Feuille et soleil

Feuille et soleil  (pictureimpressions, iStockphotos)

Les fonctions des plantes

Parlons sciences
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Résumé

Renseignez-vous sur les fonctions végétales importantes que sont la photosynthèse, la respiration et de transpiration. Puis, rencontrez le Dr Smith, professeur de sciences végétales de l'Université McGill à Montréal.

Les plantes ont une caractéristique importante qui les rend différentes de tous les autres organismes. Elles sont autotrophes. Ce qui veut dire qu’elles produisent leur propre nourriture à partir de matières inorganiques par un processus appelé photosynthèse. Au contraire, les humains et les autres animaux sont hétérotrophes, ce qui signifie que nous devons trouver notre nourriture à l’extérieur de nous-mêmes.

La photosynthèse

La photosynthèse est le processus qui permet aux plantes de convertir lénergie de la lumière captée par les chloroplastes en énergie chimique dont elles ont besoin pour assurer leur survie quotidienne. Les pigments de chlorophylle dans les chloroplastes utilisent l’eau et le dioxyde de carbone de l’air pour former des hydrates de carbone et stocker l’énergie dans leurs liaisons chimiques. Les hydrates de carbone sont des composés qui comprennent tous les sucres simples (p. ex., le sucrose ou sucre ordinaire) ainsi que les sucres complexes comme lamidon et la cellulose qui entreposent l’énergie dans les plantes. Les hydrates de carbone peuvent être stockés dans différentes parties de la plante comme les feuilles et les tiges (p. ex., pommes de terre). Ils peuvent également être conservés dans les fruits sous forme de pectine ; c’est pourquoi les fruits peuvent être très sucrés. Les racines, comme les carottes, sont également des organes d’entreposage des hydrates de carbone.

Les processus de la photosynthèse
Les processus de la photosynthèse (Parlons sciences en utilisant une image de lv_design via iStockphoto).

Pleins feux sur l’innovation

Les biocarburants avancés à ExxonMobil

La demande mondiale d’énergie devrait augmenter d’environ 25 % d’ici 2040. ExxonMobil est une entreprise qui trouve des moyens de répondre à la demande mondiale d’énergie tout en réduisant les émissions de carbone en créant des biocarburants. Contrairement à la plupart des carburants fabriqués à partir de pétrole, les biocarburants sont des carburants fabriqués à partir de plantes.

Les biocarburants utilisés aujourd’hui sont principalement fabriqués à partir de cultures agricoles. On peut, par exemple, utiliser la canne à sucre et le maïs pour faire de l’éthanol, ou des huiles végétales comme celle de soja, pour faire du biodiésel. Les scientifiques d’ExxonMobil transforment les algues et les déchets végétaux, comme les tiges de maïs et la paille de blé, en biocarburants.

L’utilisation d’algues pour les biocarburants a de nombreux avantages. Contrairement au maïs, qui n’est récolté qu’une fois par an, les algues peuvent être récoltées plusieurs fois tout au long de l’année. Les algues peuvent également être produites sur des terres qui ne conviennent pas à d’autres fins. Et elles peuvent utiliser de l’eau qui ne peut pas être utilisée pour la production alimentaire. Les algues peuvent même purifier l’eau polluée! Les algocarburants (biocarburants produits par des algues) ont aussi le potentiel d’être produits à grande échelle.

Comment cela fonctionne-t-il? Les algues produisent trois choses : des protéines, du sucre et de la graisse (des lipides). Le biocarburant est fabriqué à partir de la partie lipidique (gras) des algues. La plupart des espèces d’algues ne produisent pas beaucoup de lipides. ExxonMobil et Synthetic Genomics, Inc. (SGI) travaillent donc ensemble pour identifier et modifier les algues afin qu’elles produisent plus de lipides.

Les biocarburants peuvent réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre par rapport aux autres carburants utilisés pour le transport parce que les plantes éliminent le dioxyde de carbone (CO2) de l’atmosphère lors de leur croissance. De plus, le biodiésel peut être utilisé par les voitures diésel existantes, sans y apporter de changements majeurs.

ExxonMobil s’efforce d’identifier la meilleure façon de rendre disponibles ces technologies révolutionnaires aux consommateurs. Ils combinent la science et l’ingénierie pour développer des biocarburants qui sont abordables pour les clients et plus écologiques pour l’environnement. ExxonMobil vise à produire 10 000 barils d’algocarburants par jour d’ici 2025.

Recherche sur les biocarburants
Recherche sur les biocarburants (Source : © ExxonMobil. Utilisé avec permission).

La respiration

La respiration est essentiellement le processus inverse de la photosynthèse. Dans la première étape de ce processus, l’oxygène réagit avec le sucre contenu dans une cellule végétale et libère l’énergie chimique contenue dans le sucre. L’énergie libérée est transférée vers une nouvelle molécule appelée ATP (adénosine triphosphate). La molécule d’ATP peut ensuite être transportée dans la cellule où elle peut être utilisée pour accomplir différentes tâches. Ce processus libère du dioxyde de carbone et de l’eau. Contrairement à la photosynthèse, qui peut se produire uniquement lorsqu’il y a de la lumière, la respiration peut se produire le jour et la nuit.

La transpiration

La transpiration est le terme utilisé pour décrire lévaporation de l’eau de la surface des feuilles et des tiges. La transpiration est une composante essentielle de la photosynthèse et de la respiration. L’eau produite durant la respiration quitte la plante par des structures spécialisées appelées stomates (petits pores dans la feuille qui peuvent s’ouvrir et se fermer au besoin) [voir la figure 16]. Le dioxyde de carbone dont la plante a besoin pour la photosynthèse peut également pénétrer par ces stomates. L’eau entre dans la plante par les racines, par le processus d’osmose. L’eau se déplace dans la tige de la plante dans le tissu spécialisé appelé xylème et peut ensuite quitter la feuille de la plante par les stomates.

Lorsque l’eau est rare, la plante doit garder son eau. Elle le fait en fermant ses stomates, ce qui réduit l’évaporation de l’eau, mais également la quantité de dioxyde de carbone qui peut pénétrer dans la plante. Cela entraîne une diminution de la photosynthèse et un ralentissement de la croissance. Cela permet toutefois à la plante d’économiser l’eau essentielle à sa survie. Pendant ce temps, la plante peut utiliser l’énergie qu’elle a entreposée.

Comme les plantes ne peuvent se déplacer pour trouver de l’énergie et de l’eau, elles ont développé plusieurs moyens uniques pour répondre à leurs besoins. Elles conservent un équilibre délicat entre l’absorption d’eau et de nutriments par les racines et le captage d’énergie par les feuilles. Leur anatomie et celle de leurs cellules font en sorte qu’elles puissent accomplir les fonctions spécialisées qui leur permettent de survivre dans divers habitats.

Stomata on the surface of a leaf
Un stomate à la surface d’une feuille (Source : Photohound [Domain public] via Wikimedia Commons).

Ma carrière

Donald Smith, Ph. D.

Président et directeur scientifique, BiofuelNet Canada

Donald Smith, Ph. D., est professeur au Département de science végétale de l’Université McGill et président de BiofuelNet Canada, un organisme qui rassemble des scientifiques de tout le pays s’intéressant à la recherche sur les biocarburants avancés.

Les biocarburants avancés sont fabriqués à partir de matériaux non alimentaires, tels que les algues, les déchets agricoles (parties de plantes qu’on ne peut manger ni utiliser d’autres façons), les résidus forestiers (parties d’arbres qui ne sont pas utilisées dans l’industrie du bois de sciage ni pour fabriquer du papier) et même les déchets municipaux. À l’heure actuelle, ces produits sont considérés comme inutilisables. Si nous les transformions en biocarburants, nous pourrions mieux utiliser nos ressources agricoles et forestières, nous n’aurions pas toujours besoin de transformer le milieu naturel en fermes pour cultiver les champs afin de produire des biocarburants et nous réduirions les gaz à effet de serre produits par le Canada. Les matières premières de biomasse servant à produire les biocarburants avancés peuvent aussi provenir des plantes cultivées dans des terres qui ne conviennent pas à la production alimentaire. 

Smith et son équipe aident les scientifiques qui travaillent dans le même domaine à réaliser leurs objectifs de recherche, car ils leur permettent de collaborer entre eux. Ensemble, ils ont beaucoup plus de chances de résoudre des problèmes importants et de faire des découvertes marquantes. Collaborer, échanger de l’information et apprendre des autres sont des volets importants du travail des scientifiques. 

Dr. Donald Smith
Dr. Donald Smith (© BiofuelNet. Utilisée avec permission).

 

Références

Crash Course. (2012). Plant cells: Crash Course biology #6.

Rader's Biology 4 Kids. (n.d.). Photosynthesis.

Virginia Cooperative Extension. (n.d.). 4-H virtual forest.

Wonderville.ca. (n.d.). Photosynthesis. Science Alberta Foundation.