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Photosynthèse et captation carbone

Quel rôle joue la chlorophylle dans la photosynthèse ?

Les réactions de photosynthèse ou de respiration cellulaire correspondent grossièrement à des réactions chimiques de réduction/oxydation, faisant intervenir des pigments pouvant exister sous deux formes différentes (oxydées ou réduites).

En ce sens, la chlorophylle peut être vue comme le pendant végétal de l’hémoglobine.

Chimiquement, c’est une chorine très proche de l’hème de nos hématies : il n’y pas de fer comme dans l’hémoglobine, mais un cation magnésium qui assure la même fonction.

Ce pigment vert, contenu dans les chloroplastes des cellules végétales, capte ainsi l’énergie lumineuse pour réaliser la photolyse de l’eau : c’est la phase dite de photosynthèse lumineuse.

Elle précède la phase obscure au cours de laquelle l’énergie produite sert à la synthèse de trioses, à travers une succession de réactions organiques connues sous le nom de Cycle de Calvin, équivalent du Cycle de Krebs dans la respiration cellulaire. Le premier est anabolique et produit du sucre en consommant de l’énergie ; le second est catabolique et consomme du sucre ou des dérivés pour produire de l’énergie.

Comment capter le carbone avec la reforestation ?

La photosynthèse des plantes vertes permet donc, grâce à la chlorophylle, de capter naturellement le carbone atmosphérique en le stockant sous forme de sucres, réutilisables par d’autres espèces animales.

Son rôle est donc primordial dans le cycle du carbone.

C’est la révolution industrielle qui a profondément modifié ce cycle carboné, en créant un déséquilibre massif suite à l’apport d’un carbone non organique d’origine terrestre : les énergies fossiles.

Les enjeux de la photosynthèse à l’échelle planétaire

Durant des millions d’années, notre planète a pu en effet s’assimiler à un écosystème équilibré, avec un bilan carbone globalement neutre. De la même manière que la photosynthèse végétale et la respiration oxydative se neutralisaient à l’échelle moléculaire, captation de carbone et production étaient peu ou prou équivalentes.

Mais les énergies fossiles ont peu à peu détruit cet équilibre, en ramenant une source nouvelle de carbone issue du gaz, du pétrole ou du charbon. Ce carbone non organique, jusque-là stocké dans la lithosphère, a commencé à être libéré dans l’atmosphère tandis qu’en parallèle, la quantité de végétaux verts aptes à le capter ne cessait de diminuer.

On estime ainsi que depuis 1850, la production annuelle de CO2 est passée de moins de 200 gigatonnes à plus de 40 000 aujourd’hui, tandis que dans le même temps on perdait environ 20% de nos forêts[i]

D’un côté, des sociétés qui ne cessent de produire de plus en plus de dioxyde de carbone participant au réchauffement climatique et à l’acidification des océans ; de l’autre, une déforestation qui ne cesse de progresser : le bilan est sans appel ; depuis les années 1980, le nombre de jours où la température est montée à 50°C a doublé et  les chaleurs extrêmes à plus de 45°C durent désormais en moyenne deux semaines supplémentaires par an. Et ce n’est probablement que le début !

Pourtant,  l’équation semble simple à résoudre… sur le papier : diminuer la production de CO² d’un côté (décarbonation de l’économie) et augmenter les capacités de stockage de carbone de l’autre côté, avec les puits de carbone.

La photosynthèse reprend ainsi tout son intérêt pour viser un bilan carbone neutre. Est-ce la seule solution ?

Quels sont les différents moyens de captation du carbone ?

Un puits de carbone a pour but de stocker le carbone atmosphérique, soit de manière industrielle, soit de manière naturelle.

Mais les puits de carbone industriels restent, à ce jour, des solutions techniques lourdes et souvent coûteuses, réservées à des usines très polluantes.

Inversement, les puits de carbone naturels proposent une réponse efficace, immédiatement disponible, et bien plus économique avec deux grands types de solutions :

  • les puits de carbone océaniques, car l’océan associe deux types de mécanismes pour capter le carbone : des mécanismes physico-chimiques de dissolution / précipitation, et des mécanismes biologiques de photosynthèse marine, avec un rôle essentiel d’algues comme la posidonie ou le plancton ;
  • les puits de carbone terrestres, avec la reforestation et la végétalisation des territoires grâce à la photosynthèse terrestre, en y incluant de plus en plus l’espace urbain.

On sait d’ailleurs que cette végétalisation a de nombreux autres effets bénéfiques, agissant en synergie sur le réchauffement : par exemple, une herbe non coupée maintient la température du sol à 19.5°C en créant un volant thermique, tandis qu’une herbe coupée à 10 cm ne la maintient plus qu’à 24.5°C, là où un sol nu bétonné ou goudronné monte à plus de 40°C en plein été.

Quels sont les avantages de la captation carbone naturelle par les arbres ?

De plus en plus de collectivités ou d’entreprises optent donc désormais pour la reforestation urbaine, car les arbres associent plusieurs avantages :

  • c’est une source très efficace de photosynthèse, et donc des puits de carbone naturels ;
  • c’est un facteur important de maintien ou de renouvellement de la biodiversité ;
  • c’est une action directe sur le confort de vie au quotidien avec moins de bruit, moins de chaleur et moins de stress ;
  • c’est un moyen de capter les particules fines et certains polluants, d’où un effet détoxifiant ;
  • c’est enfin une solution pour lutter contre l’érosion des sols et mieux capter les eaux de pluie et de ruissellement.

En s’appuyant sur la photosynthèse pour capter le carbone atmosphérique et lutter contre le réchauffement climatique, l’homme utilise donc finalement les travaux du plus grand département de R&D qu’on n’ait jamais connu dans le monde, la nature, en activité sur terre depuis plus de 4 milliards d’années !