Sciences · Biologie
La nutrition des végétaux
Une plante verte fabrique sa propre matière organique à partir de matière minérale : elle prélève l’eau et les sels minéraux du sol par ses racines, le dioxyde de carbone de l’air par ses feuilles, et utilise l’énergie de la lumière.
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Contrairement aux animaux, une plante verte n’a pas besoin de manger d’autres êtres vivants : elle est autotrophe. C’est une notion clé de SVT au collège en France (cycle 3 puis 5e) : les végétaux chlorophylliens sont les producteurs primaires, à la base de presque toutes les chaînes alimentaires. La réaction chimique au cœur de leur nutrition est détaillée dans la fiche photosynthèse.
Les besoins d’une plante verte
| Besoin | Où la plante le prélève | Par quel organe |
|---|---|---|
| Eau | Sol | Racines (poils absorbants) |
| Sels minéraux (azote, phosphore, potassium…) | Sol, dissous dans l’eau | Racines |
| Dioxyde de carbone (CO₂) | Air | Feuilles (stomates) |
| Lumière | Soleil | Feuilles (chloroplastes) |
| Dioxygène | Air et sol | Toutes les parties (pour la respiration) |
L’absorption par les racines
L’eau et les sels minéraux dissous entrent dans la plante au niveau d’une zone située juste au-dessus de la pointe des racines, couverte de milliers de poils absorbants. Chacun est une seule cellule allongée, à paroi très fine, en contact étroit avec les particules du sol. Ensemble, ils multiplient la surface d’échange avec le sol.
L’eau et les sels minéraux forment la sève brute, qui monte vers les feuilles (voir sève brute et sève élaborée). Beaucoup de plantes sont aidées par des champignons du sol associés à leurs racines, les mycorhizes, qui augmentent l’absorption des sels minéraux (voir symbiose).
Les sels minéraux essentiels
- Azote (N) : croissance des feuilles, fabrication des protéines.
- Phosphore (P) : racines, floraison, énergie de la cellule.
- Potassium (K) : fruits, résistance.
- Et en plus petites quantités : magnésium (au cœur de la chlorophylle), fer, soufre, calcium…
C’est le principe des engrais, notés « NPK ».
Les échanges gazeux par les feuilles
La face inférieure des feuilles porte de minuscules orifices, les stomates, bordés de deux cellules en forme de haricot qui les ouvrent ou les ferment. Le CO₂ y entre et le dioxygène produit par la photosynthèse en sort ; la vapeur d’eau s’en échappe aussi (transpiration), ce qui aspire la sève brute vers le haut.
La photosynthèse : fabriquer de la matière
Dans les cellules chlorophylliennes des feuilles, les chloroplastes captent l’énergie lumineuse grâce à la chlorophylle (voir chloroplaste) :
dioxyde de carbone + eau → glucose + dioxygène (en présence de lumière et de chlorophylle)
Le glucose est transformé en amidon (stockage), en cellulose (parois), en protéines grâce à l’azote absorbé, en lipides. Il circule dans la plante avec la sève élaborée.
Schéma décrit : le bilan de la nutrition d’une plante
On dessine une plante entière (racines, tige, feuilles) avec :
- autour des racines, des flèches entrantes « eau » et « sels minéraux » ;
- dans la tige, une flèche montante « sève brute » et une flèche descendante « sève élaborée » ;
- sur une feuille, une flèche entrante « CO₂ » et une flèche sortante « O₂ », ainsi qu’une flèche « vapeur d’eau » qui sort ;
- au-dessus, un soleil avec une flèche « lumière » vers la feuille.
Un titre résume : « Une plante verte produit sa matière organique à partir de matière minérale et de lumière. »
Les expériences classiques
| Expérience | Résultat | Conclusion |
|---|---|---|
| Plante à l’obscurité plusieurs jours | Pas d’amidon dans les feuilles (test à l’eau iodée négatif) | La lumière est nécessaire |
| Feuille panachée (zones blanches) à la lumière | Amidon seulement dans les zones vertes | La chlorophylle est nécessaire |
| Plante dans une atmosphère sans CO₂ | Pas d’amidon | Le CO₂ est nécessaire |
| Plantes en eau distillée et en solution minérale | Croissance faible dans l’eau distillée | Les sels minéraux sont nécessaires |
L'eau iodée colore l’amidon en bleu-violet foncé : c’est le test utilisé pour montrer la production de matière organique.
Erreurs fréquentes
- « La plante se nourrit de terre. » Elle n’y prélève que de l’eau et des sels minéraux ; l’essentiel de sa masse sèche vient du CO₂ de l’air. Van Helmont l’avait déjà remarqué au XVIIe siècle : un saule planté dans un pot avait pris des dizaines de kilos alors que la terre du pot n’avait presque pas diminué.
- Croire que les plantes ne respirent pas : elles respirent jour et nuit ; le jour, la photosynthèse masque la respiration (voir respiration des êtres vivants).
- Confondre engrais et nourriture : l’engrais apporte des sels minéraux, pas de la matière organique toute prête.
- Penser que toutes les plantes sont autotrophes : certaines plantes parasites sans chlorophylle prélèvent leur matière sur d’autres plantes.
Exercice corrigé
Énoncé. On cultive deux lots de jeunes plants de haricot identiques à la lumière : lot A arrosé à l’eau distillée, lot B arrosé avec une solution contenant des sels minéraux. Après trois semaines, le lot B est nettement plus grand et plus vert. Interprète.
Corrigé.
- Les deux lots ne diffèrent que par la présence de sels minéraux dans l’eau d’arrosage.
- Le lot B, qui en a reçu, a mieux poussé : les sels minéraux, absorbés par les racines, sont nécessaires à la fabrication de la matière de la plante (protéines, chlorophylle…).
- Le lot A a d’abord utilisé les réserves de la graine, puis sa croissance a été limitée.
Questions fréquentes
Pourquoi les feuilles jaunissent-elles quand une plante manque d’azote ?
L’azote est indispensable à la fabrication de la chlorophylle et des protéines. En cas de carence, la plante le retire des vieilles feuilles pour les jeunes, et les vieilles jaunissent.
Les plantes carnivores sont-elles autotrophes ?
Oui : elles font la photosynthèse. Les insectes capturés leur fournissent surtout de l’azote, rare dans les sols pauvres où elles vivent (voir plantes carnivores).
Une plante peut-elle vivre sans sol ?
Oui, si l’on apporte l’eau et les sels minéraux autrement : c’est le principe de la culture hydroponique.