Exercice 1 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Centres étrangers (Afrique) 2025 (jour 1)

Expliquer comment l'augmentation de la concentration du CO2 atmosphérique par les activités humaines peut avoir des effets opposés sur la production de matière organique par les plantes.

Réponse : Introduction Le dioxyde de carbone ($\text{CO}_2$) atmosphérique a un double rôle. C'est le substrat carboné de la photosynthèse des végétaux chlorophylliens, et c'est aussi un gaz à effet de serre. Depuis la révolution industrielle, les activités humaines (combustion d'énergies fossiles, déforestation) ont fait passer sa concentration d'environ 280 ppm à plus de 420 ppm. Cette hausse a des effets opposés sur la production de matière organique (biomasse) par les plantes. I. Un effet stimulant direct : l'effet fertilisant du $\text{CO}_2$ - Mécanisme : dans les chloroplastes, la photosynthèse utilise l'énergie lumineuse pour réduire le $\text{CO}_2$, entré par les stomates, en molécules organiques (glucose, amidon). Cette fixation se fait dans le cycle de Calvin grâce à la Rubisco. - Le $\text{CO}_2$ est souvent un facteur limitant : sa hausse augmente la diffusion du $\text{CO}_2$ vers les cellules. Elle réduit aussi la photorespiration (activité oxygénase de la Rubisco) chez les plantes en C3. La photosynthèse nette et la production de biomasse augmentent alors, à condition que la lumière, l'eau et les nutriments ne soient pas limitants. - Expériences et observations : - Les maraîchers enrichissent l'air de leurs serres en $\text{CO}_2$ (environ 1000 ppm) pour augmenter leurs rendements. - Les dispositifs FACE (*Free-Air $\text{CO}_2$ Enrichment*) montrent une hausse de biomasse de l'ordre de 10 à 30 % chez le blé, le riz ou les arbres. - Les satellites observent un « verdissement » global de la planète depuis quelques décennies. - Nuances : - Cet effet est faible chez les plantes en C4 (maïs), qui concentrent déjà le $\text{CO}_2$. - Il s'atténue à long terme (acclimatation, limitation par l'azote). - Il peut s'accompagner d'une baisse de la qualité nutritive (moins de protéines, de zinc et de fer dans les grains). II. Des effets indirects défavorables : le dérèglement climatique - Réchauffement : le $\text{CO}_2$ renforce l'effet de serre. Il en résulte une hausse des températures, davantage de canicules et de sécheresses, et une modification du régime des pluies. - Stress hydrique : en cas de manque d'eau, les plantes ferment leurs stomates pour limiter la transpiration. Le $\text{CO}_2$ n'entre plus, et la photosynthèse et la production de biomasse chutent. - Stress thermique : au-delà d'une température optimale, l'activité des enzymes photosynthétiques diminue et la photorespiration augmente. La respiration, qui consomme de la matière organique, s'accroît également. La production nette diminue. - Autres effets : incendies, extension de ravageurs et de maladies favorisés par la chaleur, événements extrêmes (inondations). - Exemples : - Lors de la canicule de 2003 en Europe, la productivité primaire a chuté d'environ 30 %. - Les rendements de blé baissent en France lors des étés chauds et secs. - Des forêts dépérissent après des sécheresses répétées (épicéas, hêtres). Conclusion L'augmentation du $\text{CO}_2$ atmosphérique stimule directement la photosynthèse, car le $\text{CO}_2$ est un réactif souvent limitant. Mais elle entraîne aussi un dérèglement climatique (sécheresses, canicules) qui réduit la production de matière organique. Ces effets négatifs annulent fréquemment le bénéfice de l'effet fertilisant. L'affirmation selon laquelle « plus de $\text{CO}_2$ est bon pour n'importe quelle plante » est donc fausse. L'effet réel dépend de l'espèce (C3 ou C4) et des autres facteurs du milieu (eau, température, nutriments).