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CO2

Introduction

Le dioxyde de carbone est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2. Cette molécule linéaire a pour formule développée de Lewis : O=C=O Dans les conditions normales de température et de pression le dioxyde de carbone est un gaz incolore communément appelée gaz ca...

Introduction

Le dioxyde de carbone est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2. Cette molécule linéaire a pour formule développée de Lewis : O=C=O Dans les conditions normales de température et de pression le dioxyde de carbone est un gaz incolore communément appelée gaz carbonique.

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Il est présent dans l'atmosphère dans une proportion approximativement égale à 0,035 % en volume. Il est produit notamment lors de la fermentation aérobie ou de la combustion de composés organiques, et lors de la respiration des êtres vivants et des végétaux. Pour ces derniers, la photosynthèse piège beaucoup plus de CO2 que sa respiration n'en produit.

Rôle du CO2

Le rôle du CO2 est essentiellement celui de source carboné pour les plantes autotrophes photosynthetiques.

Photosynthèse :

de phôtos, « lumière », et sunthesis, « réunion ». Dans les années 1770, Joseph Priestley, chimiste et théologien (1733-1804), montre qu'une plante peut « restaurer » l'air « vicié » par une bougie ou par un animal. Johannes Ingen-Housz (1730-99) découvre que cette « purification » nécessite de la lumière et met en jeu les parties vertes de la plante. Grâce à la chlorophylle contenue dans les chloroplastes de leurs feuilles, les plantes utilisent l'énergie lumineuse du soleil pour combiner le gaz carbonique qu'elles absorbent avec l'hydrogène (apporté par l'eau) et former des substances organiques (sucres en particulier). Elles rejettent alors de l'oxygène : 6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse → C6 H12O6 (glucose) + 6 O2.

1ère PHASE (PHOTOCHIMIQUE) :

le dégagement d'oxygène s'accomplit à la lumière. Grâce à l'énergie lumineuse captée par la chlorophylle au niveau de 2 photosystèmes (complexes protéines-pigments), des électrons arrachés à l'eau sont transférés jusqu'au NADP+ par une chaîne de transporteurs d'électrons localisés dans la membrane des thylakoïdes, petits sacs constituant les lamelles photosynthétiques isolées et les granas (empilements de lamelles plus courtes). Le NADP+ est alors réduit en NADPH + H+ en prélevant 2 protons dans le stroma plastidial. Au cours de ce transfert, des protons sont accumulés dans le lumen des thylakoïdes. Une différence de concentration en protons, c.-à-d. une différence de pH, s'établit de part et d'autre de la membrane du thylakoïde entre le lumen et le stroma. La libération de protons dans le stroma au niveau des ATP synthétases permet la synthèse d'ATP (adénosine triphosphate) et annihile la différence de pH.

2ème PHASE (THERMOCHIMIQUE) :

le CO2 est fixé sans besoin de lumière. Le NADPH + H+ et l'ATP obtenus précédemment sont utilisés pour transformer le gaz carbonique en sucre (glucose). L'enzyme qui fixe le CO2 est la ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase/oxygénase, ou Rubisco. Cette enzyme peut représenter 50 % des protéines d'une feuille. Du point de vue de l'assimilation du CO2, on distingue : 1o) les plantes en C3 (surtout arbres des forêts tempérées) pour lesquelles le 1er produit qui suit la fixation du CO2 est une molécule à 3 atomes de carbone (acide phosphoglycérique) ; 2o) les plantes en C4 (maïs, canne à sucre, cannabis, plantes de régions subtropicales) qui incorporent le CO2 dans un corps en C4 (acide oxaloacétique puis acide malique ou aspartique). Dans les plantes en C4, une phosphoénol-pyruvate-carboxylase fixe le CO2 avant que n'intervienne la rubisco (dans un second temps). Les plantes à métabolisme crassulacéen (CAM) fixent le CO2 la nuit et l'accumulent dans leurs vacuoles sous forme d'acide malique (crassulacées : agave, guntia).

Intérêt de l’apport en CO2

Augmenter le rendement :

Loi de Liebig :

La Loi du Minimum ou loi des facteurs limitant est l'un des principes les plus importants de l'agronomie pratique. Sous sa forme initiale, donnée par Liebig vers 1850 dans sa théorie de l'alimentation minérale des plantes, elle énonce que le rendement d'une culture est limité par celui des éléments fertilisants qui le premier vient à manquer (soit N, ou P, K, Mg, etc) et qu'il convient de compenser le manque par un apport, sous forme d'engrais minéral, complétant le ou les éléments en quantité insuffisante.

Sous sa forme plus générale, comme loi du maillon le plus faible, elle énonce que le résultat d'une chaîne de processus est limité par le chaînon le moins performant et que c'est sur lui qu'il faut agir pour dépasser la limite. L’ajout de carbone peut permettre d’augmenter le rendement d’une culture mais uniquement à la condition que celui-ci soit le facteur limitant. Il est donc inutile dans une majorité des cas.

Compenser la chaleur :

L'effet fertilisant d'une augmentation de la teneur en CO2 peut-être modélisé par une loi de régression avec en abscisse la température. Et l'on constate que cet effet fertilisant croit avec la température.

Le corollaire est donc que si l'on veut augmenter la teneur en CO2, il faut augmenter la température. Et alors qu'en culture normale, la valeur supérieure optimale de la température est 26° ( avec une fermeture des stomates dès 29°); avec apport de CO2 cette valeur pourras être remontée jusqu'à 34° selon le stade de la plante et la teneur cible en CO2. La conséquence étant pour le cultivateur une augmentation des besoins de la plante en eau et nutriments.

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