La photosynthèse, terme signifiant littéralement « synthèse par la lumière », est un phénomène naturel silencieux mais fondamental, qui régit l'équilibre de tous les écosystèmes terrestres. Elle représente le procédé par lequel les végétaux, ainsi que certaines algues et bactéries, transforment l'énergie lumineuse du soleil en énergie chimique, produisant leur propre nourriture et, par extension, la base de la chaîne alimentaire pour tous les autres organismes. C'est un processus d'une importance capitale non seulement pour la survie des plantes elles-mêmes, mais aussi pour la régulation du climat planétaire et la production d'oxygène, un gaz indispensable à la vie sur Terre.
Ce mécanisme complexe, qui s'est adapté aux changements environnementaux majeurs au fil des milliards d'années, implique la captation du dioxyde de carbone de l'atmosphère, l'absorption de l'eau du sol, et la conversion de l'énergie solaire en sucres. Il est souvent cité au cœur des débats sur la réduction des émissions de CO₂ atmosphérique, car les plantes absorbent activement ce gaz pour le convertir en composés organiques et en glucose, contribuant ainsi à la diminution de ses taux sur Terre. Une bonne gestion des éléments nutritifs est également essentielle pour une croissance optimale des plantes, car les engrais ne sont efficaces que s'ils sont appliqués correctement au bon moment, en synergie avec ces processus naturels.
Photosynthèse et respiration : Deux faces d'une même médaille pour la croissance végétale
La croissance d'une plante est, en bref, la différence entre la photosynthèse et la respiration. Si une plante est capable de produire plus pendant la photosynthèse que sa consommation pendant la respiration, elle pousse, ce qui se traduit par une augmentation de sa matière sèche, ou masse. Ces deux processus sont complémentaires et essentiels au métabolisme des plantes, utilisant les mêmes gaz dans des « sens » opposés.
La photosynthèse : La fabrication de sucres à partir de la lumière et du CO₂
La photosynthèse est le nom donné à la réaction complexe utilisée par la plante pour transformer l'énergie du soleil en sucres, c'est-à-dire des hydrates de carbone. En d'autres termes, la plante prend du dioxyde de carbone de l'air et l'eau du sol, et les associe pour former ces hydrates de carbone. Ce processus ne se produit que pendant la journée, en présence de lumière, et dépend étroitement de la température et de l'exposition à la lumière.
Elle a lieu principalement dans les feuilles, plus précisément dans les chloroplastes, qui contiennent la chlorophylle, le pigment responsable de la couleur verte des feuilles. C'est la chlorophylle qui capte la lumière du soleil. L'oxygène est un sous-produit de la phase lumineuse de la photosynthèse, libéré lorsque l'énergie lumineuse, captée par la chlorophylle, fractionne les molécules d'eau absorbées par les racines. Lors de cette scission, appelée photolyse de l'eau, les électrons et protons sont utilisés pour produire de l'ATP (adénosine triphosphate) et du NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate), des formes d'énergie chimique.
L'équation chimique de la photosynthèse peut s'écrire ainsi :6CO₂ + 6H₂O + énergie lumineuse → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.Cela signifie que six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d'eau, avec de l'énergie lumineuse, produisent une molécule de glucose (sucre) et six molécules d'oxygène. Le carbone reste emprisonné dans les racines, le tronc et les branches, où il sert à créer la matière organique, tandis que l'oxygène est rejeté dans l'atmosphère.
La respiration : La libération d'énergie pour les fonctions vitales
Les plantes, comme les hommes, brûlent des sucres et produisent du dioxyde de carbone pendant la respiration. En plus des sucres, la respiration nécessite également de l'oxygène et de l'eau. Contrairement à la photosynthèse, la respiration ne nécessite pas de lumière et se produit à la fois pendant la journée et la nuit.
La respiration cellulaire permet à la plante d'utiliser le glucose produit lors de la photosynthèse pour libérer de l'énergie (ATP), nécessaire à toutes ses fonctions vitales : croissance, floraison, défense, etc. Elle a lieu dans toutes les cellules de la plante, principalement dans les mitochondries, de jour comme de nuit.
Les étapes clés de la respiration sont les suivantes : le glucose (issu de la photosynthèse ou des réserves) est dégradé, ce processus consomme de l'oxygène (O₂), et il produit de l'énergie (ATP), du CO₂ et de l'eau. Le CO₂ produit peut être en partie réutilisé pour la photosynthèse en journée.L'équation de la respiration est la suivante :C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + énergie.Pour résumer, la plante se nourrit avec le glucose créé via la photosynthèse en journée et pousse grâce à l'énergie produite lors de la respiration. Quant au dioxyde de carbone, la moitié est assimilée par la masse végétale (biomasse) avant de rejoindre le sol, et l'autre moitié retourne dans l'atmosphère par la respiration.
Comparaison de la Photosynthèse et de la Respiration Cellulaire
L'importance vitale de la photosynthèse et de la respiration
Ces deux processus sont fondamentaux pour la vie sur Terre et pour la survie des plantes elles-mêmes.
Rôle essentiel de la photosynthèse
La photosynthèse est le point de départ de la chaîne alimentaire, produisant la matière organique à partir d'éléments minéraux. Elle permet la production d'oxygène, indispensable à la vie sur Terre, et fixe le carbone de l'atmosphère, jouant un rôle crucial dans la régulation du climat. Elle est à l'origine de la plus grande partie des molécules de la chaîne alimentaire des êtres vivants et de la majorité de la biomasse organique de notre planète. La photosynthèse fixe ainsi chaque année de 115 à 120 milliards de tonnes de carbone à partir du CO₂ de l'air, dont 60 pour les continents. Pour y parvenir, les végétaux utilisent une toute petite partie (environ 1 à 2%) de l'énergie solaire qui arrive sur notre planète. À l'échelle du globe, c'est une puissance avoisinant 130-140 térawatts (1 térawatt = 10¹² watts), ce qui équivaut à environ six fois la consommation énergétique de l'humanité.
Rôle essentiel de la respiration
La respiration fournit à la plante l'énergie nécessaire à sa survie et à son développement. Elle permet la dégradation contrôlée des sucres produits par la photosynthèse et est indispensable pour les organes non photosynthétiques tels que les racines, les fleurs et les graines.
Le cycle du carbone et la photosynthèse
Le carbone est l'un des principaux éléments de la matière organique constituant les êtres vivants. Ce sont les végétaux qui le fixent lors de leur croissance, à partir du CO₂ présent sous forme dissoute dans les océans ou sous forme gazeuse dans l'atmosphère. Il est ensuite soit rejeté dans l'air ou dans l'eau par la respiration, soit séquestré plus ou moins longtemps dans les sols et les fonds marins. La photosynthèse est donc étroitement liée au cycle du carbone, contribuant à son équilibre en captant le dioxyde de carbone.
Les étapes détaillées de la photosynthèse
La photosynthèse est un phénomène qui se déroule en plusieurs étapes distinctes. Pour qu'elle se produise, il faut entre autres : de l'énergie solaire, des molécules d'eau connectées aux racines, des éléments minéraux, une température adéquate (ni trop faible ni trop élevée) et une plante dotée de chloroplastes pour capter l'énergie du soleil.
La captation de la lumière et du dioxyde de carbone
En premier lieu, c'est l'étape de la captation de la lumière et du dioxyde de carbone par les feuilles des végétaux grâce à la chlorophylle. L'origine de la synthèse du CO₂ par les plantes se fait car elles captent la lumière du soleil grâce à leurs feuilles. Ce sont les chloroplastes contenus sur les feuilles qui contiennent la chlorophylle.
La phase lumineuse (ou photochimique)
Puis, différentes réactions chimiques ont lieu, désignées comme la « phase lumineuse ». C'est le moment où la plante, nourrie par différents composés organiques, émet différentes protéines pour permettre le transport de l'énergie vers la prochaine étape. Au cours de ce processus, les molécules d'eau H₂O sont les donneurs d'électrons (e⁻) et de protons (H⁺) et de dioxygène (O₂), nécessaires à ces transformations. L'énergie acquise est ensuite transmise à des complexes protéines/pigments (photosystèmes) qui convertissent, via une succession de réactions d'oxydo-réduction, l'énergie des photons en énergie électrique puis chimique stockée sous forme de molécules organiques riches en énergie et de pouvoir réducteur (NADPH). Simultanément, l'établissement d'un gradient de protons de part et d'autre de la membrane des thylacoïdes apporte l'énergie nécessaire pour la synthèse d'ATP.
La phase sombre (ou cycle de Calvin et Benson)
Lors de la phase sombre, également appelée phase de Calvin et Benson, le dioxyde de carbone est transformé en glucose. De l'oxygène est également créé en tant que sous-produit lors de cette réaction. Le carbone disponible dans l'atmosphère sert à produire de nouvelles molécules organiques dans la plante. Ces molécules sont ensuite consommées ou stockées dans les végétaux.
Les mécanismes biochimiques impliqués dans la fixation du carbone du CO₂ de l'air nécessitent la présence d'un récepteur carboné et d'une enzyme qui assure cette fixation ou, plus exactement, cette carboxylation, donnant naissance à des composés organiques. Des premières expérimentations utilisant comme marqueur l'isotope radioactif ¹¹CO₂ ont montré que le carbone ¹¹C se retrouvait dans un composé à trois atomes de carbone, laissant supposer que l'accepteur du carbone du CO₂ était un composé à deux carbones. C'est en utilisant le ¹⁴CO₂ comme traceur radioactif que Benson a observé que le carbone du ¹⁴CO₂, se fixe sur une structure carbonée préexistante plus complexe : un composé phosphorylé à cinq carbones, le ribulose-1,5-bisphosphate ou RuBP. Ce composé présente une structure chimique favorable à l'ajout d'un carbone (ou carboxylation). L'enzyme qui assure la fixation du carbone du CO₂ sur le RuBP est une carboxylase, la RuBP carboxylase, dénommée par la suite RubisCO (Ribulose bisphosphate Carboxylase Oxygénase). La RubisCO, enzyme complexe de poids moléculaire élevé (550 kDa), est localisée dans le stroma des chloroplastes où elle représente 30 à 50% des protéines solubles. Enzyme la plus importante quantitativement de la biosphère, la RubisCO constitue ainsi la principale réserve d'azote organique des feuilles.
Pour six molécules de trioses phosphates synthétisées, une seule est destinée à la synthèse de glucides, d'acides aminés, de lipides, etc. Les cinq autres molécules de trioses phosphates sont utilisées pour régénérer le RuBP, l'accepteur de CO₂.
Comparaison de la Photosynthèse et de la Respiration Cellulaire
L'influence de la température sur la photosynthèse
La température affecte différemment les processus biophysiques et les processus métaboliques. Les processus biophysiques comme l'absorption de la lumière par les pigments chlorophylliens et la formation de NADPH et d'ATP sont peu sensibles aux variations de température. En revanche, les réactions biochimiques à l'origine de la fixation de CO₂ et d'O₂ et de la synthèse des sucres, de même que les échanges de molécules entre compartiments cellulaires et organes, en dépendent fortement. Dans les régions tempérées, la température de l'air et des végétaux est sujette à de fortes variations saisonnières et journalières qui sont parallèles à la quantité d'énergie solaire arrivant à la surface du sol. Les plantes peuvent, à des degrés divers, s'adapter à des variations journalières rapides de température, entre matin et fin de journée par exemple. Les changements rapides de la température des feuilles suivent habituellement les variations de l'ensoleillement. Les plantes peuvent également s'acclimater à des changements de température de longue durée. Dans tous les cas, la température à laquelle on observe le maximum d'activité photosynthétique suit la température de croissance.
La production d'oxygène au cours des temps géologiques
Les premières réactions photosynthétiques sont apparues il y a plus de trois milliards d'années quand l'atmosphère était quasiment dépourvue de dioxygène O₂ mais composée essentiellement d'eau (H₂O), de dioxyde de carbone CO₂ (10 à 15%), de dioxyde d'azote (N₂), et d'hydrogène sulfuré (H₂S). À cette époque, lors de la transformation de l'énergie de la lumière en molécules énergétiques, les bactéries photosynthétiques primitives, comme les bactéries pourpres sulfureuses et les bactéries vertes sulfureuses, oxydaient l'hydrogène sulfuré.
Avec l'apparition des ancêtres des cyanobactéries, l'H₂O est devenu le substrat quasiment inépuisable d'oxydation et le pourvoyeur d'électrons et de protons avec libération d'oxygène dans l'atmosphère. La photosynthèse est devenue de type oxygénique. Après l'apparition, il y a environ 2,5 milliards d'années, de la photosynthèse oxygénique source d'oxygène, la concentration en O₂ dans l'atmosphère est restée pendant une longue période très faible en raison de la forte capacité des minéraux à piéger l'oxygène sous forme d'oxyde de fer (Fe₂O₃). Cette phase dans l'histoire de la Terre est clairement marquée dans des couches géologiques rouges riches en ce composé ferrique. Après saturation des minéraux en oxygène, c'est-à-dire après la période de la « grande oxydation » il y a 2,4 milliards d'années environ, l'oxygène libéré par l'activité photosynthétique des cyanobactéries et des eucaryotes s'est alors répandu dans l'atmosphère.
L'oxygène : Une contrainte pour la photosynthèse ?
Dans les années 1920, Otto Warburg a observé que si l'on abaisse de 20 à 2% la teneur en dioxygène O₂ de l'air (contenant actuellement 0,0408% de CO₂), la vitesse d'assimilation nette du CO₂ est multipliée par un facteur de 1,5 à 2. C'est l'effet Warburg : les fortes tensions d'oxygène inhibent sous éclairement la prise de carbone. Dans les années 1970, suite à des expériences de marquage à l'aide d'isotope de l'oxygène ¹⁸O₂, Bowes, Lorimer, Ogren et Tolbert ont montré que la ribulose biphosphate carboxylase, l'enzyme qui fixe le dioxyde de carbone, est capable également de fixer le dioxygène.
Dilemme de la RubisCO : la compétition O₂/CO₂
La ribulose biphosphate carboxylase exerce donc en plus de son activité carboxylase une seconde activité appelée oxygénase, d'où le nom de RubisCO (Ribulose bisphosphate Carboxylase Oxygénase) attribué à cette enzyme bifonctionnelle. La photorespiration est un mécanisme catabolique : elle consomme de l'oxygène et libère du CO₂, conduisant à une perte des substrats photosynthétiques. Au cours de ce processus, du CO₂ est certes libéré mais les réactions impliquées ne ressemblent en rien à celles du métabolisme respiratoire mitochondrial classique.
Le cycle de la photorespiration
La majorité des plantes se sont débarrassées d'un composé toxique en le métabolisant via un chemin complexe, le cycle du 2P-glycolate, ou voie de Tolbert, qui implique la coopération de trois organites cellulaires : le chloroplaste, le peroxysome et la mitochondrie. Deux molécules de 2P-glycolate formées dans les chloroplastes au cours de la photorespiration sont déphosphorylées en deux molécules de glycolate, qui transférées dans les peroxysomes sont aminées en deux molécules de glycine métabolisées en une molécule de sérine, NH₃ et CO₂ ce dernier regagnant l'atmosphère. La sérine restante retourne aux peroxysomes où elle est métabolisée en glycérate et enfin en PGA dans le chloroplaste, réintégrant le cycle de Benson-Bassham-Calvin. Outre ces pertes de carbone et d'azote, le recyclage du glycolate a également un coût énergétique non négligeable en NADPH et ATP. La photorespiration s'exprime surtout chez les plantes poussant dans les régions tempérées (blé, orge, tomate, laitue, pomme de terre, arbres), les plantes de photosynthèse de type C₃. Il est estimé qu'à 25°C, dans les conditions d'environnement normales, c'est-à-dire 21% d'oxygène et 0,0408% de CO₂, le rapport entre vitesse de carboxylation et d'oxygénation est voisin de 2,5, c'est-à-dire que l'émission de CO₂ photorespiratoire correspond à peu près à une perte de 20% de l'assimilation photosynthétique de CO₂.
La photorespiration : Un processus adaptatif majeur
Depuis plus de 3 milliards d'années, la photosynthèse, processus très robuste, a connu une très grande stabilité tout en s'adaptant aux changements environnementaux majeurs qu'a connus la planète. Ces conditions nouvelles ont induit une forte pression d'oxygène sur le fonctionnement de la RubisCO chez les microorganismes et les algues, antérieurement à la colonisation des continents. La photorespiration est un processus adaptatif majeur face à ces conditions.
Concentrer le CO₂ au voisinage de la RubisCO
Pour surmonter l'inhibition par l'oxygène, certaines plantes et bactéries ont développé des mécanismes pour concentrer le CO₂ autour de l'enzyme RubisCO.
Les bactéries photosynthétiques : Créer un réservoir de CO₂
Les carboxysomes sont des micro-compartiments localisés à l'intérieur de la cellule bactérienne. Ces structures permettent aux cyanobactéries de vivre dans des milieux aquatiques pauvres en CO₂ dissous mais riches en ions bicarbonate HCO₃⁻. Des transporteurs spécifiques et efficaces, situés sur leur membrane limitante, captent le bicarbonate HCO₃⁻ qu'elles transforment en CO₂ grâce à des anhydrases carboniques. Ce mécanisme permet de créer un réservoir interne de dioxyde de carbone concentré dans l'environnement proche de leur RubisCO, recréant ainsi l'atmosphère primitive des périodes géologiques anciennes. Cela favorise l'activité carboxylase de la RubisCO aux dépens de l'activité oxygénase.
Les plantes C₄ : Séparer physiquement fixation du CO₂ et RubisCO
Un certain nombre de plantes, notées C₄, présentent un autre comportement. La capacité de fixation maximale est atteinte pour une concentration en CO₂ bien inférieure à celle contenue dans l'atmosphère. Ceci signifie que chez ces plantes, la photorespiration est beaucoup moins efficace, même lorsque la concentration en CO₂ reste faible. Chez les plantes à métabolisme de type C₄, le cycle C₄ permet de concentrer le CO₂ au voisinage de la RubisCO, favorisant ainsi son activité carboxylase. Dans le chloroplaste du mésophylle, l'oxalo-acétate est transformé en un autre composé en C₄, le malate, et migre dans les cellules de la gaine. Là, après décarboxylation enzymatique de ce composé à quatre carbones, une quantité importante de CO₂ s'accumule dans l'environnement proche de la RubisCO. Le premier est typique des plantes en C₃, c'est-à-dire que l'activité photosynthétique augmente au fur et à mesure que la quantité de CO₂ disponible augmente jusqu'à ce que la capacité de la RubisCO soit saturée. À la concentration en CO₂ présente dans l'atmosphère, la capacité maximale de fixation du CO₂ des plantes en C₃ est loin d'être atteinte.
Séparation temporelle chez les plantes grasses : Métabolisme CAM
Chez les plantes grasses, on observe une séparation temporelle : le métabolisme C₄ la nuit et C₃ le jour. Ce mécanisme, appelé métabolisme acide crassulacéen (CAM), permet à ces plantes d'ouvrir leurs stomates la nuit pour capter le CO₂ et le stocker sous forme d'acides organiques, réduisant ainsi la perte d'eau par évapotranspiration pendant la journée, lorsqu'elles effectuent la photosynthèse.
La photosynthèse dans un environnement changeant
La capacité des plantes à fixer le CO₂ est influencée par divers facteurs et s'adapte aux changements environnementaux.
Les différents types de métabolismes permettent-ils une adaptation aux changements de l'environnement ?
Les différents types de métabolismes photosynthétiques (C₃, C₄, CAM) sont des adaptations aux conditions environnementales. Les plantes C₃ sont plus répandues dans les climats tempérés, tandis que les plantes C₄ et CAM sont mieux adaptées aux climats chauds et secs, où la photorespiration est plus prononcée. L'accumulation - dans l'atmosphère - du dioxygène (O₂) produit lors des étapes photochimiques de la photosynthèse a été un de ces évènements majeurs, poussant les plantes à adapter leurs mécanismes.
Et dans le futur ?
L'absorption du CO₂ par les plantes dépend de plusieurs facteurs : l'espèce (la vitesse de croissance), l'âge, la taille, le climat (la température), le sol, la luminosité, le niveau de gaz dans l'atmosphère. Un arbre, par exemple, ne capte pas tout au long de sa vie le CO₂ avec la même intensité. Un jeune semis avec peu de feuilles ou d'aiguilles met des décennies avant d'être mature et d'acquérir un feuillage plus fourni pour capter et emmagasiner le carbone. Selon son espèce et les conditions dans lesquelles il pousse, un arbre vit entre 20 et plus de 100 ans et pendant ce temps il peut séquestrer de 10 à 40 kg de CO₂. Une autre étude démontre que ce sont les spécimens les plus vieux et donc les plus grands de chaque espèce qui grandissent le plus vite et qui absorbent ainsi le plus de CO₂. Par ailleurs, une étude anglaise sur des chênes de 175 ans exposés à un taux très important de CO₂ dans l'air a montré que ces vieux arbres sont capables d'augmenter la photosynthèse en réponse à cette hausse et donc absorber plus de CO₂.
Pour les arbres, certains poussent plus vite et donc absorbent plus rapidement plus de CO₂. Au contraire, d'autres espèces d'arbres ont une croissance plus lente mais vivent aussi plus longtemps et absorbent donc plus de CO₂ sur le long terme. Ainsi, varier les espèces d'arbres dans une forêt permet d'absorber plus de CO₂ qu'une variété unique.
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Le rôle de la photosynthèse dans la réduction active du CO₂ en industrie
La photosynthèse, un processus naturel, est désormais imitée par les nouvelles technologies pour reproduire artificiellement la captation de CO₂ par les plantes. Dans l'industrie, plusieurs innovations technologiques s'inspirent de la photosynthèse.
Réaction photosynthétique et technologies industrielles
Les bioréacteurs, par exemple, permettent de cultiver des algues de façon optimale et automatique. Ainsi, en cultivant la biomasse de la sorte et en circuit fermé, cela permet d'avoir les meilleures conditions possibles pour la réussite de la photosynthèse. En fonction du type de biomasse élevée, la culture avec des bioréacteurs permet de créer de la matière première pour l'industrie. Ces produits sont des acides gras, des protéines, des pigments, des agents tensioactifs qui offrent l'avantage d'être biologiques et non dérivés du pétrole.
La photosynthèse peut aussi être utilisée pour produire de la biomasse pour fabriquer des biocarburants. Les industriels favorisent la reproduction de plantes telles que bambous ou miscanthus pour créer de l'éthanol ou du biodiesel. Certains sites industriels réfléchissent également à la possibilité de capter et valoriser les émissions de CO₂ d'une activité grâce à la mise en culture d'organismes comme des microalgues. Enfin, pour réduire l'impact énergétique de certaines activités industrielles, il est envisagé de valoriser l'énergie chimique créée par la photosynthèse dans les processus industriels.
Photosynthèse artificielle et stockage de l'énergie solaire
Une autre voie possible de valorisation de la photosynthèse dans l'industrie est celle de la captation de l'énergie solaire. En effet, l'un des enjeux pour développer massivement les énergies renouvelables dans le cadre de la transition énergétique est celui du stockage de l'énergie solaire. Précisément, pendant les périodes de forts ensoleillements, en été, la production solaire est plus importante que la quantité demandée. En hiver, c'est le contraire qui se produit et l'on déplore alors l'intermittence de l'énergie solaire. Des expériences inspirées par la photosynthèse offrent des résultats encourageants. Il serait possible d'inventer des dispositifs électrochimiques qui réalisent une photosynthèse artificielle grâce à l'énergie solaire. Grâce à cette technologie, les molécules d'eau pourraient être transformées en hydrogène et le dioxyde de carbone en énergie.
Photosynthèse et réduction du CO₂ : Quelles perspectives d'avenir ?
À l'avenir, le processus de photosynthèse artificielle offre de belles perspectives notamment en ce qui concerne les applications industrielles. C'est là tout l'enjeu du biomimétisme en tant que processus d'innovation. En s'inspirant des formes, des matières, des propriétés et du mode de fonctionnement des êtres vivants, il est ainsi possible de trouver des solutions aux problématiques actuelles.
Technologies biomimétiques
Les innovations qui imitent la photosynthèse sont un exemple de biomimétisme appliqué dans le domaine industriel. Différentes recherches sont actuellement en cours en ce sens. Par exemple, des études cherchent à améliorer la conception des panneaux solaires. Une hypothèse de panneaux solaires bio-inspirés qui imitent la façon dont les végétaux captent la lumière sur leurs feuilles est au stade expérimental. De même, pour limiter les effets du réchauffement climatique avec les émissions de CO₂ de l'atmosphère, on imagine des systèmes artificiels pour capter ce trop-plein de carbone.
Dans de nombreux processus industriels, les apprentissages liés à l'étude et à la reproduction de la photosynthèse seront précieux. On envisage la création de catalyseurs qui imitent la production de glucose des plantes afin d'utiliser cette technique dans des processus industriels précis. De plus, il est possible d'imaginer que les bioréacteurs imitant la photosynthèse pourraient être à l'origine de composés chimiques spécifiques utilisés ensuite en tant que matière première.
Développements en bio-ingénierie photosynthétique
La bio-ingénierie, ou génie biologique, s'attache à concevoir des technologies pour résoudre des problèmes biologiques. Couplée à la génétique, les techniques de bio-ingénierie permettent par exemple d'améliorer les caractéristiques des végétaux qui reproduisent la photosynthèse dans le but de les utiliser à terme dans l'industrie. Car toutes les précédentes applications que nous avons citées au cours de cet article (utilisation de la photosynthèse pour créer des matières premières, captation du CO₂…) nécessitent des végétaux et des algues. Grâce aux avancées scientifiques, on peut envisager de créer les végétaux les plus adaptés, ceux qui seront les plus efficaces, les moins malades, les plus dépolluantes ou les plus appropriés pour un usage donné. De la même manière, il sera possible de concevoir des algues qui peuvent survivre dans des conditions difficiles (climat, absence de nutriment, ravageurs).
La bio-ingénierie s'attache également à décupler les qualités des plantes. On peut ainsi modifier des plantes pour qu'elles accumulent davantage de cellulose afin de produire ensuite des biocarburants. Ces développements ouvrent la voie à des solutions innovantes pour la transition écologique.