Activité et schéma sur la photosynthèse et énergie chimique

Activité 9 : SVT

Dans un premier temps, les végétaux chlorophylliens reçoivent l’énergie du soleil, qui est indispensable à la photosynthèse. En effet celle-ci est la production de matière organique par ces organismes en utilisant la lumière, l’eau, des minéraux et aussi du dioxyde de carbone. Toute l’atmosphère utilise directement ou indirectement l’énergie solaire. La biosphère est l’ensemble des organismes vivants et leurs milieux de vie, donc la totalité des écosystèmes présents sur Terre. Les organismes vivants ont besoin de matières organiques pour se développer et croître. Certaines espèces la fabriquent, ce sont les autotrophes, et d’autres la récupèrent dans leur environnement car ils n’ont pas la capacité de la fabriquer eux-mêmes, ce sont les hétérotrophes. Les autotrophes sont capables de créer leur propre matière organique à partir de matière minérale comme les végétaux chlorophylliens : ce sont des producteurs primaires. Les hétérotrophes sont des producteurs secondaires. Ainsi, nous pouvons nous demander comment l’énergie solaire est-elle utilisée indirectement par les autres êtres vivants ? Et que deviennent les molécules fabriquées par la photosynthèse ?

        En premier lieu, l’énergie solaire est utile directement pour tous les êtres vivants. Le document 2 p 140 nous présente la circulation de la matière et de l’énergie dans une forêt. Un végétal peut effectuer la photosynthèse grâce à ses racines, qui lui rapportent eau et sels minéraux, et à l’énergie lumineuse et au CO2. Les végétaux reçoivent 5 248 617 kJ/m²/an d’énergie lumineuse, dont 5 206 088 kJ/m²/an, énergie que les végétaux n’ont pas utilisé. Il y a donc 43 529 kJ/m²/an d’énergie lumineuse seulement qui est utilisée pour la photosynthèse. L’énergie non utilisée est dispersée, diffusée ou absorbée. L’énergie ayant contribué pour la photosynthèse est utilisée pour la productivité primaire brute des végétaux. La respiration fait perdre 23 941 kJ/m²/an (environ 80%) d’énergie de la productivité primaire brute. Une partie de la productivité primaire brute, 12 711 kJ/m²/an, représente l’énergie dans la matière en voie de décomposition, qui rentre dans la chaine des décomposeurs. Une autre partie, 6 877 kJ/m²/an représente la quantité d’énergie qui constitue la productivité primaire nette, elle rentre donc dans la chaine alimentaire animale. L’énergie utilisée par la respiration des animaux et des décomposeurs est de 14 871 kJ/m²/an. L’énergie solaire est utilisée par tous les êtres vivants car elle circule dans la biosphère grâce à la photosynthèse et l’alimentation. Donc tous les êtres vivants y trouvent son utilité et s’en servent.

        De plus l’énergie lumineuse permet la formation de matière lors de la photosynthèse. Cette matière organique circule à travers la biosphère. Le document 1 p 140 nous montre une pyramide écologique où les niveaux trophiques sont représentés : celui des végétaux, celui des herbivores, puis des carnivores de 1er ordre et de 2e ordre. Les végétaux représentent la productivité primaire nette. Cela correspond à la production de biomasse que l’ensemble des organismes photosynthétiques de cet écosystème fabriquent par unité de surface et par unité de temps. Or, nous pouvons voir que les végétaux se trouvent en bas de la pyramide avec 1 000 g/m²/an de productivité primaire nette. Les herbivores eux sont à 200 g/m²/an de productivité, 30 pour les carnivores de 1er ordre et 3 pour les carnivores de 2e ordre. Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes, ils peuvent donc fabriquer leur propre matière organique, ils sont donc en bas de la pyramide et leur productivité est grande, ce sont des producteurs primaires. Les animaux sont hétérotrophes, ils recyclent la matière organique, ce sont des producteurs secondaires. Les plantes ont une productivité primaire nette plus élevée que les animaux car la chaîne alimentaire est plus longue, de sorte, la productivité diminue à mesure que les organismes sont consommés.

        Enfin les différents êtres vivants se servent des molécules organiques fabriquées par la photosynthèse. L’expérience du doc 3 p 141 permet de distinguer deux métabolismes différents : la respiration et la fermentation. Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques cellulaires qui mettent en jeu des nutriments. La respiration correspond à l’oxydation de molécule comme le glucose, et la fermentation correspond à la transformation des molécules organiques pour produire de l’énergie en absence d’oxygène. Après la première minute, la solution de glucose a été injectée dans la suspension de levure. L'O2 dissous était plus élevé que le CO2 dissous et l'éthanol avant l'infusion de matières organiques (glucose). Après l'injection, le dioxygène a chuté de manière significative et sa quantité était presque nulle à 7 minutes, et le CO2 et l'éthanol ont augmenté à mesure que l'O2 diminuait. Le doc 1 de l’annexe explique que dans les cellules de champignons (levures), le glucose est dégradé en présence de dioxygène, le dioxygène baisse donc rapidement pour produire de l’énergie pour la cellule, de l’énergie thermique, du CO2 et de l’eau. C’est la respiration. Mais quand il n’y a plus d’oxygène, les levures pratiquent la fermentation : c’est pour cela qu’à la 7ème minute, l’éthanol et le CO2 augmentent toujours L’énergie créée lors de ces métabolismes permet le fonctionnement de l’organisme, elle est essentielle. Le doc 2 de l’annexe présente l’ATP, une molécule énergétique essentielle à la vie des cellules. L’ATP se dégrade en ADP et en phosphate inorganique. Cette dégradation libère 30kJ/mol d’énergie qui va être utilisée dans les réactions métaboliques des cellules. La dégradation d’une molécule de glucose permet de produire 36 molécules d’ATP par respiration et 2 molécules d’ATP par la fermentation : la respiration produit donc plus d’énergie. Le doc 3 de l’annexe présente les exemples d’utilisation de la matière organique produite par le blé qui est un organisme autotrophe. Il permet la fabrication de grains et de farine. Les grains sont mangés par les poules qui vont utiliser cette matière organique pour produire de l’énergie à travers la respiration. La farine (le pain) va être consommée par l’Homme pour produire de l’énergie par respiration mais la pâte doit être levée avant de cuire. La levure va permettre de lever cette pâte grâce à la fermentation en utilisant l’amidon présent dans la pâte. Ainsi la matière organique contribue a la survie de toute la chaîne alimentaire.

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