La photosynthèse : exercices corrigés de Première

Entrées : l'eau, le dioxyde de carbone et l'énergie lumineuse du Soleil ⁶.

Production : de la matière organique, par exemple des glucides ⁴.

Rejet : du dioxygène, dégagé dans l'atmosphère ⁴.

Lieu : les chloroplastes, petits organites des cellules des parties vertes, qui contiennent la chlorophylle ⁴.

Autotrophie : la plante fabrique sa propre matière organique à partir de matière minérale et d'énergie solaire, sans consommer d'autres êtres vivants ¹.

Le facteur manquant est la lumière : la photosynthèse tire d'elle l'énergie nécessaire ⁴.

Sans lumière, la plante ne peut plus fabriquer de matière organique. Elle consomme ses réserves, puis dépérit ; c'est ce que l'on observe pour une plante laissée dans une pièce sombre ⁴.

L'arrosage apporte de l'eau, qui est une entrée de la photosynthèse, mais l'eau seule ne fournit pas l'énergie ⁶.

L'engrais apporte de la matière minérale. Or la plante a besoin d'énergie solaire pour transformer la matière minérale en matière organique ¹. Aucun apport minéral ne remplace cette énergie.

Les radiations rouges et indigo sont absorbées par la chlorophylle et sont les plus efficaces pour la photosynthèse ⁴. Les lots rouge et indigo dégagent donc du dioxygène.

Le lot vert dégage nettement moins de dioxygène : les radiations vertes sont les moins efficaces, car la chlorophylle les absorbe peu ⁴.

La chlorophylle est le pigment qui capte l'énergie lumineuse ⁴. Elle absorbe le rouge et l'indigo, d'où l'efficacité de ces couleurs ; la lumière verte est peu absorbée, donc très peu efficace pour la production.

On comprend aussi pourquoi les feuilles paraissent vertes : cette couleur est peu absorbée par leurs pigments.

Le rendement s'écrit $\dfrac{1}{100}$. Cette valeur de 1 % correspond bien à des plantes cultivées ⁶.

Énergie stockée $= \dfrac{1}{100} \times 5000\ \text{MJ} = 50\ \text{MJ}$.

L'énergie non convertie est $5000 - 50 = 4950\ \text{MJ}$.

Cette énergie est essentiellement dissipée sous forme de chaleur ⁶.

Champ : $\dfrac{1}{100} \times 8000 = 80\ \text{MJ}$.

Bioréacteur : $\dfrac{6}{100} \times 8000 = 480\ \text{MJ}$.

Différence : $480 - 80 = 400\ \text{MJ}$.

Facteur : $\dfrac{480}{80} = 6$, ce qui correspond au rapport $\dfrac{6\ \%}{1\ \%}$.

L'affirmation est fausse : chez les végétaux non verts, comme ceux à feuilles pourpres, le processus et sa localisation sont identiques ; la chlorophylle est simplement masquée par des pigments d'autres couleurs ⁴.

On peut éclairer une feuille et mesurer le dégagement de dioxygène : s'il y en a, il y a photosynthèse ⁴.

On peut aussi comparer les spectres d'absorption et d'action de la feuille pour identifier les pigments qui interviennent ².

Une feuille peut contenir plusieurs pigments. La couleur observée correspond à la lumière que ces pigments n'absorbent pas et renvoient, mais seuls les pigments photosynthétiques déclenchent la conversion d'énergie ².

Énergie chimique : $\dfrac{5}{100} \times 400 = 20\ \text{J}$.

Fluorescence : $\dfrac{2}{100} \times 400 = 8\ \text{J}$. Une petite fraction de la lumière absorbée peut effectivement être réémise de cette façon, à une longueur d'onde plus grande, donc plus rouge ⁶.

Chaleur : $400 - 20 - 8 = 372\ \text{J}$, soit $93\ \%$ de l'énergie absorbée. La part non convertie est essentiellement dissipée en chaleur ⁶.

Bilan : $20 + 8 + 372 = 400\ \text{J}$, ce qui est bien l'énergie absorbée.

Efficacité du photovoltaïque $= 10 \times 1{,}5\ \% = 15\ \%$.

La comparaison ne porte que sur le rendement énergétique. La photosynthèse fabrique aussi de la matière organique, ce qui constitue l'entrée de l'énergie dans la biosphère ¹.

Le panneau fournit de l'énergie électrique. La plante convertit l'énergie solaire en énergie chimique, stockée dans des molécules organiques ², notamment des sucres ou de l'amidon ⁵.

Ces deux dispositifs n'ont pas le même rôle : l'un alimente un réseau électrique, l'autre nourrit des êtres vivants et toute une chaîne alimentaire.

Grâce aux chloroplastes conservés, la limace produit de l'énergie par photosynthèse. C'est le premier animal découvert capable de le faire ⁶.

Ces chloroplastes viennent de l'algue dont elle se nourrit ; le phénomène, appelé kleptoplastie, consiste à les séquestrer dans l'épithélium digestif ⁶.

L'animal n'a pas de chloroplastes propres : il utilise ceux d'une autre espèce pendant un temps limité, ce qui le distingue d'une plante ou d'une algue chlorophylliennes.

La photosynthèse fabrique des composés organiques à partir de CO$_2$ et d'eau, avec un apport d'énergie lumineuse. La respiration cellulaire oxyde des composés comme le glucose en CO$_2$ et en eau, ce qui libère de l'énergie ⁶. Les entrées de l'une sont les sorties de l'autre.