Objectifs

• Localiser la chlorophylle : feuille, cellule, chloroplaste, thylakoïdes.
• Démontrer par l'expérience de la feuille panachée que la chlorophylle est indispensable à la photosynthèse.
• Expliquer pourquoi la chlorophylle paraît verte : elle absorbe surtout le rouge et le bleu.
• Décrire le rôle de la chlorophylle : capter la lumière et convertir son énergie en énergie chimique.
• Connaître les conditions de formation de la chlorophylle (lumière, magnésium).

1. Où se trouve la chlorophylle ?

La couleur verte des plantes est due à des pigments chlorophylliens, surtout la chlorophylle a et la chlorophylle b, accompagnées de pigments jaunes et orangés (les caroténoïdes). On les trouve dans les organes verts : feuilles surtout, mais aussi jeunes tiges et fruits verts.

On les localise en descendant d'échelle :

flowchart LR
A[Feuille] --> B[Mésophylle surtout palissadique]
B --> C[Cellule chlorophyllienne]
C --> D[Chloroplastes]
D --> E[Membranes des thylakoïdes]

Le chloroplaste est un organite de quelques micromètres, entouré d'une double membrane (l'enveloppe). À l'intérieur, un liquide, le stroma, baigne des sacs aplatis, les thylakoïdes, souvent empilés en grana (un granum, des grana). La chlorophylle est insérée dans la membrane des thylakoïdes. On trouve aussi dans le stroma des grains d'amidon, réserve fabriquée par la photosynthèse.

Légende ce schéma de chloroplaste : fais glisser chaque nom sur la bonne partie.

2. La chlorophylle est indispensable à la photosynthèse

Une feuille panachée possède des zones vertes (avec chlorophylle) et des zones blanches (sans chlorophylle), qui reçoivent pourtant la même lumière et le même air. On cherche où se forme l'amidon, produit de la photosynthèse, grâce à l'eau iodée, qui colore l'amidon en bleu-noir.

3. Capter la lumière : pourquoi les feuilles sont vertes

La lumière blanche du Soleil est un mélange de couleurs (de radiations), du violet au rouge. Une solution de chlorophylle traversée par cette lumière absorbe surtout le bleu-violet et le rouge et laisse passer ou renvoie surtout le vert : c'est pour cela que les feuilles nous paraissent vertes.

Ce sont justement les radiations absorbées par la chlorophylle (rouge et bleu) qui sont les plus efficaces pour la photosynthèse ; le vert, peu absorbé, est peu utilisé. Le spectre d'absorption de la chlorophylle et le spectre d'action de la photosynthèse se ressemblent (ce point est détaillé dans le chapitre sur le fonctionnement des pigments).

4. Convertir l'énergie lumineuse en énergie chimique

Le rôle de la chlorophylle est de capter l'énergie lumineuse et de la convertir en énergie chimique. Excitée par la lumière, la chlorophylle des thylakoïdes cède des électrons. Elle les récupère en provoquant la décomposition de l'eau, la photolyse de l'eau, qui libère le dioxygène :

L'énergie captée sert à fabriquer des molécules riches en énergie (l'ATP et un transporteur réduit), utilisées ensuite dans le stroma pour transformer le dioxyde de carbone en glucose, puis en amidon. Le bilan global de la photosynthèse s'écrit :

flowchart LR
A[Énergie lumineuse] --> B[Chlorophylle des thylakoïdes]
B --> C[Photolyse de l eau et dégagement de O2]
B --> D[ATP et transporteurs réduits]
D --> E[Glucose puis amidon dans le stroma]

5. Comment la plante fabrique sa chlorophylle

La molécule de chlorophylle comporte une partie en anneau qui porte en son centre un atome de magnésium (\(\ce{Mg}\)), et une longue chaîne qui l'ancre dans la membrane des thylakoïdes. La formule brute de la chlorophylle a est \(\ce{C55H72O5N4Mg}\). Pour la fabriquer, la plante a besoin :

• de lumière (chez les plantes à fleurs) : à l'obscurité, la plante reste étiolée ;
• de sels minéraux, notamment de magnésium, d'azote et de fer, puisés dans le sol par les racines.

Un manque de magnésium ou de fer provoque une chlorose : les feuilles jaunissent, la photosynthèse diminue et la plante pousse mal.

6. Exemples résolus

7. Erreurs fréquentes

Récapitulatif

• Localisation : feuille, cellules du mésophylle, chloroplastes, membranes des thylakoïdes.
• La feuille panachée montre que seules les zones chlorophylliennes fabriquent de l'amidon.
• La chlorophylle absorbe surtout le rouge et le bleu, d'où la couleur verte des feuilles.
• Elle convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique ; la photolyse de l'eau libère le dioxygène.
• Sa fabrication exige de la lumière et des sels minéraux (magnésium, azote, fer).