Ceci est la traduction de l’ancienne page du prof Shakhashiri. Je vous invite à visiter la nouvelle page, pour voir des belles images de l’automne. La nouvelle adresse web est :
http://www.scifun.org/CHEMWEEK/AutumnColors2017.pdf
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En automne, dans l'hémisphère nord, les jours raccourcissent et la température se refroidit. Ces changements incitent les arbres à se préparer pour passer l'hiver: ils perdent des milliards de tonnes de feuilles. Dans certaines régions, comme dans les nôtres, une féerie de couleurs précède la chute des feuilles. Les feuilles autrefois vertes, selon l'espèce, peuvent se transformer en nuances brillantes de jaune, orange et rouge, ainsi que de brun. Ces changements de couleurs sont dus à la transformation des pigments présents dans les feuilles.
Le pigment vert des feuilles, c'est la chlorophylle. Elle absorbe la lumière rouge et bleue du soleil qui atteint les feuilles. La lumière réfléchie, moins rouge et moins bleue, apparaît verte. La chlorophylle comprend en fait deux pigments, la chlorophylle a et la chlorophylle b. Les molécules de ces composés sont grandes: C55H72MgN4O5 pour la chlorophylle a et C55H70MgN4O6 pour la chlorophylle b. Ces molécules sont insolubles dans la solution aqueuse qui remplit les cellules végétales. Elles sont fixées aux membranes des chloroplastes qui apparaissent comme de petits disques: c'est là que se produit la photosynthèse. L'énergie de la lumière se transforme en énergie chimique. Les plantes alors produisent de l'oxygène et des hydrates de carbone avec du dioxyde de carbone et l'eau. Voici la formule de Cx(H2O) x.
Lors de cette transformation endothermique, l'énergie de la lumière absorbée par la chlorophylle se change en énergie chimique emmagasinée dans les hydrates de carbone (sucres et amidons). Cette énergie chimique contrôle les réactions biochimiques qui permettent aux plantes de croître, de fleurir et de produire des graines.
La chlorophylle n'est pas un composé très stable: la lumière brillante du soleil la décompose. Pour conserver de la chlorophylle dans leurs feuilles, les plantes en synthétisent continuellement, sous l'effet du soleil et des températures chaudes. C'est ainsi que durant l'été la chlorophylle est décomposée et régénérée continuellement dans les feuilles des arbres.
Les feuilles de plusieurs plantes contiennent un autre pigment, le carotène. Il absorbe la lumière bleu-vert et la lumière bleue. La lumière réfléchie apparaît jaune. Le carotène est aussi une grosse molécule (C40H36) contenue dans les chloroplastes de plusieurs plantes. Quand le carotène et la chlorophylle sont présents dans la même feuille, elles absorbent la lumière rouge, bleu-vert et bleue: la lumière réfléchie apparaît verte. La lumière absorbée par le carotène est transférée à la chlorophylle. Étant un composé plus stable, le carotène demeure dans les feuilles même après la destruction de la chlorophylle. Les feuilles apparaissent alors jaunes.
Un troisième pigment, ou classe de pigments, les anthocyanines, se rencontrent dans les feuilles. Les anthocyanines absorbent la lumière bleue, bleu-vert et verte. La lumière réfléchie apparaît alors rouge. Contrairement à la chlorophylle et au carotène, les anthocyanines ne sont pas fixées aux membranes des cellules et sont dissoutes dans la sève cellulaire. La couleur produite par ces pigments est sensible au pH de la sève cellulaire. Si la sève est entièrement acide, les pigments produisent une brillante couleur rouge. Si la sève est moins acide, la couleur est alors pourpre. La pelure rouge des pommes mûres et le pourpre des grappes de raisin sont dus aux anthocyanines. Dans la sève cellulaire, elles sont le produit d'une réaction entre les sucres et certaines protéines. Pour que cette réaction se produise, il faut de la lumière et une sève fortement concentrée en sucre. C'est pourquoi les pommes apparaissent rouges d'un côté et vertes de l'autre.
Durant l'été, grâce à l'action de la lumière sur la chlorophylle, les feuilles des arbres sont des usines qui produisent du sucre à partir du dioxyde de carbone et de l'eau. La chlorophylle fait apparaître les feuilles vertes (les feuilles de certains arbres, comme les Bouleaux et les Peupliers, contiennent aussi du carotène. Le vert apparaît plus brillant alors, le carotène absorbant la lumière bleu-vert). À partir des racines, l'eau et les éléments nutritifs circulent dans les branches et dans les feuilles. Les sucres produits par la photosynthèse circulent, à partir des feuilles, vers les autres parties de l'arbre. L'arbre utilise une partie de l'énergie chimique pour croître et emmagasine le restant.
En automne, le raccourcissement des jours et les nuits fraîches déclenchent des changements dans l'arbre. Une couche de liège se forme entre la branche et la tige de la feuille. La circulation des éléments nutritifs étant alors bloquée, la production de la chlorophylle diminue et la couleur verte des feuilles s'estompe. Si les feuilles contiennent du carotène, comme celles du Bouleau et du Noyer, elles passeront du vert au jaune brillant au moment de la disparition de leur chlorophylle. La couche de liège entre la branche et la feuille empêche aussi la circulation du sucre à partir de la feuille. Chez certains arbres, au moment où la concentration en sucre augmente, le sucre réagit pour former des anthocyanines. Grâce à ces pigments, les feuilles alors jaunes deviennent rouges. Les Érables rouges ou Plaines rouges, le Chêne rouge et le Sumac vinaigrier produisent des anthocyanines en abondance et affichent les rouges et les pourpres les plus brillants dans le paysage automnal. Chez d'autres arbres, comme le hêtre, lorsque les caroténoïdes jaunes sont détruits, leur couleur est remplacée par le brun qui résulte de l'oxydation des tanins de la feuille.
La variété et l'intensité des couleurs automnales sont grandement influencées par la température. Les basses températures détruisent la chlorophylle. Si elles demeurent au-dessus du point de congélation, elles favorisent la formation des anthocyanines. Le soleil brillant détruit aussi la chlorophylle tout en augmentant la production des anthocyanines. Un temps sec, en augmentant la concentration de sucre dans la sève, donne le même résultat. Ainsi, les couleurs automnales les plus flamboyantes se manifestent quand des jours ensoleillés et secs sont suivis de nuits fraîches et sèches.
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