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Photosynthèse (Français) / photosynthesis (Anglais) / التركيب الضوئي (Arabe)

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Définition

Domaine, Discipline, Thématique

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Biologie / Botanique / Physiologie végétale / Biochimie / Agriculture / Bioénergétique / Agronomie / Environnement / Chimie / Écologie / SVT / Éducation à l'environnement / Développement durable / Éducation à la santé / Enzymologie / Physique / Optique /

Justification

Définition écrite

La photosynthèse (du grec phōs « lumière » et sýnthesis « combinaison ») est un ensemble de processus bioénergétiques et biophysicochimiques grâce auxquels certains organismes chlorophylliens utilisent l'énergie lumineuse et des éléments minéraux (gaz carbonique, eau, sels minéraux) pour produire le glucose et l'oxygène qui sera rejeté dans le milieu environnant.
La photosynthèse se réalisent en deux phases:

- La première phase de la photosynthèse appelée phase claire ou photochimique correspond à la capture de l'énergie lumineuse par des pigments absorbants la lumière et sa conversion en énergie chimique sous forme d'ATP.

- La deuxième phase appelée la phase sombre ou non photochimique correspond à l'utilisation des produits de la phase claire pour produire le glucose. Les organismes chlorophylliens photosynthétiques, qualifiés d'autotrophes sont : les plantes chlorophylliennes, les bactéries photo-autotrophes, les invertébrés abritant des algues symbiotiques dans certaines de leurs cellules et la salamandre maculée.

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On distingue différents types de photosynthèses : la photosynthèse oxygénique chez les végétaux et les cyanobactéries où du dioxygène issu de la photolyse de l'eau est dégagé ; la photosynthèse anoxygénique chez les bactéries phototrophes autres que les cyanobactéries, synonyme d'assimilation chlorophyllienne ; la photosynthèse artificielle qui entame une voie de laboratoire, au travers d'une membrane mécanique, pour la production de biocarburant. La photosynthèse a pour but de créer de l'énergie (sous forme de glucide) à partir de l'énergie lumineuse provenant du soleil. L'énergie solaire est utilisée pour oxyder l'eau et réduire le gaz carbonique afin de synthétiser des substances organiques (glucides). Ce phénomène a lieu dans les choloroplastes, au niveau des membranes des thylacoïdes où se situent les photosystèmes I et II et les cytochromes.

Photosynthèse - Historique (+)

Définition graphique

Mécanisme de la photosynthèse
Photosynthèse au sein d'une feuille
Les facteurs de la photosynthèse
Photosynthèse
Chloroplaste

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Concepts ou notions associés

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RuBisCO / Phototrophe / Biosynthèse / Photosystème I / Photosystème II / Phase photochimique / Phase sombre / Phase claire / Phase obscure / Chloroplaste / Autotrophe / Organite / Glucides / Glucose / Energie lumineuse / Chlorophylle / Croissance / CO2 / Carbone minéral / Carbone organique / Matière organique / Matière minérale / Culture / Croissance / Elément minéraux / Production végétale / Engrais / Agriculture / Phosphore / Autotrophe / Héterotrophe / Energie chimique / Plante verte / Photolyse / Photon / Proton / Electron / Chloroplaste / Cycle de Calvin / Réactions photochimiques / La ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase - oxygénase ou RuBisCO / Carboxylation / Eau / Protide / Lipide / Thylacoide / Cytochrome / Vaisseaux conducteurs / Xylème / Phloème / Feuille / Fruit / Température / Spectre / O2 / Amidon / Saccharose / Fructose / Hydrogène / Pigment / Intensité photosynthétique / Transporteurs / Cytochrome / Stomate / Nutriment / Spectre d’absorption de la lumière / Spectre d’absorption de la chlorophylle / Bactériochlorophylle / Oxygénique / Anoxygénique / Energie / Lumière / Racine / Bactéries / Oligo-éléments / Engrais verts / Engrais organiques /

Photosynthèse - Glossaire / (+)

Exemples, applications, utilisations

Idées générales La photosynthèse est un phénomène physiologique d'une importance capitale car il est indispensable (directement ou indirectement) à toute forme de vie bactérienne, végétale, animale et humaine. Les 2 principaux "réservoirs" de carbone sont le CO2 atmosphérique et le carbone constitutifs des êtres vivants. La photosynthèse est un des processus important dans la production de l'Energie Verte Biosynthèse des molécules organiques La photosynthèse est un processus, métabolique et photochimique complexe, qui chez les végétaux et certaines bactéries (et certaines actions biochimiques) et, en présence de lumière et à partir de molécules minérales simples (CO2, H2O…), produit des molécules organiques glucidiques de masse molaire relativement faible. Certaines de ces molécules sont polymérisées en glucides de masse molaire élevée (amidon), d’autres enfin s’unissent à des molécules azotées. Le phénomène est caractérisé par une absorption de dioxyde de carbone et par un dégagement d’oxygène. Les molécules glucidiques initialement produites sont ensuite utilisées dans la biosynthèse de diverses molécules organiques, protides, lipides et glucides. Exemple explicatif chez les végétaux: Les végétaux sont donc des organismes phototrophes (autotrophes), comme le sont également les Cyanobactéries (algues bleu - vert), les Algues, les plantes avasculaires et les plantes vasculaires (supérieures). Les végétaux synthétisent leur matière organique à partir de molécules simples et de l'énergie lumineuse (soleil). Ce processus s'appellent la photosynthèse. L'énergie solaire est utilisée pour oxyder l'eau et réduire le gaz carbonique afin de synthétiser des substances organiques. Ce phénomène a lieu dans les chloroplastes, un organite spécifique des plantes, au niveau des membranes des thylakoïdes où se situent les photosystèmes I et II et les cytochromes. L'énergie lumineuse est captée par des pigments assimilateurs : les chlorophylles (du grec : "khloros" - vert et "phullon" - feuille). Les chlorophylles sont situés dans les chloroplastes des cellules végétales ou dans des régions spécialisées de la membrane cellulaire des bactéries photosynthétiques. La formule générale de la photosynthèse est : CO2 + H2O + hν (énergie lumineuse) --------> (CH2O) + O2: Chez les plantes photosynthétiques: La photosynthèse a lieu dans les feuilles dont l’anatomie est spécialisée dans cette fonction : les cellules des feuilles renferment de nombreux chloroplastes (jusqu’à 50 par cellule) qui contiennent un pigment vert, la chlorophylle, capable de capter l’énergie lumineuse qui sert à fabriquer des molécules de sucre à partir du l’eau puisée du sol par les racines et du gaz carbonique de l’atmosphère, capté par les feuilles. Les sucres produits par photosynthèse sont ensuite distribués dans toute la plante. Stratégies de la photosynthèse Le mécanisme de photosynthèse en C3 correspond au mécanisme de base de 95% des plantes vertes. Dans les régions subtropicales à tropicales (10-30° de latitude, forte insolation, saison des pluies chaudes, 25-30°C en moyenne annuelle), certaines plantes ont développé des alternatives aux limitations imposées par le milieu afin de préserver certaine activité photosynthétique, ce mécanisme de photosynthèse particulier est appelée photosynthèse en C4. L’énergie solaire captée par les végétaux se transforme en produits hydrocarbonés qui peuvent être des sources d’énergie (énergie thermique et alimentaire). Ce processus est la photosynthèse. Chaque année, à l’échelle du globe, 200 milliards de tonnes de dioxyde de carbone, soit plus de 10% du carbone atmosphérique sont ainsi transformés en biomasse. Les plantes terrestres, les algues et beaucoup de bactéries pratiquent la photosynthèse. Ainsi les cyanobactéries réalisent le même type de photosynthèse que les végétaux. La plus commune, Prochlorococcus, découverte en 1988, représente sans doute l’organisme photosynthétique le plus abondant de la planète : sa densité atteint 100 millions de cellules par litre d’eau de mer. REMARQUE: Certains animaux utilisent le mécanisme de la photosynthèse ; La limace de mer, Elysia chlorotica, est le premier animal découvert capable d'utiliser la photosynthèse pour produire de l'énergie. Cette photosynthèse est effectuée par les chloroplastes de sa principale source de nourriture, l'algue Vaucheria litorea. De nombreux autres animaux peuvent établir une symbiose avec une algue : vers plats, coraux, anémones de mer, éponges, limaces de mer… La salamandre maculée est toutefois le seul vertébré connu à ce jour (2011) qui établisse une symbiose avec une algue, en l'occurrence Oophila amblystomatis. (+)

Erreurs ou confusions éventuelles

Confusions possibles:

Confusion entre:

Erreurs fréquentes:

Anthropomorphisme (La plante c’est comme nous, les humains, elle fabrique sa nourriture pour qu'elle l'utilise pour grandir).
Survalorisation de la lumière (La photosynthèse est la synthèse de la matière organique en présence de la lumière - Les plantes ont toujours besoin de lumière).
Survalorisation de l'eau (L'eau est un aliment énergétique)
Attachement à la perception (Pendant le jour, la plante verte dégage l'O2 et absorbe le CO2: absence de respiration).
Vision péjorative vis-à-vis des plantes vertes (Pendant la nuit, la plante est dangereuse puisqu'elle dégage le CO2).
Pensée catégorielle (Il y a un seul type de chlorophylle).
Microcentrisme (Le chloroplaste donne une coloration verte aux plantes)
Macrocentrisme (Focalisation sur les plantes vertes en excluant les bactéries photosynthétiques)
Équilibre chimique de l’équation bilan de la photosynthèse
Bilan respiratoire et bilan photosynthétique
La photolyse de l’eau libère des produits (hydrogène et oxygène) qui sont riches en énergie chimique

Généralisations abusives:

Les explications et les exemples sont réduits:

Aux plantes photosynthétiques
A l'anatomie des plantes à feuilles

Les réactions sont focalisées sur:

La création d'énergie
La synthèse des glucides

Les substrats sont réduits aux gaz carbonique et à l'eau

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Questions possibles

Questions motivantes

Questions spécifiques

Questions indirects

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Liaisons enseignements et programmes

Idées ou Réflexions liées à son enseignement

Quelques thématiques envisageables L’étude de la photosynthèse permet d’aborder:

la notion d’autotrophie. À cette fin, de nombreuses expériences sont réalisables.
la notion de biomasse et d'Energie Verte
la notion de pigments végétaux
l'éducation à l'environnement ou de façon plus générale l’éducation au développement durable
des alternatives à la pollution par des solutions écologiques (reboisement, protection de la nature, photosynthèse artificielle,..)
des relations disciplinaires complémentaires (Physique, Optique (couleur, longueur d'onde, lumière..), Chimie, Biochimie, Ecologie,...)

Quelques techniques et outils

l'utilisation de l'ExAO
l'utilisation ou l'exploitation de la chromatographie et de la spectrométrie

Quelques problèmes liés à son enseignement

Manque de matériel (spectroscope) au laboratoire pour voir le spectre de la lumière blanche.
Manque de produits chimiques pour la réalisation des expériences de mise en évidence de la matière organique dans la plante.
Difficulté d'imagination des liaisons chimiques entre les différents atomes.
Difficulté de compréhension de la formule chimique de certains composés et de l’équilibration des réactions chimiques.
Difficulté liées aux sciences physiques, comme par exemple comprendre le spectre de la lumière blanche, la diffraction de la lumière, les radiations lumineuses.
Difficulté logistique au niveau de l’organisation des sorties aux pépinières.

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Aides et astuces

Apporter en classe des produits de la photosynthèse : orange, pomme, poire…
Réaliser des expériences de mise en évidence de la matière organique dans la plante.
Programmer une sortie à une pépinière où il y a des serres pour découvrir comment on peut maitriser les conditions de la photosynthèse.
Réaliser une enquête sur un agrosystème.
Exploiter l’arc en ciel pour expliquer la diffraction d’un rayon lumineux en 7 couleurs.
Utiliser des modèles d’atome d’hydrogène, de carbone et oxygène pour expliquer la photolyse d’eau.
Exploiter des vidéos, des simulations expliquant ou permettant de calculer le bilan de la photosynthèse (vidéo, exao, logiciels, applications...)
Utiliser un stylo feutre sur tableau magique pour marquer la fluorescence au niveau d’un atome constituant une molécule (exemple le carbone du CO2) dans l’équation bilan de la photosynthèse et la suivre dans les produits de la photosynthèse.
Discuter et réfléchir sur des éventualités:

Un écosystème sans photosynthèse
Systèmes de photosynthèse artificiels et/ou les articuler à la pollution et/ou aux énergies renouvelables

Monter l'exemple de la photosynthèse dans l'Energie Verte

Education: Autres liens, sites ou portails

URL :

Bibliographie

Pour citer cette page: ([1])

ABROUGUI, M & al, 2019. Photosynthèse. In Didaquest [en ligne]. <http:www.didaquest.org/wiki/Photosynth%C3%A8se>, consulté le 24, novembre, 2024

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