La photosynthèse et l'énergie solaire

Utilisation de l'énergie solaire par la photosynthèse

• La question est de savoir comment l'énergie solaire est utilisée par la biosphère.
• La photosynthèse est le processus par lequel l'énergie solaire est utilisée.

Les bases de la photosynthèse

• Les chlorophylles sont des pigments verts présents dans les plantes, capables de capter l'énergie lumineuse et de la convertir en énergie chimique.
• Un polymère est une grande molécule composée d'un assemblage répétitif de plus petites molécules.
• Le spectre d'absorption (ou de transmission) est une courbe représentant la quantité de lumière absorbée (ou transmise) par un composé, en fonction de la longueur d'onde.
• Une partie des longueurs d'onde du visible est absorbée par les plantes.
• Le taux d'absorbance n'atteint jamais 100%, quelle que soit la longueur d'onde.
• Une partie de la lumière du soleil est réfléchie par la plante, transmise ou utilisée pour la chaleur et l'évapotranspiration.
• La courbe d'absorbance des pigments chlorophylliens suit le spectre d'action de la photosynthèse.
• L'énergie récupérée par les pigments est utilisée pour la photosynthèse.
• La surface foliaire est importante pour la photosynthèse, par exemple, un jeune oranger portant 2 000 feuilles a une surface externe de 200 m².
• Une expérience montre la production de matière organique par une feuille : une partie de la feuille est cachée, puis exposée à la lumière, décolorée avec de l'eau bouillante, et du lugol est appliqué.
• La partie exposée à la lumière prend une teinte violette (présence d'amidon), tandis que la partie cachée devient jaune avec le lugol.
• Cette réaction chimique permet la production de sucre (amidon) et sans lumière, il n'y a pas de photosynthèse.
• Une partie de l'énergie solaire reçue par les feuilles est utilisée pour la photosynthèse grâce aux pigments chlorophylliens, produisant du glucose et convertissant l'énergie lumineuse en énergie chimique.
• La production primaire de matière organique par unité de temps est réalisée par la photosynthèse, notamment par le phytoplancton et les végétaux dans les océans et sur terre.
• La production primaire est plus forte dans les zones très végétalisées, comme les forêts tropicales.
• Seulement 0,1% de la puissance solaire totale disponible est utilisé par les organismes photosynthétiques pour la photosynthèse.
• Grâce aux pigments comme la chlorophylle, les végétaux absorbent une partie de la lumière visible, tandis que le reste est transmis ou réfléchi.
• Une faible partie de la lumière solaire reçue permet la photosynthèse, qui est la synthèse de matière organique à partir de dioxyde de carbone, d'eau et de sels minéraux.
• Les organismes photosynthétiques utilisent une infime partie de la puissance solaire totale disponible et convertissent une partie de l'énergie solaire en énergie chimique utilisable par les êtres vivants.

Photosynthèse et nutrition

• Le métabolisme cellulaire est l'ensemble des réactions chimiques se déroulant au sein des cellules.
• Les lipides contiennent le plus d'énergie (37kJ par gramme de matière sèche).
• Les êtres vivants utilisent la matière organique issue de la photosynthèse, notamment les herbivores qui ingèrent cette matière organique.
• Une partie de la matière organique est perdue dans le métabolisme de l'organisme, une autre par les déchets.
• Seulement 8% de la matière organique est effectivement transformée en matière organique (croissance des herbivores).
• Les carnivores consomment indirectement la matière organique produite par la photosynthèse, mais en très faible quantité, avec les mêmes pertes que les herbivores.
• La principale perte est due à l'utilisation des nutriments lors de la respiration cellulaire.
• La photosynthèse permet la production primaire de matière organique, qui sert ensuite d'énergie chimique à toute la biosphère.
• Cette matière organique est utilisée pour le métabolisme cellulaire : production d'énergie par respiration cellulaire et synthèse de nouvelles molécules organiques complexes nécessaires aux êtres vivants.

La nutrition et alimentation

• L'énergie chimique nécessaire au métabolisme cellulaire provient de l'alimentation.
• Les nutriments issus de la digestion des aliments sont convertis en une forme d'énergie utilisable par les cellules, permettant les fonctions biologiques, mais une grande partie de cette énergie est dissipée sous forme de chaleur.
• La dépense énergétique totale correspond aux dépenses liées au métabolisme de base (fonctionnement des organes et production de chaleur) plus le travail musculaire réalisé.
• La différence entre la dépense énergétique et les apports énergétiques issus de l'alimentation donne la balance énergétique de l'individu.
• L'Indice de Masse Corporelle (IMC) est calculé comme la masse divisée par la taille au carré (kg/m²).
• Les déséquilibres courants sont la surconsommation de sel et la carence en fer, ayant des conséquences graves sur la santé.
• Les taux d'obésité sont élevés dans les pays riches et les pays du Maghreb, en raison de l'accès facile à la nourriture (souvent de mauvaise qualité) et de la sédentarisation.
• Pour limiter les problèmes de santé, il est conseillé de :
  • Manger 5 fruits et légumes par jour pour un apport suffisant en vitamines et fibres.
  • Manger de manière équilibrée, sans excès.
  • Boire beaucoup d'eau.
  • Limiter les aliments gras, sucrés et salés.
• L'alimentation doit couvrir tous les besoins nutritionnels de l'organisme (quantitatifs et qualitatifs).
• L'équilibre alimentaire repose sur une alimentation variée et adaptée au mode de vie.
• Un déséquilibre persistant peut entraîner des problèmes de santé (malnutrition, obésité, maladies cardiovasculaires, etc.).