TPE : L'énergie Solaire

II) La photosynthèse

a) Fonctionnement

Nous avons voulu montrer que la plante chlorophyllienne effectue à la lumière la photosynthèse et la respiration cellulaire à l’obscurité. Pour cela, nous avons réalisé une expérience dans la partie SVT.

Matériel :

• Un bac à ExAO
• Une sonde à O₂
• Une sonde à CO₂
• Une lampe
• Une cuve avec un cache (pour les différentes phases)
• Une solution d’euglène + eau

Expérience :

Nous avons fait une alternance entre l'obscurité et la lumière avec la plante aquatique chlorophyllienne à intervalle régulier. A l'aide du bac à ExAO, nous avons eu les résultats sous forme de graphique de la quantité de CO₂ et d'O₂ variante.

Pour cause de disfonctionnement de la sonde à CO₂ nous avons seulement relevé la variation de la quantité d’O₂. Nous avons donc exposé de façon alternée la plante chlorophyllienne à des phases d’obscurité et de lumière de deux minutes d’intervalles.

On observe qu’à la lumière la quantité d’oxygène augmente. En revanche, à l’obscurité nous avons l’inverse : la quantité l’O₂ diminue. Nous pouvons ainsi en déduire que pour la première phase, le CO₂ a été consommé et l’O₂ produit.

Pour la deuxième phase, l’O₂ a été consommé et le CO₂ ainsi produit. Nous concluons donc sur le fait qu’une plante chlorophyllienne effectue à la lumière (avec de l’eau) la photosynthèse, et la respiration cellulaire comme l’Homme dans l’obscurité.

On peut donc commencer par expliquer que les plantes vertes, tout comme l’Homme et les animaux, effectuent la réaction chimique de la respiration cellulaire nécessaire à sa croissance. Ce phénomène s’effectue pendant la nuit en l’absence de lumière chez celles-ci : elles consomment des nutriments (glucose) et du dioxygène (O₂) et rejettent en contrepartie du dioxyde de carbone (CO₂). Cependant, ces plantes vertes, possédant de la chlorophylle, sont capables de produire de l'oxygène grâce au mécanisme de la photosynthèse en présence de lumière et d’eau et de dioxyde de carbone. Nous nous intéresserons ainsi à ce dernier phénomène.

Par étymologie, photosynthèse se compose de « photo » (lumière) et « synthèse » qui évoque la réunion à partir de plusieurs substances. La réaction de la photosynthèse a donc pour formule :

On peut noter que la chlorophylle est indispensable à la photosynthèse. En effet, cette réaction a lieu dans les feuilles de la plante et plus particulièrement au niveau celle-ci.

La chlorophylle est un pigment (c'est-à-dire une molécule apparaissant colorée à l’œil humain) vert qui donne la couleur à la plante. Il existe 4 types de chlorophylles : la chlorophylle a qui est la plus présente chez les végétaux, la chlorophylle b que l’on retrouve chez les algues vertes, la chlorophylle c chez les algues brunes et la chlorophylle d chez les algues rouges. La chlorophylle se trouve dans les chloroplastes et permettent de capter les photons qui seront ensuite réorientés vers des centres réactionnels : ceux-ci convertiront ainsi cette énergie lumineuse en énergie chimique.

b) les conséquences

La photosynthèse a plusieurs impacts : elle a un impact sur son propre fonctionnement et mais également sur celui de la Terre.

La matière organique créée par la plante verte va être utilisée pour son fonctionnement. Cependant, une partie est utilisée tout au long de sa croissance et une autre partie est stockée et utilisée pendant l'automne : l'arbre va ainsi économiser cette partie pendant l'automne et l'hiver car le climat n'est pas compatible avec la photosynthèse. Ainsi les feuilles tombent de l'arbre pour ne pas utiliser plus d'énergie que nécessaire. Nous pouvons aussi noter que, avant que les feuilles tombent de l'arbre, la chlorophylle se décompose et ainsi les feuilles perdent leurs colorations.

En outre nous savons que le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre, et que par conséquent il emprisonne les rayons du Soleil dans l'atmosphère ce qui provoque un réchauffement climatique. Or, le mécanisme de la photosynthèse absorbe le dioxyde de carbone et ainsi réduit ces gaz à effet de serre. C'est pour cela que certains espaces verts comme les jardins, les parcs ou les forêts sont favorisé pour participer à réduire ces gaz effets de serre.

c) Réutilisation du principe de la photosynthèse artificiellement

Grâce à la technique de la photosynthèse, les scientifiques ont réutilisé ce principe afin de la recréer artificiellement. De cette manière, l'énergie électrique pourra être créée par électrolyse de l'eau qui aura pour effet de séparer l'hydrogène de l'eau à l'aide de l'énergie solaire. En effet, avec un moteur ou une pile à combustion, on sait que l'hydrogène peut amener à une production d'énergie électrique. Ainsi, cette méthode pourrait répondre à nos besoins énergétique sachant qu'elle constitue un rendement très élevé par rapport à l'énergie solaire photovoltaïque actuellement produite tout en étant respectueuse de l'environnement du fait que l'émission de dioxyde de carbone soit inexistante.

A ce jour, en terme d'avancée, l'équipe du professeur Daniel Nocera du MIT a annoncé en mars 2011 avoir réussi à recréer une feuille artificielle capable de décomposer l'eau en oxygène et hydrogène à l'aide de la lumière du soleil. Cette feuille (composé de silicium, d'électronique ainsi que de catalyseurs comme le cobalt ou le nickel) placée dans 4 litres d'eau permettrait de couvrir en énergie un foyer pendant une journée.
Cette exploitation de la photosynthèse artificielle tend à devenir un saut technologique et un pari scientifique.