Rendement énergétique de la photosynthèse

[alopex]

Bonjour à tous,
Je me posais la question du rendement énergétique de la photosynthèse. Je définis ce rendement comme le rapport de la production de biomasse par l’énergie totale reçue par le rayonnement solaire. J’ai cherché sur internet et on trouve des valeurs très disparates (en gros de 1 à 90% !).
J’ai estimé la production de biomasse sur les ratios classiques en agronomie de 10 tMS/ha/an en zone tempérée. Le pouvoir calorifique (énergie chimique) de la biomasse est de 4,8 MWh/tMS. On trouve donc une énergie stockée sous forme chimique de 48 MWh/ha/an soit 4,8 kWh/m²/an.
Le rayonnement solaire moyen en France est de 1830 kWh/m²/an soit 200 W/m². En divisant les 2 quantités précédentes on trouve un rendement moyen annuel de 4,8/1830 = 0,26% !
Ce calcul ne tient pas compte de l’activité réduite des végétaux en hiver. En supposant l’activité végétale sur 4 mois (disons de mai à août), le rayonnement solaire de la période est de 1100 kWh/m² et le rendement est alors de 0,44%.
De mémoire, la chlorophylle ne capte que les photons dans des longueurs d’ondes bien précises et l’énergie correspondante est forcément beaucoup plus faible. Peut être qu’effectivement en faisant un rendement net sur ces longueurs d’ondes efficaces on trouve des valeurs cette fois très élevées comme celles que j’ai pu voir dans la littérature. Est-ce le cas ? Me suis-je trompé dans mes évaluations ci avant ? Merci de vos réponses.
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[alopex]

Bonjour,
J'ai trouvé que la lumière visible de 400 à 700 nm représente 43% du spectre total de la lumière solaire
et que d'après les courbes d'absorptions des chlorophylles a et b l'absorption moyenne sur ce spectre
est de 32%. En multipliant les deux on trouve 13,6% d'énergie lumineuse absorbable par les plantes.
En refaisant les calculs précédents sur cette base on trouve un rendement net de 1.9% à 3.2% ce qui
reste faible.

[invite85b45ef5]

j'ai un vieux livre de botanique qui donne un rendement moyen de l'ordre de 2,5%.
Cependant, il faut tenir compte du type de végétaux et de la nature du sol, de la disponibilité en eau et en éléments fertilisants.
Un hectare de maïs correctement fertilisé va produire au total 30 tonnes de matière sèche en 4 mois de végétation, avec l'herbe des prairies ou le bois des forêts on est très loin de ce chiffre.
Il faut aussi réfléchir que les océans recouvrent 70% de la surface de notre planète et que la photosynthèse qui y opère varie énormément en fonction de la température des eaux et d'autres éléments. Elle est très différente aux débouché des estuaires de grands fleuves comme l'Amazone de celle qui peut exister vers le cercle polaire.

[alopex]

Hello et merci @ Felicha pour ces éléments de réponse.
Mon évaluation autour de 2% semble donc se confirmer. Je trouvais ca étonnant en première analyse car les processus
biologiques sont généralement extrêmement efficaces et proches des maximas permis par les lois physiques dans les conditions
de vie des organismes. En fait, je me demande si c'est également le cas pour la photosynthèse si on considère uniquement la
partie du spectre strictement efficace sachant qu'une bonne partie des photons doivent produire des excitations inutiles se
traduisant par la réémission de photons éventuellement sur d'autres longueurs d'ondes?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite85b45ef5]

2% de rendement, cela peut sembler faible, mais d'une part, il est certain que la totalité du rayonnement reçu n'est pas utilisable par la photosynthèse, mais il y a des régions entières qui sont incapables de la pratiquer.
Un labour nu, a un rendement de zéro, un désert sans eau également. Certaines régions soumises au sur pacage n'ont même plus un brin d'herbe à exposer, en outre il y a le climat, les zones polaires ne doivent pas beaucoup participer.

[invite853321bf]

En fait, je me demande si c'est également le cas pour la photosynthèse si on considère uniquement la
partie du spectre strictement efficace sachant qu'une bonne partie des photons doivent produire des excitations inutiles se
traduisant par la réémission de photons éventuellement sur d'autres longueurs d'ondes?

A la fac un prof nous avait dit que la photosynthèse n'était pas au max à cause aussi de la concentration en CO2 dans l'air. Avec une concentration un peu plus élevée (je ne sais plus combien, ça commence à dater ), les rendements seraient meilleurs.

[invite85b45ef5]

bien connu des horticulteurs et maraîchers qui cultivent sous serres et , lorsqu'ils mettent leur chauffage au bois en service, envoient souvent les gaz de combustion dans la serre.
Avec du fuel, c'est dangereux car il y a souvent du soufre dans les fuels et les végétaux qui aiment le CO2 détestent le SO2