Photosynthèse

On arrose, on met de l’engrais, on rempote dans du terreau. Tous nos gestes de jardinier disent la même chose : la plante puise sa nourriture dans la terre. Elle mangerait par ses racines, comme nous par la bouche, et le sol serait son assiette.

Un homme a réglé la question il y a près de quatre siècles, avec une balance et beaucoup de patience. Jan Baptist van Helmont fait sécher et pèse 200 livres de terre, y plante un saule de 5 livres, et se contente de l’arroser. Cinq ans plus tard il repèse tout. L’arbre fait 169 livres : il en a gagné 164. Et la terre, elle, n’a perdu que deux onces - une soixantaine de grammes.

Le résultat est sans appel : la matière de l’arbre ne vient pas du sol. Van Helmont en conclut qu’elle vient de l’eau, ce qui est faux, mais son expérience avait éliminé le coupable que tout le monde désignait. Il faudra encore un siècle et demi pour nommer le vrai.

Car cette matière vient de l’air. Environ la moitié du poids sec d’un tronc est du carbone, et la totalité de ce carbone a été prélevée dans le gaz carbonique de l’atmosphère, molécule par molécule, par les feuilles. Le reste est essentiellement l’hydrogène et l’oxygène de l’eau. Une bille de chêne, une poutre, une forêt entière : c’est de l’air devenu solide.

Que font alors les racines ? Elles fournissent l’eau, et des sels minéraux - azote, phosphore, potassium, magnésium, fer - qui ne pèsent que quelques pour cent de la plante. Ce sont des pièces indispensables : sans azote, pas de protéines ni de chlorophylle. Mais indispensable ne veut pas dire nourrissant. L’engrais n’est pas la nourriture de la plante, c’est son outillage. On ne se nourrit pas de sa boîte à outils, et l’on ne va pas loin sans elle.

La lumière n’est pas davantage une nourriture : c’est l’énergie qui permet le travail. La chlorophylle la capte, et cette énergie sert à casser des molécules d’eau et à assembler le carbone de l’air en un premier produit, un sucre. Tout le reste en dérive : la cellulose et la lignine du bois, l’amidon des graines, les huiles, les parfums, les poisons. Une plante ne fabrique pas mille choses différentes ; elle fabrique du sucre, puis le transforme sans fin.

Il faut ici défaire une phrase qu’on entend partout : la plante fait la photosynthèse le jour et respire la nuit. C’est faux, et de la manière la plus simple. Une plante respire vingt-quatre heures sur vingt-quatre, comme nous, dans chacune de ses cellules vivantes. Ce qui change avec le jour, c’est seulement que la photosynthèse devient plus forte que la respiration, si bien que le bilan visible s’inverse : le jour la plante absorbe globalement du gaz carbonique, la nuit elle en rejette. Mais elle n’a jamais cessé de respirer, pas une seconde.

Il suffit d’y penser pour s’en convaincre : une racine ne voit jamais la lumière, elle ne fait donc jamais de photosynthèse - et elle respire pourtant, comme tout le reste. Elle a besoin d’oxygène, et elle le prend dans l’air contenu entre les grains du sol. C’est précisément pour cela qu’un sol détrempé tue une plante : l’eau chasse l’air, et les racines s’asphyxient. On ne noie pas une plante en lui donnant trop à boire ; on l’étouffe.

Une seconde formule, plus savante, mérite le même sort : la respiration est l’inverse de la photosynthèse. Écrites en abrégé, les deux équations paraissent en effet symétriques, l’une lisant l’autre à l’envers. Mais ce sont deux machines différentes, pas une machine réversible. Elles n’ont pas lieu au même endroit - la photosynthèse dans les chloroplastes, la respiration dans les mitochondries -, elles n’empruntent pas les mêmes voies ni les mêmes enzymes, et elles ne manipulent même pas les mêmes atomes : l’oxygène libéré par la photosynthèse provient de l’eau, tandis que l’eau formée par la respiration se fabrique à partir de l’oxygène de l’air. Les deux équations se ressemblent comme un plan et son négatif ; les usines, elles, n’ont rien de commun.

Reste à écarter le contresens le plus répandu. Le but de la photosynthèse n’est pas de produire de l’oxygène : celui-ci n’est qu’un résidu, arraché à l’eau et rejeté parce qu’il encombre (voir Déchet et Poumon). Le but est de fabriquer de la matière. La photosynthèse n’est pas une usine à air respirable, c’est une usine à corps.

Le meilleur moyen de s’en convaincre est de faire un feu. Quand une bûche brûle, presque tout part en fumée et en gaz : l’arbre rend à l’air ce qu’il lui avait pris, et le compte se solde. Ce qui reste au fond du foyer, cette poignée de cendre grise qui ne pèse que quelques pour cent de la bûche, c’est exactement la part qui venait du sol. Van Helmont l’avait sous les yeux : ses deux onces manquantes.

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Pour aller plus loin.

Il a fallu un siècle et demi pour aller de la balance de van Helmont à la bonne réponse, et le chemin vaut d’être suivi, car chaque étape a ajouté une pièce.

Vers 1771, Joseph Priestley constate qu’une bougie s’éteint dans une cloche fermée, mais qu’un brin de menthe placé dans la cloche « restaure » l’air au bout de quelques jours. Il ne comprend pas ce qui se passe, mais il tient le fait. Quelques années plus tard, Jan Ingenhousz ajoute la condition décisive, que Priestley avait manquée : cela ne marche qu’à la lumière, et seulement par les parties vertes. À l’obscurité, la plante fait l’inverse et vicie l’air à son tour. Enfin, au début du XIX^e siècle, Nicolas-Théodore de Saussure revient à la balance et pèse ce qui entre et ce qui sort : le gain de masse de la plante ne s’explique que si elle prélève à la fois du gaz carbonique et de l’eau.

La leçon dépasse la botanique. Ce qui a retardé la découverte n’était pas le manque d’instruments - la balance de van Helmont suffisait -, mais l’idée qu’il fallait chercher une nourriture solide. Personne ne pensait à peser l’air, parce que l’air ne passait pas pour de la matière.

Peut-on forcer la machine ?

Deux pratiques de la culture moderne posent la question, et elles ne reçoivent pas la même réponse.

La culture hors sol n’affame pas la plante, contrairement à ce qu’on imagine parfois : elle ne supprime pas les minéraux, elle les dose. Bien conduite, elle produit davantage qu’une culture en terre, parce que rien n’y manque jamais. Mais elle rend implacable la moindre erreur de recette, car ces minéraux ne sont pas des accessoires : ils sont dans la machine photosynthétique. L’atome logé au centre même de la molécule de chlorophylle est un atome de magnésium, tiré du sol ; et une part considérable de l’azote d’une feuille est immobilisée dans la RuBisCO, l’enzyme qui capte le gaz carbonique. Manquer d’azote ou de magnésium, ce n’est donc pas manquer de nourriture : c’est démonter l’usine. L’engrais reste l’outillage - mais l’outillage est à l’intérieur de la machine.

L’éclairage continu sous serre, lui, se heurte à un refus net. Allumer vingt-quatre heures sur vingt-quatre pour produire plus fonctionne d’abord : chez la tomate, la croissance dépasse celle des plantes éclairées quatorze heures pendant cinq à sept semaines. Puis une chlorose gagne les feuilles entre les nervures, les sucres et l’amidon s’y accumulent sans être évacués, la croissance ralentit - et le rendement final tombe en dessous de celui des plantes qui avaient eu leurs nuits. Au-delà de dix-huit heures d’éclairement, prolonger ne rapporte plus rien.

Le plus instructif est la parade. Ces dégâts disparaissent si l’on fait varier quelque chose au cours des vingt-quatre heures - la couleur de la lumière, ou simplement la température. Ce n’est donc pas l’obscurité qui manquait à la plante, ni le repos : c’est un rythme. Une plante n’a pas besoin de dormir, elle a besoin que le temps passe de façon reconnaissable.