La puissante molécule de chlorophylle : Principes, fonctions et applications dans le monde réel
Qu’est-ce que la chlorophylle ? – Les producteurs peuvent être des scientifiques.
Qu’est-ce que la chlorophylle ? C’est un élément essentiel des plantes qui permet de convertir la lumière en énergie utilisable pour la croissance des plantes. Mais certains d’entre nous sont intimidés par toute la science qui se cache derrière les coulisses. Dans cet article, nous démystifions ce sujet fascinant afin d’aider les cultivateurs et les scientifiques en herbe à comprendre les détails en même temps que la situation dans son ensemble.
- Quelle est la fonction de la chlorophylle ?
- Quelle est la formule de la chlorophylle ?
- Où se trouvent les molécules de chlorophylle ?
- Qu’est-ce qu’une molécule ? Un peu de science.
- Que sont les molécules de chlorophylle ? Chlorophylle-a et Chlorophylle-b
- La chlorophylle est une molécule de pigment
- Comment la chlorophylle interagit avec la lumière
- La chlorophylle et le cycle de la vie
- Stimuler la photosynthèse grâce à un meilleur contrôle de la lumière
Fig 1 – Photo par Pixabay
Quelle est la fonction de la chlorophylle ?
Quand on y pense, presque tout ce que nous mangeons, directement ou indirectement, provient de plantes. Même la viande qui se trouve dans nos assiettes provient d’herbivores qui se nourrissent exclusivement de plantes. Au cœur de ce réseau alimentaire se trouve une seule molécule : la chlorophylle.
La chlorophylle est le pigment vert des cellules végétales qui déclenche la photosynthèse, processus par lequel les plantes transforment la lumière du soleil, le dioxyde de carbone et l’eau en glucose riche en énergie. Cette énergie alimente la croissance des plantes qui, à leur tour, soutiennent toutes les autres formes de vie sur la planète, que ce soit sous forme de nourriture, d’oxygène ou d’habitat.
Sans chlorophylle, la photosynthèse ne pourrait pas avoir lieu, ce qui signifie que les plantes ne pousseraient pas, que l’oxygène ne serait pas libéré dans l’atmosphère et que la chaîne alimentaire telle que nous la connaissons s’effondrerait. Des algues microscopiques aux arbres imposants, la chlorophylle est la molécule qui alimente la vie elle-même. C’est pourquoi de nombreux scientifiques le considèrent, avec l’eau, comme l’une des substances les plus vitales pour le maintien de la vie sur Terre.
Quelle est la formule de la chlorophylle ?
La chlorophylle n’est pas une molécule unique, mais plutôt une famille de composés apparentés. Les deux types les plus courants dans les plantes sont la chlorophylle a et la chlorophylle b :
- Chlorophylle a : C₅₅H₇₂O₅N₄Mg
- Chlorophylle b : C₅₅H₇₀O₆N₄Mg
Ces molécules ont une structure commune : un grand anneau de porphyrine coordonné avec un ion magnésium central (Mg²⁺). Cette structure leur permet d’absorber efficacement l’énergie lumineuse. La légère variation de leurs chaînes latérales permet aux chlorophylles a et b d’absorber différentes longueurs d’onde de la lumière, ce qui permet aux plantes de capter une gamme plus large de radiations solaires pour la photosynthèse.
Ce sont ces structures moléculaires qui confèrent à la chlorophylle sa remarquable capacité à convertir l’énergie solaire en énergie chimique, alimentant non seulement la plante, mais aussi la quasi-totalité de la vie sur Terre.
Fig 2 – Tous les aliments proviennent en fin de compte de plantes – Photo de Lina Kivaka (Pexels)
Où se trouvent les molécules de chlorophylle ?
La molécule de chlorophylle fait partie du processus de photosynthèse des plantes, qui a fait l’objet d’un article précédent (ici). Nous avons mentionné que la photosynthèse se produit dans la cellule végétale > Cellule végétale > Chloroplaste > Thylakoïde > Membrane du thylakoïde.
Fig 3 – La chlorophylle fait partie de la photosynthèse qui se produit dans la membrane thylakoïde (cliquer sur l’image pour l’agrandir).
La membrane thylakoïde contient une sorte d’usine qui reçoit la lumière et la transforme en énergie végétale utilisable (ADP et NADPH). Dans cette usine se trouvent les composants PSII et PSI, qui contiennent des molécules de chlorophylle absorbant la lumière.
Fig 4 – L’usine de transformation de la lumière en énergie dans la membrane du thylakoïde
Qu’est-ce qu’une molécule ? Un peu de science.
Il est facile de comprendre ce qu’est une molécule en pensant à l’eau. Un « atome » est un élément fondamental et universel. Par exemple, il existe des atomes d’oxygène et des atomes d’hydrogène. Si vous reliez un atome d’oxygène à deux atomes d’hydrogène, vous obtenez une molécule H2O ou simplement de l’eau. Le dioxyde de carbone (CO2) est constitué d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène, tous reliés entre eux. Une molécule est donc simplement un groupe d’atomes reliés entre eux pour former une substance unique.
Mais H2O est un liquide et CO2 est un gaz. Leurs propriétés diffèrent, mais pourquoi ? Parce que les caractéristiques de leurs structures moléculaires sont intrinsèquement différentes : la masse des atomes, la charge et les sous-particules à l’intérieur de chaque atome.
Cela dit, une molécule de chlorophylle est simplement un ensemble d’atomes reliés entre eux. Sa structure moléculaire détermine ses propriétés uniques, qui sont d’absorber la lumière et de déclencher la photosynthèse.
Fig 6 – La molécule de chlorophylle
Fig 5 – Atomes et molécules
Que sont les molécules de chlorophylle ? Chlorophylle-a et Chlorophylle-b
Comme nous l’avons mentionné, la structure moléculaire de la chlorophylle détermine sa capacité à absorber la lumière. Mais pas n’importe quelle couleur de lumière. Les plantes ont évolué vers deux types de chlorophylle, la chlorophylle-a et la chlorophylle-b.
La chlorophylle-a et la chlorophylle-b résident toutes deux dans les cellules PSII et PSI de notre usine. Cependant, la chlorophylle-b absorbe mieux la lumière bleue, tandis que la chlorophylle-a absorbe mieux la lumière rouge. Ils sont fondamentalement similaires, à l’exception d’une infime partie de leur structure moléculaire (figure 7). Mais cette petite différence modifie les capacités d’absorption de la lumière des deux.
Figure 7 – Chlorophylle-a et Chlorophylle-b, différenciées par une petite formation sur la tête de la molécule.
La chlorophylle est une molécule de pigment
Comme nous l’avons mentionné, les deux molécules de chlorophylle peuvent absorber la lumière. Les chlorophylles réfléchissent également la lumière, principalement dans la partie verte du spectre, ce qui explique l’aspect vert des plantes.
La capacité d’une molécule à interagir avec la lumière en fait une« molécule pigmentaire« . La plupart des objets qui peuvent présenter une couleur ont des molécules de pigment, comme les peintures et les teintures, mais il existe également des molécules de pigment naturel, par exemple dans la couleur de nos cheveux.
Toutefois, certains objets, tels que le verre transparent ou l’eau, ne contiennent pas de molécules de pigment.
Le diagramme d’absorption ou les courbes de sensibilité (figure 8) montrent la molécule de pigment chlorophylle en action.
- Chlorophylle a : Pics principaux autour de 430nm (bleu) et 662nm (rouge).
- Chlorophylle b : pics principaux autour de 453nm (bleu) et 642nm (orange)
Remarquez également que la zone vert-jaune présente un creux important, ce qui s’explique par le fait qu’au lieu d’absorber le vert, la feuille le reflète ou le transmet.
Fig 8 (courbes de sensibilité à la chlorophylle) – image par Daniele Pugliesi CCA Share Alike 3.0
Fig 9 – Les chlorophylles utilisent la lumière bleue et rouge pour la photosynthèse. Sous la canopée, la lumière rouge lointaine est plus abondante et c’est là que les phytochromes entrent en jeu.
Comment la chlorophylle interagit avec la lumière : Le rôle des longueurs d’onde bleues et rouges
La réponse à cette question est une conséquence fascinante de l’évolution.
Lumière bleue
La lumière bleue a une longueur d’onde plus courte que les autres couleurs du spectre visuel, et une longueur d’onde plus courte signifie qu’elle contient plus d’énergie – en d’autres termes, la lumière bleue a un meilleur rapport qualité-prix. Les plantes ont évolué pour tirer parti de ce regain d’énergie.
Les feuilles qui font directement face au soleil verront le spectre complet des couleurs (figure 10) tomber sur leur surface. Cependant, les feuilles qui ne sont pas orientées vers le soleil mais qui sont toujours tournées vers le vaste ciel bleu profiteront de cette lumière bleue (figure 11). C’est ce qu’on appelle la lumière indirecte du soleil ; de nombreuses plantes d’intérieur s’en accommodent parfaitement.
Lumière rouge
Qu’en est-il du feu rouge ? La figure 8 montre que la chlorophylle-a élargit la gamme des spectres disponibles pour la photosynthèse.
Lumière rouge lointaine
Les stratégies mentionnées ci-dessus sont des moyens évolutifs que les plantes utilisent pour optimiser la récolte de l’énergie lumineuse. Même sous une canopée dense, une certaine photosynthèse peut encore avoir lieu, car une partie de la lumière bleue et rouge pénètre. Cependant, les spectres de lumière les plus abondants sous les feuilles sont les rouges lointains, au-dessus de 700 nm (voir figure 12). C’est là que les phytochromes interviennent, en absorbant l’énergie des rayons ultraviolets pour augmenter la production de chlorophylle et favoriser la croissance des tiges. (Voir Phytochromes et Photomorphogenèse).
Fig 10 – Spectre complet de couleurs sous la lumière directe du soleil – Les plantes utilisent à la fois la chlorophylle-a et la chlorophylle-b.
Fig 11 – Spectre du ciel bleu pour les feuilles orientées vers l’extérieur du soleil (lumière solaire indirecte) – La chlorphylle-b peut encore employer la lumière bleue.
Fig 12 – Spectre sous une canopée où la photosynthèse est mise à mal, mais au-dessus de 700 nm, c’est le rouge lointain où les phytochromes viennent à la rescousse.
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La chlorophylle et le cycle de la vie
La chlorophylle donne le coup d’envoi de la photosynthèse, qui permet aux plantes de croître et de devenir la nourriture ou l’aliment dérivé qui entretient toute vie. De cette vie naît un engrais riche en azote (excréments) qui recommence le processus sur les terres agricoles. La photosynthèse recycle également le CO2 étouffant et produit le précieux oxygène que nous respirons.
C’est le modèle par excellence d’un écosystème durable, et tout commence avec la chlorophylle.
Dans cet article, nous avons abordé le quoi, le où et le comment de la chlorophylle pour les cultivateurs qui veulent devenir des scientifiques en herbe. Nous espérons vous avoir éclairé ou avoir comblé quelques lacunes sur cette puissante molécule et vous avoir convaincu que la science n’est pas si mauvaise après tout.
Fig 13 – Photo de Joshua J. Cotten sur Unsplash
Conclusion : Stimulez la photosynthèse grâce à une meilleure surveillance de la lumière
Comprendre comment la chlorophylle interagit avec la lumière – en particulier les longueurs d’onde bleues et rouges – nous aide à reconnaître ce dont les plantes ont réellement besoin pour une croissance saine. Cependant, la théorie seule ne suffit pas. Dans la pratique, la qualité spectrale des lampes de culture peut varier considérablement et, en l’absence de mesures précises, il est difficile de s’assurer que les plantes reçoivent le spectre lumineux optimal pour la photosynthèse.
C’est là que le PARmètre spectral PG200N de UPRtek fait la différence. Spécialement conçu pour l « évaluation de l » éclairage horticole, le PG200N offre une analyse spectrale précise dans la gamme PAR (400-700 nm) et dispose d’un mode de comparaison de la chlorophylle. Cette fonction unique superpose les courbes de sensibilité spectrale de la chlorophylle a et b sur le spectre mesuré en temps réel de vos lampes de culture, ce qui vous permet de.. :
- Comparer visuellement l’intensité lumineuse avec les pics d’absorption de la chlorophylle.
- Vérifiez si votre système d’éclairage actuel favorise réellement l’efficacité de la photosynthèse.
- Ajuster les stratégies d’éclairage sur la base de données scientifiques et non d’hypothèses
Avec le PG200N, vous pouvez prendre des décisions éclairées et basées sur des données pour améliorer les performances de l’usine. Que vous gériez une ferme verticale, une serre ou un centre de recherche, un meilleur contrôle de la lumière signifie une meilleure photosynthèse et de meilleurs résultats.
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