Aller au contenu
Klyra
SVTSeconde générale

La photosynthèse : cours de SVT, équation bilan et exercices corrigés

Chapitre de Seconde générale

Un cours pas à pas pour comprendre comment les plantes fabriquent leur matière : êtres autotrophes, feuilles et chloroplastes, équation bilan, expériences, puis trois exercices avec corrections détaillées. Le début est gratuit, sans compte.

Votre progression0%

40 min10 sectionsSeconde générale

CoursVidéoBientôtRévisionBientôtQuizBientôtExercicesBientôtFlashcardsBientôt

1. Les plantes vertes, des êtres autotrophes

Tout être vivant a besoin de matière pour construire ses cellules et d'énergie pour fonctionner. Mais tous ne se procurent pas cette matière de la même façon.

Définition

Autotrophe et hétérotrophe

Un être vivant hétérotrophe ne sait pas fabriquer sa matière organique : il la prélève dans son milieu en mangeant d'autres êtres vivants (c'est le cas des animaux et des champignons).

Un être vivant autotrophe fabrique lui-même sa matière organique à partir de matière minérale (eau, dioxyde de carbone, sels minéraux), en utilisant l'énergie de la lumière : c'est le cas des plantes vertes, des algues et des cyanobactéries.

La matière minérale est celle des roches, de l'eau et de l'air (comme le dioxyde de carbone CO2\mathrm{CO_2}). La matière organique est produite par les êtres vivants : glucides (sucres, amidon, cellulose), lipides (graisses) et protéines. Elle contient toujours du carbone.

La photosynthèse

La photosynthèse est le processus par lequel les cellules chlorophylliennes (plantes vertes, algues, cyanobactéries) fabriquent de la matière organique à partir de dioxyde de carbone et d'eau, en utilisant l'énergie lumineuse, avec libération de dioxygène.

Exemple corrigé : autotrophe ou hétérotrophe ?

Énoncé

Classe ces êtres vivants : un pied de blé, un lapin, un champignon de Paris, une algue verte.

Solution

  • Pied de blé : autotrophe (plante verte, il réalise la photosynthèse).
  • Lapin : hétérotrophe (il mange des végétaux).
  • Champignon de Paris : hétérotrophe (il n'est pas chlorophyllien et se nourrit de matière organique déjà produite).
  • Algue verte : autotrophe (elle contient de la chlorophylle et réalise la photosynthèse).

2. Où et comment : feuilles, chloroplastes et équation bilan

Les feuilles, des organes spécialisés. Une feuille est plate et fine : elle présente une grande surface à la lumière. Elle est parcourue de nervures, qui contiennent des vaisseaux conducteurs, et percée de minuscules orifices, les stomates, par lesquels se font les échanges de gaz avec l'air : le dioxyde de carbone entre, le dioxygène sort.

Les chloroplastes. Les cellules du tissu interne de la feuille contiennent des chloroplastes, de petits organites verts. Ils renferment la chlorophylle, un pigment qui absorbe surtout la lumière rouge et bleue (et réfléchit le vert, d'où la couleur des feuilles). C'est dans les chloroplastes que se déroule la photosynthèse.

Les matières premières. L'eau et les sels minéraux sont prélevés dans le sol par les racines puis acheminés vers les feuilles par la sève brute. Le dioxyde de carbone vient de l'air. La matière organique produite est ensuite distribuée aux autres organes par la sève élaborée.

L'équation bilan de la photosynthèse

6 CO2+6 H2O→lumieˋreC6H12O6+6 O26\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{lumière}} \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}

Le dioxyde de carbone et l'eau (matière minérale) sont transformés, grâce à l'énergie lumineuse, en glucose (matière organique) et en dioxygène.

Exemple corrigé : un bilan chiffré

Énoncé

Pour fabriquer 11 mol de glucose, quelles quantités de matière de dioxyde de carbone et d'eau sont consommées ? Quelle quantité de dioxygène est libérée ? Vérifie la conservation de la masse.

Solution

Les coefficients de l'équation donnent les proportions : pour 11 mol de glucose, il faut 66 mol de CO2\mathrm{CO_2} et 66 mol de H2O\mathrm{H_2O}, et on libère 66 mol de O2\mathrm{O_2}.

Avec M(CO2)=44 g⋅mol−1M(\mathrm{CO_2}) = 44\ \mathrm{g \cdot mol^{-1}}, M(H2O)=18 g⋅mol−1M(\mathrm{H_2O}) = 18\ \mathrm{g \cdot mol^{-1}}, M(C6H12O6)=180 g⋅mol−1M(\mathrm{C_6H_{12}O_6}) = 180\ \mathrm{g \cdot mol^{-1}} et M(O2)=32 g⋅mol−1M(\mathrm{O_2}) = 32\ \mathrm{g \cdot mol^{-1}} :

  • masse des réactifs : 6×44+6×18=264+108=372 g6 \times 44 + 6 \times 18 = 264 + 108 = 372\ \mathrm{g} ;
  • masse des produits : 180+6×32=180+192=372 g180 + 6 \times 32 = 180 + 192 = 372\ \mathrm{g}.

Les deux masses sont égales : la masse est conservée.

D'où vient le dioxygène ?

On pourrait croire que le dioxygène libéré vient du dioxyde de carbone. Ce n'est pas le cas : il provient de l'eau. Tu le verras dans la suite du cours.

3. Mettre en évidence la photosynthèse

Comment prouver qu'une feuille fabrique de la matière organique à la lumière ? On cherche des traces de la photosynthèse : de l'amidon (que la plante fabrique à partir du glucose) et du dioxygène.

Le test à l'eau iodée

L'eau iodée (jaune-orangé) devient bleu-noir au contact de l'amidon. Pour l'appliquer à une feuille, on la plonge d'abord dans de l'eau chaude puis dans de l'alcool chaud, qui la décolore (on voit mieux la couleur), puis on la rince et on la recouvre d'eau iodée.

Quelles conditions faut-il ? On compare des feuilles placées dans des conditions différentes, en ne changeant qu'un seul facteur à la fois :

Condition testéeRésultat avec l'eau iodéeConclusion
Zone verte, éclairée, avec CO2\mathrm{CO_2}Bleu-noirLa plante fabrique de l'amidon
Zone blanche (sans chlorophylle), éclairéePas de colorationLa chlorophylle est nécessaire
Zone verte cachée par de l'aluminiumPas de colorationLa lumière est nécessaire
Zone verte placée sans CO2\mathrm{CO_2}Pas de colorationLe dioxyde de carbone est nécessaire

On utilise souvent une feuille panachée (en partie verte, en partie blanche) pour étudier le rôle de la chlorophylle.

Le dioxygène. Une plante aquatique comme l'élodée, placée sous une lampe, dégage des bulles de gaz : c'est du dioxygène. À l'obscurité, ce dégagement s'arrête. On peut aussi mesurer la concentration de dioxygène dans l'eau avec un capteur (expérience assistée par ordinateur) : elle augmente à la lumière.

Le rôle de l'expérience témoin

Pour conclure sur un facteur (la lumière, par exemple), il faut une expérience témoin : deux montages identiques qui ne diffèrent que par ce facteur. Sans témoin, on ne peut pas savoir si la différence observée vient de lui.

Pourquoi on cherche de l'amidon et pas du glucose

Le glucose est produit en premier, mais il est aussitôt utilisé ou transformé : il ne s'accumule pas dans la feuille. Il est en partie stocké sous forme d'amidon, que l'eau iodée détecte facilement. L'amidon est donc le témoin de la photosynthèse.

4. Résumé et méthode

À retenir

  • Les plantes vertes sont autotrophes : elles fabriquent leur matière organique par photosynthèse.
  • Elle a lieu dans les chloroplastes des cellules chlorophylliennes, surtout dans les feuilles.
  • Équation bilan : 6 CO2+6 H2O→lumieˋreC6H12O6+6 O26\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{lumière}} \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}.
  • Échanges gazeux par les stomates : le CO2\mathrm{CO_2} entre, le O2\mathrm{O_2} sort.
  • Le test à l'eau iodée (bleu-noir) révèle l'amidon, témoin de la photosynthèse.

Erreurs fréquentes

  • Inverser les réactifs et les produits : la photosynthèse consomme du CO2\mathrm{CO_2} et libère du O2\mathrm{O_2} (la respiration fait l'inverse).
  • Dire que la plante « respire » seulement la nuit : elle respire jour et nuit, mais le jour la photosynthèse masque la respiration.
  • Oublier la lumière dans la réponse : sans énergie lumineuse, pas de photosynthèse.
  • Conclure sans expérience témoin.
  • Croire que les racines « mangent » la terre : elles absorbent de l'eau et des sels minéraux, mais pas la matière organique des plantes.

Méthode : exploiter une expérience

  1. Identifier ce qui change entre les montages (le facteur testé) et ce qui ne change pas.
  2. Lire précisément le résultat de chaque montage.
  3. Conclure en reliant le facteur au résultat : « sans… il n'y a pas… donc… est nécessaire ».

Trois exercices d'application

Exercice 1 : compléter un texte

Facile

Complète avec les mots : chlorophylle, stomates, dioxygène, lumière, chloroplastes, glucose.

Les plantes vertes réalisent la photosynthèse dans leurs ……………, qui contiennent un pigment vert, la ……………. Cette réaction utilise l'énergie de la ……………. Elle produit du …………… et libère du ……………. Les gaz entrent et sortent de la feuille par les ……………

Voir la correction détaillée

Les plantes vertes réalisent la photosynthèse dans leurs chloroplastes, qui contiennent un pigment vert, la chlorophylle. Cette réaction utilise l'énergie de la lumière. Elle produit du glucose et libère du dioxygène. Les gaz entrent et sortent de la feuille par les stomates.

Exercice 2 : un bilan de matière

Moyen

Une plante produit 0,500{,}50 mol de glucose. Quelles quantités de dioxyde de carbone consommé et de dioxygène libéré cela représente-t-il ? Quelle masse de dioxygène est libérée (M(O2)=32 g⋅mol−1M(\mathrm{O_2}) = 32\ \mathrm{g \cdot mol^{-1}}) ?

Voir la correction détaillée

D'après l'équation 6 CO2+6 H2O⟶C6H12O6+6 O26\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O} \longrightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\,\mathrm{O_2}, pour 11 mol de glucose il faut 66 mol de CO2\mathrm{CO_2} et on libère 66 mol de O2\mathrm{O_2}. Donc, pour 0,500{,}50 mol de glucose :

  • n(CO2)=6×0,50=3,0 moln(\mathrm{CO_2}) = 6 \times 0{,}50 = 3{,}0\ \mathrm{mol} ;
  • n(O2)=6×0,50=3,0 moln(\mathrm{O_2}) = 6 \times 0{,}50 = 3{,}0\ \mathrm{mol} ;
  • m(O2)=n×M=3,0×32=96 gm(\mathrm{O_2}) = n \times M = 3{,}0 \times 32 = 96\ \mathrm{g}.

Exercice 3 : interpréter une expérience

Moyen

On éclaire une feuille de géranium panachée (zones vertes et zones blanches). Après décoloration et traitement à l'eau iodée, seules les zones qui étaient vertes sont bleu-noir.

  1. Quelle substance l'eau iodée révèle-t-elle ?
  2. Que peux-tu conclure sur le rôle de la chlorophylle ?
  3. Quelle zone joue le rôle de témoin ?
Voir la correction détaillée

  1. L'eau iodée révèle la présence d'amidon, que la plante fabrique à partir du glucose issu de la photosynthèse.

  2. Seules les zones vertes (contenant de la chlorophylle) ont produit de l'amidon. Les zones blanches, pourtant éclairées de la même façon, n'en ont pas produit : la chlorophylle est nécessaire à la photosynthèse.

  3. Les zones blanches jouent le rôle de témoin : elles reçoivent exactement les mêmes conditions (lumière, CO2\mathrm{CO_2}, eau) mais n'ont pas de chlorophylle. La seule différence est donc la chlorophylle.

Débloque la suite du cours

Tu connais l'essentiel de la photosynthèse. Crée gratuitement ton compte Klyra pour accéder à la suite : les deux étapes, les facteurs, le devenir de la matière, l'atmosphère et le climat, exercices et quiz.

  1. VerrouilléLes deux étapes de la photosynthèse
  2. VerrouilléLes facteurs qui influencent la photosynthèse
  3. VerrouilléLe devenir de la matière organique
  4. VerrouilléPhotosynthèse, atmosphère et climat
  5. VerrouilléExercices progressifs avec corrections détaillées
  6. VerrouilléQuiz final de 10 questions avec explications
Créer un compte gratuitementJ'ai déjà un compte — Se connecter