Les surfaces d'échanges

Les feuilles des plantes offrent une très grande surface d’échange gazeux avec l’air, appelée surface foliaire. Si on compare la surface d’absorption des gaz entre un animal et une angiosperme, on constate que la surface d’échange est nettement plus élevée chez l’angiosperme.

L’étude des échanges gazeux avec l’air chez la plante chlorophyllienne révèle l’existence de deux voies métaboliques :

• La respiration au cours de laquelle les végétaux consomment du dioxygène et rejettent du CO₂. La respiration est surtout mesurable à l’obscurité.
• La photosynthèse, au cours de laquelle les végétaux consomment du CO₂ et rejettent du O₂. Elle n’est mesurable qu’à la lumière.

Une feuille est constituée d'un limbe et d'un pétiole qui la relie à la tige. C'est le limbe qui est spécialisé dans les échanges gazeux entre la plante et l'atmosphère.

Structure d'une feuille simple

La feuille est un organe associant différents tissus assurant chacun un rôle précis et indispensable pour la survie de la plante.

Du dessus vers le dessous, on trouve :

• L’épiderme supérieur formé d’une seule couche de cellules est recouvert d’une cuticule imperméable qui empêche les pertes hydriques sous l’effet des rayonnements solaires.
• Le parenchyme chlorophyllien palissadique constitué de cellules allongées riches en chloroplastes. Leur bonne exposition aux rayonnements lumineux favorise la photosynthèse.
• Le parenchyme chlorophyllien lacuneux est formé de cellules de forme arrondie séparées par des espaces appelés lacunes dans lesquelles circulent les gaz.
• L’épiderme inférieur est constitué d’une seule couche de cellules recouverte d’une cuticule imperméable. Il est perforé par des orifices appelés stomates connectés aux lacunes et permettant l’entrée et la sortie des gaz.

Coupe transversale d'une feuille

Les stomates sont formés par deux cellules spécialisées s'organisant autour d'une ouverture, l'ostiole, par laquelle circulent les gaz. Les stomates sont fermés la nuit pour permettre aux racines d'absorber de l'eau et aux périodes les plus chaudes de la journée pour éviter la dessiccation (la déshydratation de la plante par les feuilles).

Cette organisation permet à la feuille d’assurer sa fonction de façon optimale :

• La face inférieure permet l'absorption des gaz qui pénètrent dans les lacunes et circulent dans le parenchyme lacuneux. Ils rejoignent ensuite dans les différentes cellules chlorophylliennes (celles du parenchyme lacuneux et celles du parenchyme palissadique) pour permettre la photosynthèse.
• La face supérieure est orientée en direction des rayons du soleil afin d’optimiser la capture de l’énergie lumineuse nécessaire à la photosynthèse.

Ainsi, plus les feuilles ont une surface développée, plus elles captent l'énergie du soleil et plus les échanges de gaz avec l'atmosphère sont efficaces.

L'eau et les minéraux puisés dans le sol servent principalement aux cellules chlorophylliennes des feuilles pour réaliser la photosynthèse. Il faut donc un système dans la plante pour faire circuler cette matière du sol vers les feuilles.

La matière puisée par les racines (eau + minéraux) constitue la sève brute. Elle est véhiculée par des cellules mortes, en forme de tube, constituant les vaisseaux du xylème (comme ces cellules sont mortes, elles sont vides de cytoplasme ce qui facilite la circulation de la sève). Cette sève brute alimente les feuilles qui peuvent réaliser la photosynthèse et produire ainsi de la matière organique.

Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes : ils produisent leur propre matière organique. Cette production permet d’alimenter toutes les cellules et donc tous les organes de la plante. Le siège de cette synthèse est la feuille. Elle aboutit dans un premier temps à la production de glucides qui pourront ensuite être stockés dans la plante sous la forme d’amidon. Cet amidon est retrouvé aussi bien au niveau des structures aériennes (graines) qu’au niveau de structures racinaires (tubercules). Étant insoluble, il est transporté sous la forme de saccharose par les vaisseaux conducteurs appelés phloème (ensemble de tubes criblés) dans la sève élaborée. La sève élaborée alimente ainsi toute les cellules de la plante.

Circulation de la matière dans la plante