Se nourrir d'air et de lumière : le secret des feuilles

Un chêne de vingt mètres de haut pèse plusieurs tonnes. Personne ne lui a jamais donné à manger. Il n'a ni bouche, ni estomac, et pourtant il a fabriqué tout ce bois, toutes ces feuilles, tous ces glands. Avec quoi ? Si tu réponds « avec la terre », tu fais la même erreur que les savants pendant des siècles. La réponse tient en trois ingrédients : de l'eau, de l'air et de la lumière. Voyons comment une plante verte réussit ce tour de force.

1. Une plante ne mange pas la terre

Au XVIIᵉ siècle, un médecin flamand, Jan Baptist van Helmont, plante un petit saule dans un pot rempli de terre qu'il a pesée. Pendant cinq ans, il n'ajoute que de l'eau de pluie. À la fin, le saule a pris des dizaines de kilos... et la terre du pot n'a perdu que quelques dizaines de grammes. Conclusion : la masse de l'arbre ne vient presque pas de la terre. Van Helmont a cru qu'elle venait seulement de l'eau ; il se trompait à moitié, car il manquait un ingrédient invisible : le gaz de l'air.

2. Les racines : de l'eau et des sels minéraux

Les racines pompent dans le sol de l'eau et des sels minéraux dissous (azote, potassium, phosphore, magnésium...), en très petites quantités. Elles sont couvertes de milliers de poils absorbants, des cellules allongées qui multiplient la surface de contact avec la terre humide. Les sels minéraux ne sont pas de la nourriture énergétique : ce sont des « vitamines » indispensables, comme l'azote pour fabriquer la chlorophylle. Un sol pauvre donne une plante chétive, mais un sol riche sans lumière ne donne rien.

L'eau et les sels forment la sève brute, qui monte des racines jusqu'aux feuilles dans des vaisseaux spécialisés, comme dans des pailles microscopiques. Qu'est-ce qui la fait monter sur vingt mètres, sans pompe ? Les feuilles. Elles laissent s'évaporer énormément d'eau par leurs pores : cette transpiration tire la colonne de sève vers le haut, comme quand tu aspires dans une paille.

Exemple travaillé : plonge une branche de céleri (avec ses feuilles) dans un verre d'eau colorée avec du colorant alimentaire ou de l'encre. Après quelques heures, les feuilles rougissent ou bleuissent ; coupe la tige : de petits points colorés dessinent un cercle, ce sont les vaisseaux de sève brute. Avec une fleur blanche (œillet), le pétale lui-même se colore. L'eau est bien montée par les vaisseaux, tirée par la transpiration des feuilles.

3. Les feuilles : des usines à sucre

Retourne une feuille et imagine sa face inférieure au microscope : elle est percée de milliers de minuscules orifices, les stomates, encadrés par deux cellules qui les ouvrent et les ferment. Par ces portes, la feuille absorbe le dioxyde de carbone (CO₂) de l'air et laisse sortir la vapeur d'eau et le dioxygène.

À l'intérieur des cellules de la feuille, des petits grains verts, les chloroplastes, contiennent la chlorophylle, un pigment qui capte l'énergie de la lumière. Grâce à cette énergie, la cellule assemble l'eau venue des racines et le CO₂ venu de l'air pour fabriquer du glucose, un sucre, et rejette du dioxygène (O₂). C'est la photosynthèse. On peut la résumer ainsi :

eau + dioxyde de carbone + lumière → glucose + dioxygène

Le glucose est à la fois la nourriture de la plante (elle le « brûle » pour vivre, exactement comme tes muscles) et son matériau de construction : assemblé en longues chaînes, il devient la cellulose des parois, le bois du tronc, l'amidon des réserves. Voilà d'où viennent les tonnes du chêne : du CO₂ de l'air, transformé en bois grâce au Soleil.

Exemple travaillé : place un brin d'élodée (plante d'aquarium) dans un verre d'eau au soleil. En quelques minutes, un chapelet de petites bulles s'échappe des feuilles : c'est du dioxygène produit par la photosynthèse. Mets le verre dans un placard : les bulles s'arrêtent. Rapproche une lampe puissante : elles repartent, plus vite. La quantité de dioxygène produite dépend directement de la lumière reçue.

4. La sève élaborée distribue le sucre

Le glucose fabriqué dans les feuilles doit nourrir tout le reste : racines, tronc, fleurs, fruits, qui ne font pas de photosynthèse. Il est dissous dans l'eau pour former la sève élaborée, qui circule dans un second réseau de vaisseaux, distinct du premier, et descend ou monte vers tous les organes. Quand la plante produit plus qu'elle ne consomme, elle stocke : amidon dans le tubercule de la pomme de terre, sucre dans la racine de la betterave, huile dans la graine de tournesol. Quand tu manges une pomme de terre, tu manges du soleil de l'été dernier.

Les deux sèves ne se mélangent pas : la sève brute (eau et sels minéraux) monte dans les vaisseaux du bois ; la sève élaborée (eau et sucres) circule juste sous l'écorce. C'est pourquoi un arbre dont on retire un anneau complet d'écorce meurt : ses racines ne reçoivent plus de sucre.

5. Tester les besoins d'une plante

Pour prouver qu'un facteur est indispensable, on fait une expérience avec un témoin : deux plantes identiques, mêmes pots, même eau, et on ne change qu'une seule chose. Une plante dans le noir pendant dix jours jaunit et s'étiole (tiges longues et pâles), tandis que le témoin à la fenêtre reste vert : la lumière est indispensable. Une plante arrosée à l'eau distillée (sans sels minéraux) pousse moins bien que le témoin arrosé avec de l'eau du robinet puis de l'engrais : les sels minéraux comptent. Si tu changes deux facteurs à la fois, tu ne peux rien conclure.

À retenir

• Une plante verte fabrique elle-même sa matière : elle ne mange pas la terre.
• Les racines absorbent l'eau et les sels minéraux ; cette sève brute monte vers les feuilles, tirée par leur transpiration.
• Dans les feuilles, grâce à la chlorophylle et à la lumière, eau + CO₂ → glucose + dioxygène : c'est la photosynthèse.
• Le CO₂ entre et le dioxygène sort par les stomates ; le glucose part dans la sève élaborée nourrir tous les organes et constituer des réserves.
• Pour tester un besoin, on compare à un témoin en ne changeant qu'un seul facteur.

★ Pour aller plus loin

Chaque année, les plantes et les algues de la planète fabriquent par photosynthèse plus de cent milliards de tonnes de matière vivante. Plus de la moitié du dioxygène que tu respires vient en réalité des océans, produit par du phytoplancton microscopique, et non des forêts.

Pourquoi les feuilles changent-elles de couleur à l'automne ? La chlorophylle verte masque d'autres pigments jaunes et orange présents toute l'année. Quand les jours raccourcissent, l'arbre récupère l'azote précieux de la chlorophylle, qui se dégrade : les autres couleurs apparaissent. Le rouge, lui, est fabriqué à ce moment-là par certaines espèces, comme les érables.

Certaines plantes ont renoncé à la photosynthèse : l'orobanche, sans chlorophylle, se branche sur les racines des autres plantes pour leur voler la sève élaborée. Et les plantes carnivores, elles, font bien la photosynthèse : les insectes ne leur servent qu'à compléter leurs sels minéraux dans les sols pauvres des marais.

Sources pour creuser

• Livre : La Vie secrète des arbres, de Peter Wohlleben (Les Arènes), sur la façon dont les arbres se nourrissent, communiquent et coopèrent.
• Livre : Copain des bois, de Renée Kayser (Milan), pour reconnaître feuilles, bourgeons et sèves sur le terrain.
• YouTube : chaîne C'est pas sorcier, cherche « les plantes » et « la forêt ».
• YouTube : chaîne Jamy - Epicurieux, cherche ses vidéos sur les feuilles d'automne et les arbres.
• lumni.fr : rubrique Collège, SVT, « La nutrition des végétaux ».
• Jardin botanique ou muséum de ta région : les serres montrent des plantes carnivores et des arbres tropicaux.