Lumière, CO₂ et température
En septembre 2026, l’air du Mauna Loa contenait 426.07 ppm (parties par million) de dioxyde de carbone, soit environ 52 pour cent de plus que les quelque 280 ppm de l’air avant la révolution industrielle.
L’étape la plus lente impose le rythme
Imagine une sandwicherie où une personne tranche le pain et une autre le garnit. Si la première peut préparer 30 pains par minute et la seconde seulement 10, la boutique produit 10 sandwichs par minute. Embaucher quelqu’un qui tranche plus vite ne change rien. En 1905, le botaniste Frederick Blackman, à Cambridge, publia un court article, « Optima and limiting factors », appliquant cette idée à la physiologie végétale. Quand un processus dépend de plusieurs facteurs, sa vitesse est limitée par celui qui manque le plus.
Pour la photosynthèse, les trois facteurs classiques sont la lumière, le dioxyde de carbone et la température. La lumière alimente les réactions qui en dépendent. Le dioxyde de carbone est la matière première fixée par RuBisCO dans le cycle de Calvin. La température détermine la vitesse d’action des enzymes. Dans la simulation ci-dessous, la vitesse est le produit d’un facteur de température par le plus petit des facteurs de lumière et de CO₂. C’est un modèle pédagogique simplifié fondé sur l’idée de Blackman : les valeurs servent aux exercices et ne sont pas des mesures.
Fais glisser pour tourner. Fais défiler ou écarte et rapproche deux doigts pour zoomer.
Lumière
En lumière faible, augmenter l’éclairement augmente presque proportionnellement la photosynthèse. Quand la lumière devient plus forte, la courbe s’infléchit puis plafonne : la chlorophylle capte plus d’énergie que le cycle de Calvin ne peut en utiliser. Dans le modèle, avec 420 ppm de CO₂ et 25 °C, la vitesse est de 35.7 à 10 pour cent du plein soleil, de 55.6 à 20 pour cent et de 61.8 à 60 pour cent. De 60 à 100 pour cent, rien ne change, car le CO₂ est devenu limitant.
Dioxyde de carbone
Le dioxyde de carbone ne représente qu’une petite fraction de l’air. Le Global Monitoring Laboratory de la NOAA a rapporté une moyenne mensuelle de 426.07 ppm au Mauna Loa, à Hawaï, en septembre 2026, contre environ 280 ppm avant l’ère industrielle, valeur obtenue dans les carottes de glace. Dans le modèle à 60 pour cent de lumière, faire passer le CO₂ de 420 à 1000 ppm augmente la vitesse de 61.8 à 88.2 ; la lumière redevient alors limitante. En lumière vive, de nombreuses plantes manquent de CO₂ plutôt que de lumière.
Température
La température agit autrement. Elle n’apporte ni énergie ni carbone ; elle modifie la vitesse d’action d’enzymes comme RuBisCO. Dans le froid, tout est lent. Quand la température augmente, la vitesse progresse jusqu’à un optimum (25 °C dans le modèle), puis diminue plus fortement parce que les enzymes commencent à perdre leur forme. Par temps chaud et sec, un second problème survient : les cellules de garde ferment les stomates pour économiser l’eau, et moins de CO₂ entre. OpenStax pose cette question dans son chapitre sur la photosynthèse ; nous l’aborderons ensuite du point de vue de la feuille.
| Réglage (modèle) | Vitesse | Facteur limitant |
|---|---|---|
| 60 % de lumière, 420 ppm, 25 °C | 61.8 | CO₂ |
| 60 % de lumière, 1000 ppm, 25 °C | 88.2 | lumière |
| 20 % de lumière, 1000 ppm, 25 °C | 55.6 | lumière |
| 60 % de lumière, 280 ppm, 25 °C | 47.7 | CO₂ |
| 60 % de lumière, 420 ppm, 35 °C | 18.0 | température |
| 60 % de lumière, 420 ppm, 15 °C | 30.8 | température |
Les vraies plantes sont plus complexes. La lumière et le CO₂ sont souvent limitants ensemble plutôt qu’à tour de rôle ; les plantes s’adaptent à leur éclairement et les plantes d’ombre modifient l’équilibre de leurs chlorophylles. L’idée de Blackman reste une bonne première question : parmi tout ce dont cette plante a besoin maintenant, qu’est-ce qui manque le plus ?
Fais glisser pour tourner. Fais défiler ou écarte et rapproche deux doigts pour zoomer.
- Blackman (1905) : le facteur qui manque le plus limite la vitesse.
- Courbe de réponse à la lumière : forte pente en lumière faible, plateau en lumière vive.
- Air actuel : environ 426 ppm de CO₂ (NOAA, septembre 2026) ; environ 280 ppm avant l’ère industrielle.
- La température modifie la vitesse des enzymes ; un excès de chaleur est plus défavorable qu’un excès de froid.
- Que décrivait l’article de Blackman de 1905 ?
- Le facteur le plus lent limite la vitesse d’un processus
- La structure du chloroplaste
- Le cycle de Calvin
- L’ouverture des stomates
- NOAA : 426.07 ppm en septembre 2026, environ 280 ppm avant l’ère industrielle. De quel pourcentage la valeur actuelle est-elle supérieure ? (arrondi à l’entier le plus proche)
- Dans le modèle, à 60 % de lumière et 420 ppm, la vitesse est de 61.8. Passer à 100 % de lumière donne…
- toujours 61.8, car le CO₂ est limitant
- environ 100
- environ 80
- zéro
- Dans le modèle, 60 % de lumière et 1000 ppm de CO₂ à 25 °C donnent une vitesse de 88.2. Avant, à 420 ppm, elle était de 61.8. De combien la vitesse a-t-elle augmenté ?
- À 20 % de lumière, la vitesse est de 55.6 à 420 comme à 1000 ppm. Pourquoi ?
- La lumière est le facteur limitant
- Le CO₂ est le facteur limitant
- La température est trop élevée
- Les stomates sont fermés
- Pourquoi la vitesse diminue-t-elle rapidement au-dessus de la température optimale ?
- Les enzymes comme RuBisCO commencent à perdre leur forme
- Il y a moins de lumière
- La chlorophylle devient rouge
- La dissociation de l’eau s’arrête
- Par temps chaud et sec, les cellules de garde ferment les stomates. Que devient la photosynthèse ?
- Elle ralentit, car moins de CO₂ entre dans la feuille
- Elle accélère, car l’eau est économisée
- Rien ne change
- Elle cesse de produire du dioxygène, mais continue de produire des sucres
- Quel facteur fournit la matière première fixée par RuBisCO ?
- Dioxyde de carbone
- Lumière
- Température
- Dioxygène
- En lumière faible, doubler l’éclairement…
- augmente fortement la photosynthèse
- n’a aucun effet
- diminue la photosynthèse
- arrête la photosynthèse
- Dans le modèle à 60 % de lumière, 420 ppm et 15 °C, le facteur de température est de 49.9 % et le facteur de CO₂ de 61.8 %. Vitesse = 100 × 0.499 × 0.618. Calcule le résultat à une décimale.
Sources de ce cours (16)
- -fix5: gravity calculation corrected using rho*g*h = 1000*9.8*h Pa
- the cited textbook has a tenfold coefficient error. Sources (checked 2026-10-17): OpenStax Biology 2e 8.1 Overview of Photosynthesis (photoautotrophs, mesophyll, stomata on the underside, guard cells, chloroplast, thylakoid, granum, stroma, two stages; openstax.org/books/biology-2e/pages/8-1-overview-of-photosynthesis)
- 8.2 The Light-Dependent Reactions (400 to 700 nm, chlorophyll a absorbs blue and red, carotenoids, 300 to 400 chlorophylls per antenna, water split at PSII, about 10 percent of the oxygen used by the leaf's mitochondria; .../8-2-the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis)
- 8.3 Using Light Energy to Make Organic Molecules (RuBisCO, 3-PGA, G3P, three turns per G3P and six per glucose, "dark reaction" outdated, cacti fix CO2 at night; .../8-3-using-light-energy-to-make-organic-molecules)
- 30.3 Roots (tap and fibrous roots, root cap, three zones in the first centimetre, root hairs, endodermis and Casparian strip; .../30-3-roots)
- 30.4 Leaves (lamina, petiole, midrib, parallel and reticulate venation, Ginkgo, cuticle, trichomes, palisade in one to three layers, spongy mesophyll, guard cells the only epidermal cells with chloroplasts, xylem and phloem, needles and spines; .../30-4-leaves)
- 30.5 Transport of Water and Solutes (redwoods near 116 m, turgor 0.6 to 0.8 MPa and up to 1.5 MPa = 210 psi vs tyres 30 to 34 psi, gravity -0.1 MPa per metre, -2 MPa at the leaf surface, cohesion-tension, up to 90 percent of the water lost, sources and sinks, phloem sap up to 30 percent sugar; .../30-5-transport-of-water-and-solutes-in-plants)
- 31.3 Nutritional Adaptations (rhizobia, nodules, nitrogenase, biological fixation 65 percent of nitrogen used in agriculture, mycorrhizae in more than 80 percent of land plants, up to 20 percent of the carbon; .../31-3-nutritional-adaptations-of-plants)
- 32.2 Pollination and Fertilization (self and cross pollination, bees cannot see red, nectar guides, bats, birds, wind, water, at least 25,000 orchid species, double fertilization 2n zygote and 3n endosperm, seed parts, scutellum, fruit types, dispersal, dormancy; .../32-2-pollination-and-fertilization)
- Britannica, Photosynthesis: history (Priestley 1771, Ingenhousz 1779, 1782: oxygen formed at the expense of fixed air, identified the year before as carbon dioxide) (britannica.com/science/photosynthesis/History-of-the-study-of-photosynthesis)
- Smithsonian Libraries, Ingenhousz, Experiments upon Vegetables, 1779 (library.si.edu/digital-library/book/experimentsuponv00inge)
- van Helmont's account (200 pounds of earth, 5 pound willow, 169 pounds and about 3 ounces after five years, soil short by about 2 ounces)
- quoted from Howe 1965 by S. G. Saupe, College of St. Benedict and St. John's University (employees.csbsju.edu/ssaupe/biol115/van_helmont.htm)
- F. F. Blackman, Optima and Limiting Factors, Annals of Botany 19:281-296, April 1905 (doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a089000)
- NOAA Global Monitoring Laboratory, Trends in CO2 (gml.noaa.gov/ccgg/trends/: Mauna Loa September 2026 monthly mean 426.07 ppm)
- NOAA Climate.gov, Climate change: atmospheric carbon dioxide (280 ppm or less before the Industrial Revolution of the mid-1700s, from ice cores; climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide).
Consulté le: 2026-10-17