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Comment les plantes fabriquent-elles notre oxygène ?

MétéoSuisse-Blog | 06 juillet 2023
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Cet article est en quelque sorte une suite du blog du 1er mai consacré à l’histoire de l’atmosphère. Nous y avons vu que l’oxygène est entré dans la composition de l’atmosphère primitive sous forme de vapeur d’eau (H2O) et de dioxyde de carbone (CO2), tous deux inutilisables en l’état pour permettre la respiration par les animaux. Ce sont les organismes végétaux qui, les premiers, furent en mesure de produire l’oxygène qui nous permet de vivre aujourd’hui : le dioxygène (O2). L’article est un peu technique mais pas inabordable, et surtout il casse une idée reçue.

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Lorsque nous respirons, nous inspirons de l’oxygène (O2) et expirons du gaz carbonique (CO2) et de la vapeur d’eau (H2O). Ainsi fait également la combustion de nombreux composés carbonés comme le bois ou l’essence par exemple. Au cours des deux milliards d’années qui ont suivi l’apparition de la vie, l’oxygène a donc été consommé par d’innombrables organismes vivants ainsi que par de non moins innombrables incendies de forêt et véhicules à moteur. Pourtant, la proportion de cet oxygène dans l’atmosphère est restée quasiment constante.  Ce n’est que récemment – dans l’histoire de l’humanité – que l’homme a découvert la source du dioxygène de l’atmosphère qui nous permet de respirer : les végétaux.

La feuille que nous voyons ci-dessus est bien plus qu’un panneau solaire, c’est une véritable usine ! En effet, c’est ici que sont fabriqués tous les éléments nécessaires à la vie et à la croissance du végétal. Les plantes sont dites « autotrophes », ce qui signifie littéralement qu’elles fabriquent (on peut dire aussi « synthétisent ») elles-mêmes les éléments qui les composent (protéines, lipides, glucides, etc…) ; l’énergie pour ce faire leur est fournie directement par le rayonnement solaire, et les briques élémentaires par le sol (azote, calcium, phosphore, etc…) ou par l’atmosphère (CO2) ; l’eau joue entre autre le rôle de transporteur des éléments de base ainsi que des produits finis. Cette « fabrication à partir de la lumière » porte le nom savant de « photosynthèse ». Tout cela, se fait dans une simple feuille !

Le rôle des plantes dans ce que l’on appela alors la « purification de l’air » fut mis en évidence à la fin du XVIIIème siècle par un savant anglais, JohnPriestley. Il alluma une chandelle dans un compartiment d’air isolé dans lequel il mit également un brin de menthe vivant. La chandelle s’éteignit naturellement après consommation de tout l’oxygène (pas encore identifié comme tel à cette époque). Toutefois, une dizaine de jours plus tard, il fut à nouveau possible d’allumer une chandelle dans le même air. Pristley venait de découvrir l’oxygène et la raison pour laquelle l’air restait respirable sur Terre ; il venait de découvrir que l’oxygène se renouvelait et comment. Il ne réalisa toutefois pas l’importance de sa découverte, dont l’honneur revint plus tard au Français Lavoisier.

En 1796, le Hollandais Jan Ingenhousz montra que l’air n’était « purifié » par les plantes qu’en présence de la lumière du soleil et seulement par leurs parties vertes. Il fut le premier à suggérer que les plantes utilisaient le dioxyde de carbone présent dans l’air pour le scinder, intégrant le carbone à leurs composantes et rejetant l’oxygène dans l’atmosphère. Selon lui, la réaction globale de la photosynthèse était donc la suivante :

CO2 (gaz carbonique) + H2O (eau) + énergie lumineuse ---> CH2O (glucide) + O2 (dioxygène respirable).

Comme on le voit, selon lui l’atome de carbone (C) allait donc simplement s’associer à la molécule d’eau (H2O) pour former un sucre (glucide), et le reliquat de la molécule de gaz carbonique formait notre dioxygène respirable. Cette hypothèse était assez logique et fut parfaitement admise durant longtemps. Un seul problème cependant : elle était fausse !

Cette théorie fut contredite lorsqu’on s’aperçut que les plantes n’étaient pas les seules à effectuer la photosynthèse, mais que des bactéries en étaient aussi capables. Or certaines de ces bactéries – que l’on appelle les bactéries sulfureuses pourpres – réduisent le carbone en glucide et ne rejettent pas de l’oxygène mais du soufre. Un chercheur de l’université de Stanfort, C. B. Van Niel, proposa donc la réaction suivante pour expliquer la photosynthèse de ces bactéries :

CO2 +2H2S (sulfure d’hydrogène) + énergie lumineuse ---> CH2O (glucide) + H2O (eau) + 2S (soufre)

Cette théorie était révolutionnaire, car elle supposait que c’était l’eau et non le dioxyde de carbone qui était la source du dioxygène dans la photosynthèse. La preuve étant que lorsque l’on remplace de l’eau (H2O) par du sulfure d’hydrogène (H2S), le produit est du soufre.

La preuve définitive de la justesse de cette théorie fut apportée en 1941 lorsque des chercheurs, pour en avoir le cœur net, utilisèrent un type différent d’oxygène (appelé un isotope) dans la molécule d’eau que dans le dioxyde de carbone. Le résultat de leur analyse donna la réaction suivante (O(i) est l’isotope) :

CO2 (gaz carbonique) + 2H2O(i) (2 molécules d’eau isotopique)+ énergie lumineuse ---> CH2O (glucide) + H2O (une molécule d’eau normale) + O(i)2 (dioxygène isotopique)

Nous savons donc maintenant avec certitude qu’en ce qui concerne les plantes vertes et les algues, qui utilisent de l’eau dans leur processus de photosynthèse, l’oxygène qui est libéré provient non pas du gaz carbonique de l’atmosphère mais de l’eau.

Ainsi, non contents d’être à la base de toute nourriture en convertissant l’énergie solaire et les éléments primaires en matière assimilable par les autres êtres vivants, les végétaux sont également la source de notre oxygène.

Nous savons donc désormais ce que nous leur devons : TOUT !

Merci les plantes !