Les plantes vertes constituent la principale source de tous les besoins en énergie biotique d'un écosystème.
La photosynthèse et la respiration sont deux phénomènes que produisent les plantes vertes. Sous une lumière particulièrement intense, la photosynthèse est le processus dominant (ce qui signifie que la plante produit davantage de nutriments qu'elle n'en utilise durant la respiration). Pendant la nuit, ou en l'absence de lumière, la photosynthèse cesse, et la respiration devient le processus dominant : la plante consomme des nutriments (pour sa croissance ou une autre réaction métabolique).
Les deux processus sont montrés dans l'équation simplifiée ci-dessus. Durant la photosynthèse, l'énergie (de la lumière du Soleil) est absorbée, tandis que la respiration aérobique produit de l'énergie (résultat de l'oxydation du glucose, la molécule d'hydrate de carbone que l'on voit ici).
Noter que les deux processus sont « opposés », l'un produisant du glucose (la photosynthèse) et l'autre en consommant (la respiration).
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Une façon simple d'obtenir une estimation du niveau d'activité photosynthétique d'une plante verte consiste à la placer dans un contenant scellé et de mesurer la vitesse de la production d'oxygène.
Lorsqu'on fait cette expérience, on constate qu'en augmentant la luminosité (l'intensité de la lumière), la vitesse de la photosynthèse s'accroît, mais jusqu'à un certain point seulement, au-delà duquel l'intensité lumineuse n'a plus aucun effet sur la photosynthèse.
À l'inverse, lorsqu'on réduit la luminosité, la photosynthèse ralentit.
L'intensité de lumière à laquelle la quantité d'oxygène nette produite est nulle s'appelle le point de compensation de la lumière. À ce point, la consommation d'oxygène de la plante durant la respiration cellulaire est égale à la quantité d'oxygène produite par la photosynthèse.
Le point de compensation de la lumière varie selon le type de plante, mais il se situe habituellement autour de 40 à 60 W/m2 pour la lumière du Soleil. On peut réduire quelque peu le point de compensation de la lumière en augmentant la quantité de dioxyde de carbone en présence, ce qui permet à la plante de croître dans des conditions de faible intensité lumineuse.
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Dans des conditions de luminosité constante et uniforme, le rendement photosynthétique peut être accru simplement par l'augmentation de la quantité de dioxyde de carbone disponible (c.-à-d., en augmentant la pression atmosphérique partielle) pour les plantes.
Comme on l'a vu auparavant, il est possible de mesurer le rendement photosynthétique en tant que fonction de la pression du dioxyde de carbone en plaçant une plante verte dans un contenant scellé et en mesurant la vitesse de production de l'oxygène.
À mesure qu'augmente la pression partielle du dioxyde de carbone, une augmentation presque linéaire du taux de production d'oxygène se produit, ce qui se traduit par un rendement photosynthétique identique.
Tôt ou tard, l'augmentation s'équilibre et les augmentations ultérieures de la concentration de dioxyde de carbone n'ont plus d'incidence.
À l'inverse, la réduction de la concentration de dioxyde de carbone diminue le rendement photosynthétique. Le niveau auquel le taux de production d'oxygène tombe à zéro s'appelle le point de compensation du dioxyde de carbone.
Le point de compensation de la lumière (des plantes photosynthétiques) représente l'intensité lumineuse à laquelle la vitesse d'absorption du dioxyde de carbone (photosynthèse) est contrebalancée par la production du dioxyde de carbone (respiration); ou, à l'inverse, l'intensité lumineuse à laquelle la vitesse de production de l'oxygène est exactement contrebalancée par la vitesse de consommation de l'oxygène. Ce qui nous intéresse avant tout est la production d'aliments; nous allons donc observer la troisième équivalence, soit la vitesse de production des aliments (les hydrates de carbone) contrebalancée par la vitesse de leur consommation. Dans l'illustration à gauche, la ligne rouge montre le taux de production des hydrates de carbone durant la photosynthèse. La ligne verte indique le taux de consommation des hydrates de carbone attribuable à la respiration. La courbe de la photosynthèse s'explique par l'augmentation de la lumière du Soleil durant la journée, et la courbe de la respiration s'explique par l'augmentation de la température durant la journée. |
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Comme la photosynthèse produit des hydrates de carbone, la vitesse à laquelle la de ceux-ci varie est positive durant ce processus, c'est-à-dire que leur quantité augmente. À l'opposé, la respiration entraîne une consommation des hydrates de carbone. Par conséquent, la vitesse à laquelle les hydrates de carbone varient est négative durant leur respiration, c'est-à-dire que la quantité diminue. Cela est illustrés dans le graphique de gauche. La zone en jaune représente la quantité totale d'hydrates de carbone produite pendant une période de 24 heures (attribuable à la photosynthèse). La zone en vert représente la quantité totale d'hydrates de carbone consommée durant la respiration. Pour qu'une plante verte puisse survivre, croître et produire des fruits à maturité, la zone jaune (a) doit excéder la zone verte (b). |
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La zone (a), soit la quantité totale d'hydrates de carbone produite par la photosynthèse, peut être accrue de deux fa çons :
1. En augmentant l'intensité de la lumière (luminosité).Le danger est que la lumière soit trop intense et que la chaleur produite endommage les délicates cellules des plantes, tout en faisant augmenter la vitesse de transpiration, ce qui aurait pour effet de flétrir les feuilles. Bien entendu, il y a une limite au-delà de laquelle l'intensité lumineuse n'a plus d'incidence sur le rendement photosynthétique. Pour la plupart des plantes, cela se produit lorsque l'intensité lumineuse équivaut à environ 40 % de la lumière du jour. |
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2. En allongeant la durée d'exposition des feuilles à la lumière.Dans le cas de la lumière naturelle du Soleil, il n'est habituellement pas possible d'accroître la durée pendant laquelle la plante est exposée à la lumière du jour. Pour augmenter le temps d'exposition à la lumière produisant la photosynthèse, il faut avoir recours à la lumière artificielle. |
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Si l'énergie électrique disponible est suffisante, la durée et l'intensité de la lumière peuvent alors être contrôlées pour optimiser les conditions de croissance des plantes vertes. Le problème, c'est que l'utilisation de la lumière artificielle pour faire pousser les plantes vertes constitue un très mauvais usage de l'énergie. |
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Bien que l'intensité maximale (luminosité) de la lumière du Soleil sur Mars soit beaucoup moindre que sur Terre, les saisons y sont deux fois plus longues que sur notre planète, même si l'on suppose qu'au début, toute la vie sur Mars se produira à proximité de l'équateur martien, où les changements de saisons sont moins notables ?
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Étudiez la relation entre la croissance de plantes et la durée de lumière disponible. Mettez d'abord en place un système de lampes de serre sur une minuterie de maison ordinaire.
Vous pouvez utiliser les graines de Tomatosphère pour cette expérience (en autant qu'elles appartiennent au même groupe : A, B ou C).
Installez plusieurs étagères avec les lampes de serre au-dessus de chacune d'elles. Toutes les lampes doivent être situées à la même distance des plants de sorte que l'intensité lumineuse soit autant que possible la même pour tous.
La variable dans cette expérience est la durée de la lumière et non l'intensité.
Toutes les autres conditions de croissance doivent être les mêmes : l'eau, l'engrais et la chaleur doivent être identiques pour tous les plants.
Une fois l'installation terminée, réglez les minuteries de l'éclairage à 6, 12 et 18 heures, respectivement.
Créez un registre pour consigner vos observations.
Chaque jour
Chaque semaine
Au besoin
