriazev (1843-1920) et le botaniste et physiologiste allemand Theodor Wilhelm Engelmann (1843-1909) reconnaît la photosynthèse des algues rouges et la photoréduction du gaz carbonique réalisée par quelques bactéries.

Algue verte : spectres d'absorption et d'action - crédits : Encyclopædia Universalis France — Algue verte : spectres d'absorption et d'action
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Au début du xx^e siècle, on introduit la distinction entre réactions photochimiques, résultant de l'absorption de la lumière par les pigments, et réactions[...]

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Écrit par

Jean LAVOREL : directeur de recherche honoraire au C.N.R.S., correspondant de l'Académie des sciences de Paris
Paul MAZLIAK : professeur honoraire de biologie cellulaire, université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
Alexis MOYSE : professeur honoraire à l'université de Paris-Sud, correspondant de l'Académie des sciences

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Classification

Pour citer cet article

Jean LAVOREL, Paul MAZLIAK et Alexis MOYSE. PHOTOSYNTHÈSE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

LAVOREL, J., MAZLIAK, P. & MOYSE, A.. PHOTOSYNTHÈSE. Encyclopædia Universalis. (consulté le )

LAVOREL, Jean, MAZLIAK, Paul et MOYSE, Alexis. « PHOTOSYNTHÈSE ». Encyclopædia Universalis. Consulté le .

LAVOREL, Jean, MAZLIAK, Paul, et MOYSE, Alexis. « PHOTOSYNTHÈSE ». Encyclopædia Universalis [en ligne], (consulté le )

Médias

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Autres références

PHOTOSYNTHÈSE : CAPTURE DE L'ÉNERGIE LUMINEUSE
- Écrit par Claude LANCE
- 229 mots
Les travaux de Robert Emerson (1903-1959) ont permis d'élucider les mécanismes mis en jeu dans la photosynthèse notamment lors de la capture de l'énergie lumineuse. En 1932, Emerson confirme, avec W. Arnold, l'existence de deux phases distinctes dans ce processus : une phase photochimique,...
PHOTOSYNTHÈSE ET ÉNERGIE LUMINEUSE - (repères chronologiques)
- Écrit par Claude LANCE
- 530 mots
1845 J. R. Mayer, ayant formulé la loi de conservation de l'énergie, suggère que les plantes transforment 1'énergie solaire en énergie chimique.
1905 F. F. Blackman, en étudiant l'étude des facteurs limitants de la photosynthèse, notamment la température, est le premier...
PHOTOSYNTHÈSE ET FIXATION DU CO2 - (repères chronologiques)
- Écrit par Claude LANCE
- 344 mots
1837 H. von Mohl signale la présence de grains d'amidon dans les chloroplastes.
1843 J. von Liebig propose que 1'incorporation du dioxyde de carbone (CO₂) se traduit par une formation d'acides organiques, précédant celle des sucres.
1862 J. von Sachs montre que les feuilles...
PHOTOSYNTHÈSE : UTILISATION DU CO2
- Écrit par Claude LANCE
- 259 mots
En faisant absorber à des végétaux du gaz carbonique marqué au carbone 14 (¹⁴CO₂), le biochimiste américain Melvin Calvin (1911-1997) met en évidence, en 1954, le composé – ou accepteur – qui capte le CO₂ de l'air dans le processus de la photosynthèse : il s'agit du ribulose-bisphosphate...
AGROMÉTÉOROLOGIE
- Écrit par Emmanuel CHOISNEL, Emmanuel CLOPPET
- 6 627 mots
- 7 médias
...tempérées), par rapport aux plantes en C4 (plantes ayant pour la plupart une origine tropicale, comme le maïs, la canne à sucre, le sorgho ou le millet). En effet, les plantes en C3 (plantes qui, par photosynthèse, fixent le dioxyde de carbone [CO₂]en formant un composé à trois atomes de carbone) auront la...
ALGUES
- Écrit par Bruno DE REVIERS
- 4 869 mots
- 9 médias
...nommées plantes terrestres et qui regroupent, au sens large, les mousses, les fougères et les plantes à graines –, les algues possèdent de la chlorophylle. Ce pigment vert permet aux algues et aux embryophytes de fabriquer (synthétiser) de la matière vivante à partir du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'énergie...
AUTOTROPHIE & HÉTÉROTROPHIE
- Écrit par Alexis MOYSE
- 2 503 mots
- 2 médias
Les euglènes, algues unicellulaires des mares, possèdent de la chlorophylle et, par photosynthèse, assimilent le gaz carbonique. Cependant elles ne peuvent vivre sur des milieux purement minéraux. Quelques substances organiques leur sont indispensables : la vitamine B₁₂, les constituants de...
BACTÉRIES
- Écrit par Jean-Michel ALONSO, Jacques BEJOT, Patrick FORTERRE
- 11 052 mots
- 3 médias
...Les bactéries et cyanobactéries capables d'utiliser l'énergie lumineuse sont les bactéries phototrophes. Parmi ces bactéries, certaines réalisent leurs photosynthèses en employant des composés minéraux comme donateurs d'électrons ; elles sont dites photolithotrophes ; d'autres ne peuvent utiliser...
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