À la fin de cette leçon, tu sauras :
- Lire et interpréter un spectre d’absorption
- Lire et interpréter un spectre d’action
- Mobiliser l’expérience historique d’Engelmann (1882)
- Comprendre la corrélation entre absorption et photosynthèse, preuve du rôle des pigments
1. Deux types de spectres complémentaires
Pour comprendre le lien entre la lumière et la photosynthèse, les biologistes utilisent deux types de courbes différentes :
Spectre d’absorption : courbe qui représente l’absorption de la lumière par les pigments en fonction de la longueur d’onde. Il caractérise les propriétés physico-chimiques des pigments. Mesuré au spectrophotomètre sur un extrait de pigments.
Spectre d’action : courbe qui représente l’intensité de la photosynthèse en fonction de la longueur d’onde. Il caractérise l’activité biologique. Mesuré par dégagement d’O₂, par fluorescence, ou par d’autres indicateurs de l’activité photosynthétique.
2. Le spectre d’absorption d’une feuille
Quand on illumine successivement un extrait de pigments avec différentes longueurs d’onde et qu’on mesure ce qui est absorbé, on obtient une courbe caractéristique :
- Forte absorption dans le bleu (~400-500 nm)
- Faible absorption dans le vert (~500-600 nm) — d’où la couleur verte des feuilles, qui réfléchissent le vert
- Forte absorption dans le rouge (~600-700 nm)
Ce double pic d’absorption (bleu + rouge), avec un creux dans le vert, est caractéristique de la chlorophylle. Les caroténoïdes, quant à eux, absorbent principalement dans le bleu-vert (450-500 nm), ce qui explique leur couleur orange complémentaire.
3. Le spectre d’action de la photosynthèse
Quand on mesure l’intensité de la photosynthèse (par exemple en mesurant le dégagement d’O₂) en fonction de la longueur d’onde de la lumière incidente, on obtient une courbe étonnamment proche du spectre d’absorption :
- Photosynthèse intense en lumière bleue
- Photosynthèse faible en lumière verte
- Photosynthèse intense en lumière rouge
4. La corrélation : un argument décisif
La superposition du spectre d’absorption (mesure physico-chimique des pigments) et du spectre d’action (mesure biologique de l’activité photosynthétique) est très étroite. Quand l’absorption est forte, la photosynthèse est forte ; quand l’absorption est faible, la photosynthèse est faible.
Cette corrélation démontre que les pigments absorbants sont bien à l’origine de l’énergie qui alimente la photosynthèse. Sans absorption, pas de photosynthèse — c’est l’absorption qui permet la conversion en énergie chimique.
C’est un raisonnement scientifique élégant : deux mesures indépendantes (l’une chimique, l’autre biologique) se rejoignent et confirment l’hypothèse. La corrélation est si nette que l’on peut prédire l’activité photosynthétique à partir de la composition pigmentaire.
5. L’expérience historique d’Engelmann (1882)
L’élégance de la démonstration historique du lien lumière-pigments-photosynthèse a été établie en 1882 par le physiologiste allemand Theodor Wilhelm Engelmann. Cette expérience est l’une des plus belles de l’histoire de la botanique.
5.1 Le dispositif
Engelmann pose sous un microscope :
- Une algue verte filamenteuse (Spirogyra) qui contient un long chloroplaste en spirale
- Des bactéries aérobies dans le milieu (qui ont besoin d’O₂ pour vivre)
- Un prisme qui décompose la lumière blanche en spectre arc-en-ciel, projeté le long du filament d’algue
5.2 Le résultat
Après quelques minutes, Engelmann observe que les bactéries se sont déplacées et regroupées uniquement aux endroits où le filament d’algue est éclairé par les longueurs d’onde rouge et bleue. Aucune bactérie ne s’accumule où le filament est éclairé par le vert.
Engelmann en déduit : les bactéries vont là où il y a de l’O₂. Donc l’algue libère de l’O₂ (= elle fait la photosynthèse) seulement aux longueurs d’onde bleues et rouges, là où ses pigments absorbent. La photosynthèse dépend donc des pigments et des longueurs d’onde qu’ils absorbent.
5.3 L’élégance de la démarche
Ce qui rend cette expérience admirable :
- Aucun instrument sophistiqué : un prisme, un microscope, une algue, des bactéries
- Un indicateur biologique (les bactéries) qui « mesure » l’O₂ produit par l’algue, sans capteur électronique
- Un spectre complet testé d’un seul coup, par projection du spectre solaire le long du filament
- Le résultat est immédiatement lisible visuellement
Engelmann a obtenu en 1882, avec ces moyens simples, un résultat équivalent à un spectre d’action moderne mesuré au spectrophotomètre — c’est tout simplement la première mesure d’un spectre d’action de la photosynthèse.
6. La lumière verte traverse les feuilles
Une conséquence pratique de la faible absorption du vert : la lumière verte traverse plus facilement les feuilles. C’est ce qu’on observe en levant les yeux sous une canopée : la lumière qui parvient au sous-bois est verdâtre, parce qu’elle a été filtrée par les feuilles qui ont absorbé le rouge et le bleu (utiles à la photosynthèse) mais laissent passer le vert (inutile).
Les plantes de sous-bois (hêtre, fougères) ont donc dû s’adapter à une lumière appauvrie en bleu et en rouge — par exemple en synthétisant davantage de pigments accessoires (chlorophylle b notamment), ou en développant des feuilles très larges (cf. cours 2A.1, leçon 1.2).
La compétition pour la lumière en sous-bois est l’un des moteurs majeurs de l’évolution morphologique des plantes — encore une fois, une stratégie d’adaptation à la vie fixée dans un environnement contraignant.
Ce qu’il faut retenir
- Spectre d’absorption = absorption de la lumière par les pigments (physico-chimique). Spectre d’action = intensité de la photosynthèse (biologique)
- Les deux spectres se superposent étroitement : la photosynthèse est intense aux longueurs d’onde absorbées, faible aux longueurs d’onde réfléchies
- Cette corrélation démontre que les pigments sont à l’origine de la conversion d’énergie lumineuse en énergie chimique
- Expérience historique d’Engelmann (1882) : algue spirogyre + bactéries aérobies + prisme → preuve du rôle des longueurs d’onde dans la photosynthèse
- Conséquence écologique : la lumière qui traverse une canopée est verdâtre (le vert non absorbé est laissé passer) → adaptation des plantes de sous-bois
🤖 Synthèse rédigée avec assistance IA à partir des cours universitaires et de sources académiques de référence.
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