La nutrition chez les végétaux
1. Les éléments nutritifs

Aristote croyait que les plantes se formaient à partir des éléments du sol. Selon lui, tout venait du sol. Quand pousse une plante, c'est la terre, en quelque sorte, qui se transforme en matière végétale. Avouez que cette hypothèse relève du gros bon sens. C'est pourquoi on ne la remettra pas en question pendant presque 2000 ans.

Une des premières réfutations connues de l'hypothèse d'Aristote nous vient d'une expérience effectuée part Jean Baptiste van Helmont (1577-1644) au début du XVIIe siècle.

Expérience de van Helmont

Van Helmont a tout simplement planté une branche de saule dans un bac rempli de terre sèche soigneusement pesée. Cinq ans plus tard, un arbre de plus de 75 Kg avait poussé à partir de la branche. Par contre, le sol, à nouveau asséché, pesait toujours près de 75 Kg. Il avait, en fait perdu, en tout et pour tout que 60 grammes. Comment 60 grammes de sol pourraient-ils donner un arbre de 75Kg?

Conclusion de van Helmont

L’arbre s ’est formé surtout à partir de l’eau d’arrosage (le reste venant du sol). Van Helmont ne pouvait pas imaginer que l’air, une substance qui ne semble rien peser, puisse contribuer de quelque façon que ce soit à la masse végétale. Donc, comme la seule chose ajoutée à la terre c’était l’eau, il fallait conclure que l’eau se transforme en matière végétale.

En fait, ce n’est pas totalement faux. Une petite partie du poids de l’arbre vient de l’eau. L’eau, comme nous l'avons vu dans la partie sur la photosynthèse, fournit les atomes d’hydrogène de la matière organique de l’arbre. Les 12 H de chacun des glucoses de l’arbre viennent de l’eau.

Un siècle plus tard : Stephen Hales (1677-1761)

Un siècle plus tard, observant que les plantes absorbent de l'air, Stephen Hales suggère que c'est l'air qui est responsable de la croissance. Aujourd'hui, on sait qu'il avait raison. L'essentiel du poids sec d'une plante vient du carbone et de l'oxygène et c'est le gaz carbonique de l'air qui apporte ce carbone et cet oxygène.

Theodore de Saussure (1767-1845)

C'est le Suisse Theodore de Saussure qui démontrera enfin vers 1804, suite aux travaux de Lavoisier, que les plantes absorbent du gaz carbonique qui est converti en matière végétale et qu'elles rejettent de l'oxygène.

Aristote (~382 - ~325)
Les plantes se forment à partir de la terre.

Jan Baptist Van Helmont
(1577-1644)
Les plantes se forment à partir de l'eau

• Le carbone du glucose vient du gaz carbonique.
• L'hydrogène du glucose vient de l'eau.
• Mais d'où vient l'oxygène du glucose? Et le dioxygène dégagé?

La provenance de l'oxygène dans le glucose ou dans le dioxygène a été démontrée par des expériences utilisant des sources de CO₂ ou de H₂O contenant des isotopes lourds de l'oxygène ( ¹⁸O ).

Dans cette expérience, on fournit à une plante du gaz carbonique ou de l’eau contenant des isotopes lourds de l’oxygène ( ¹⁸ O ). Comme on peut le constater, le dioxygène dégagé par la réaction vient des molécules d'eau et non du gaz carbonique.

Le sol fournit tous les éléments de la matière organique autres que C, H et O.

Un acide aminé contient de l'azote (en bleu), un élément qui doit être puisé dans le sol. Les autres éléments, C, H et O sont puisés dans le gaz carbonique et l'eau.

On divise généralement les éléments nécessaires à une plante en :

• Éléments majeurs (besoins élevés)
  C, O, H, N, S, P, Ca, K, Mg, Mo

• Éléments mineurs (essentiels, mais besoins très faibles; moins de 100 mg par Kg de matière végétale sèche)
  Fe, Cu, Cl, Mn, Mo, B, Ni, Zn
  Les plantes n'ont besoin que de très faibles quantités de ces éléments aussi appelés oligoéléments

De tous les éléments majeurs essentiels à la plante, trois sont plus susceptibles de manquer dans le sol:

• Azote (N)
• Phosphore (P)
• Potassium (K)

Dans la nature, ces éléments proviennent surtout de la décomposition de la matière organique. Le sol contient aussi du K et du P provenant de la dissolution par l'eau de composés minéraux de la roche mère.

En agriculture, on ne peut évidemment pas compter sur la décomposition pour fournir le sol en engrais. Les éléments minéraux du sol (les engrais) sont transformés en matière organique (les plantes cultivées) qui est ensuite enlevée du milieu de culture (évidemment, on ne va pas laisser se décomposer dans le champ le blé qu'on y a fait pousser !). Récolte après récolte, le sol s'appauvrit. On doit donc continuellement y incorporer des engrais. Ces engrais peuvent être constitués de fumier, c'est à dire de déchets végétaux et/ou animaux qu'on incorpore au sol pour qu'ils s'y décomposent ou d'engrais commerciaux.

Les engrais commerciaux (engrais chimiques) sont surtout formés d'un mélange de N, K et P sous des formes minérales assimilables par les plantes. Les trois nombres indiqués sur l'emballage correspondent aux concentrations respectives de N, de P et de K.

Azote phosphore et potassium dans les engrais commerciaux :

• L’azote des engrais commerciaux est généralement fabriqué en industrie à partir de l’azote de l’air (N₂) que l’on fait réagir avec de l’hydrogène pour former de l’ammoniac qui sera ensuite transformé en nitrates. Nous en reparlerons plus loin.
• Le phosphore provient de gisements de phosphates d’origine marine (dépôts marins qui se sont accumulés au fond d’anciens océans aujourd’hui asséchés). Le Maroc, le plus gros producteur mondial, renferme les 3/4 des réserves mondiales de phosphate.
• De même, le potassium est fourni par des gisements de potasse également d’origine marine. Le Canada est le plus gros producteur de potasse au monde.