LA PHOTOSYNTHESE

PHOTOSYNTHESE LAMRANI ZOUHAIRE
I/ INTRODUCTION:
L'autotrophie végétale, c'est à dire la faculté qu'ont les végétaux de synthétiser leur biomasse
à partir de molécules minérales simples (eau, sels minéraux du sol, gaz carbonique et oxygène de
l'air) repose sur un pigment, la chlorophylle a. Celle-ci localisée dans un organite, le chloroplaste
utilise la lumière comme source d'énergie, Cette dernière provient du soleil ce qui assure une source
externe illimitée. Bien que seulement 1% de l'énergie solaire incidente (19 % réfléchie, 50 %
utilisée par la transpiration, 30 % est transmise et 1 % utilisée par la photosynthèse) soit utilisée
pour la photosynthèse, les plantes fixent annuellement 3 x 1021 joules d'énergie d'origine solaire
(pour comparaison, la consommation mondiale actuelle d'énergie prise sous toutes ses formes est de
3 x 1020 joules). Donc les plantes vertes ne peuvent vivre sans lumière, laquelle apporte l'énergie
nécessaire aux réactions biochimiques assurant l'autotrophie végétale. Donc la photosynthèse est le
phénomène physiologique présenté par les végétaux verts (ou encore les algues bleues ou brunes ou
certaines bactéries) grâce auquel une partie de l'énergie solaire incidente peut être convertie en
énergie chimique utilisée pour la biosynthèse de certaines molécules organiques (en particulier des
glucides) à partir d'éléments minéraux simples comme le gaz carbonique et l'eau. Ce phénomène
qui est à l'origine de toute vie dans la Biosphère a lieu par l'intermédiaire de réactions
photochimiques qui se produisent grâce aux pigments chlorophylliens situés dans les membranes
chloroplastiques. La machine photosynthétique fonctionne de la façon suivante: l'énergie
photonique momentanément dans certaines molécules de chlorophylle subissant des transitions
électroniques est ensuite transmise, par une suite de réactions complexes mettant en jeu des
transferts d'électrons (donc des réactions d'oxydo-réduction), à des cofacteurs et sert finalement à la
biosynthèse de molécules organiques.
L'énergie lumineuse est captée dans les chloroplastes des végétaux verts par des substances
colorées ou pigments qui appartiennent à deux groupes chimiques distincts:
1/ Le groupe des porphyrines est représenté par les chlorophylles, de coloration verte, dont

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les molécules comportent un noyau porphyrique, constitué de quatre groupes pyrroliques. Ce noyau
tétrapyrrolique porte deux groupements carboxyliques estérifiés l'un par le méthanol, l'autre par le
phytol (alcool à longue chaîne C20H39OH). La chlorophylle a comporte un radical CH3 sur le noyau
tétrapyrrolique, alors que la chlorophylle b comporte un radical CHO.
2/ Le groupe des caroténoïdes, substances de couleur jaune, est constitué par les carotènes,
qui sont des hydrocarbures, et par les xanthophylles, qui en différent par la présence d'oxygène dans
leurs molécules.
Les algues bleues ou rouges contiennent, en plus de la chlorophylle a, des pigments bleus
ou rouges, appartenant au groupe des phycobilines. Ces molécules sont constituées de tétrapyrroles,
comme la partie polaire de la molécule de chlorophylle, mais n'ayant ni Mg2+ ni structure cyclique.
II/ LA CAPTATION DE L'ENERGIE:
1/ Les divers état excités possibles de la molécule de chlorophylle:
La lumière est constituée de corpuscules, les photons dont chacun porte un quantum
d'énergie. Quant un photon est capté par une molécule organique, l'énergie qu'il transporte peut être
communiquée à un électron qui, si l'énergie du photon est suffisante, se trouve porté sur une orbite
moléculaire plus externe, correspondant à un niveau énergétique plus élevé. Dans la plupart des
molécules organiques, les électrons capables de subir ces changements d'orbites sont groupés deux
par deux (électrons π), ils possèdent chacun un spin (mouvement rotatif) opposé, les deux spins
sont dits encore antiparallèles.
Lors de l'excitation de la molécule, un seul électron de la paire passe sur une orbite plus

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externe tout en gardant la même orientation de son spin (état singulet), puis il retourne rapidement à
son orbite primitive, libérant de l'énergie sous forme soit de chaleur (ωo), soit de chaleur et de
lumière réémise (fluorescence).
Effet de l'absorption d'un photon dans une molécule excitable
D'une autre part des collisions internes peuvent provoquer le renversement du spin de
l'électron qui est passé sur une orbite extérieure. Il en résulte un état d'excitation dans lequel les
spins des 2 électrons appariés sont parallèles [état triplet]. La durée moyenne de vie des états

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singulets est très courte (10-11 à 10-9 s) avec retour rapide de l'électron sur son orbite primitive. La
durée de vie de l'etat triplet est nettement supérieure (10-5 à 10-3 s): l'électron dont le spin a été
inversé ne peut directement rejoindre son orbite initiale. Il faut une nouvelle collision pour redresser
le spin entre deux molécules voisines: l'énergie lumineuse est alors transformée en énergie
chimique. Cela se traduit par l'ionisation de la molécule, laquelle perd un électron.
La chlophylle a présente deux pics d'absorption, l'un dans le bleu (430 nm), l'autre dans le
rouge (660 nm), et peu donc capter des photons de lumière rouge ou des photons de lumière bleue.
- Un photon de lumière rouge fait passer un électron de l'état fondamental à l'état excité
singulet primaire; un photon de lumière bleue, plus énergétique, est capable de projeter l'électron
sur une orbite plus extérieure correspondant à niveau énergétique plus élevé (état excité singulet
secondaire).
- Ces deux états singulets sont très instables:
 L'électron à l'état singulet secondaire retombe en 10-11 s à l'état singulet primaire,
l'énergie étant dissipée sous forme de chaleur.
 Le retour de l'état singulet primaire à l'état fondamental peut être directe (durée
10-9 s), ou passer par un état triplet intermédiaire (durée jusqu'à 10-3 s).
 Dans le premier cas il y a fluorescence, c'est-à-dire réémission d'un photon de moindre
énergie, une partie de l'énergie libérée par l'électron étant sous forme de chaleur:
hυ = hυ´ + ωo
photon incident photon réémis chaleur