La photosynthèse

La quantité d'énergie solaire sous forme de radiations utilisables par la photosynthèse qui atteint notre planète est d'environ 56 10²³ J. Environ 47 % de cette énergie est réfléchie par les nuages et les gaz de l'atmosphère (encart : pourquoi le ciel est-il bleu). Ce sont donc 53 % de l'énergie incidence qui sont théoriquement utilisables pour la photosynthèse. Les modèles indiquent que si la terre était couverte de végétaux, seule la moitié de l'énergie serait absorbée par les végétaux. Or, nous savons que la terre n'est pas couverte de végétaux mais contient des zones sans végétaux telles que les déserts et les océans pour lesquelles la réflexion de la lumière est importante. En fait, 40 % de l'énergie théoriquement disponible pour la photosynthèse est ainsi “perdue” par réflexion par les différentes surfaces non vertes de la planète. Ne reste donc disponible pour la photosynthèse qu'environ 6 10²³ J, soit 11 % de l'énergie initialement fournie. Mais que représente cette énergie ? Est-elle encore abondante ? Pour nous en rendre compte, faisons quelques estimations et comparons les chiffres. Il est estimé que la production annuelle de matière organique est d'environ 2 10¹¹ T, ce qui correspond à une énergie de 4 10²¹ J. A l'aide de cette estimation, nous pouvons calculer le rendement d'utilisation de l'énergie comme étant la fraction d'énergie disponible qui est utilisée par la fabrication de la matière organique :

\(Energie formée/Energie disponible = 4 1021 J/6 1023 J=0,0067 soit 0,66 %\)

Cette simple estimation montre clairement que la quantité d'énergie utilisable reste considérable. Essayons maintenant de mettre ces chiffres en perspective. En 1994, la population mondiale était estimée à 5,3 10⁹ de personnes. La masse annuelle de nourriture consommée par l'ensemble de la population humaine est estimée à 900 106 T, ce qui représente une consommation en énergie de 16 10¹⁸ J, soit 0,4 % du total de la matière organique produite à la surface de la terre.

Nous sommes tous au courant des difficultés en matière d'approvisionnement en énergie que l'humanité rencontre et nous avons tous lu ou vu les projets d'utilisation des énergies renouvelables ou alternatives pour pallier ces difficultés. Le plus populaire de ces moyens est sans doute le panneau à cellules photovoltaïques. Des applications plus récentes permettent d'imaginer de nouveaux types de panneaux contenant des cellules photosynthétiques pour la production de carburants alternatifs (par exemple Vinayak et al. 2015). Ces applications sont-elles de doux rêves ou se fondent-elles sur des estimations raisonnables ? Pour s'en convaincre, considérons encore un chiffre : la consommation annuelle en énergie en 1991 était d'environ 3,9 10²⁰ J. Cette valeur représente seulement 0,01 % de l'énergie formée par an par le processus photosynthétique !

Ces quelques estimations et comparaisons démontrent clairement l'importance du processus photosynthétique dans la biosphère actuelle. Elles révèlent également l'immense potentiel que recouvre ce procédé pour le futur de l'humanité. Il nous revient de l'utiliser au mieux au travers de nouvelles applications qui enchanteront l'avenir. Pour atteindre cet objectif, il est indispensable de disposer de solides connaissances à propos de ce phénomène exceptionnel.