Sigurd MAXWELL
Université de Genève, CMU et LOS Collège Claparède - Genève
MOTSCLES : EAU PHOTOLYSE CYCLE CARBONEOXYGENE BIOENERGIE -PREACQUIS - SPORT ET SANTE.
RESUME: Dans toute étude de l'environnement la compréhension des phénomènes énergétiques liés au cycle « carbone-oxygène» est primordiale. Cependant la notion peu nuancée de la transformation réversible du dioxyde-de-carbone en oxygène, génère un préacquis faux, qui rend la formation de tout concept bioénergétique difficile. Plus que de redéfinir le rôle de l'homme en tant que consommateur d'énergie, une comparaison de son métabolisme musculaire ave les principes bioénergétiques de la planète permet de le réintégrer (en tout cas théoriquement) dans son environnement.
SUMMARY : In any environmental study it is vital to understand the energy factors linked to the «carbon-oxygen » cycle. An incomplete understanding of the reversible«carbon-dioxyde to oxygen»reaction makes it difficult to acquire any clear bio-energetic concept. Also for man to he part of his environment again (theoretically at least), it is more important to compare his muscular metabolism with the bio-energetic principles on this planet, than to just question his mie as an energy consumer.
1.L'HYDROGENEETLAPHafOLYSEDE L'EAU
Danstoute problématique concernant l'environnement, la compréhension des phénomènes énergé-tiquesoccupeune position incontournable. Siàprioriiln'est pas nécessaire d'avoir une formation scienti-fique pour réalL'ier que setÙ un émsystème (ou tout système éconontique) peut existeràlongue échéance sur une base d'énergies renouvelables, un minimum de connaissances et de concepts scientifiques sont nécessai-res pour expliquer la faisabilité de certaines solutions dites alternatives ou d'énergies renouvelables, concept'>quipermettent aux personnes concernées d'avoir une approcheduproblème plLL'> positiviste, pour ne pas dire progressiste.
En admettant pour une fois que des concepts de hase essentiels, tel que atome, moléctÙe, énergie soient aOjUÎs, une réaction chimique simple permet alors d'entrer dans le vif du sujet.
Cest relativement simple de représenter les silhouettes de deux molécules d'eau sur un rétroprojec-teur avec deux pièces de 5.- francs(=oxygène) et4 pièces de 1.- Frs(=hydrogène; Fig. 1).
Fig. 1
Il est ensuite possible d'appliquer une force pour séparer les atomes constituant les «molécules» initiales, ceci dans le but de reconstituer avec ces mêmes atomes de nouvelles mo-lécules, dans ce cas deux molécules d'hydrogène et une d'oxygène (Fig. 2).
Fig. 2
Cette démonstration initiale permet non seulement un débat sur les énergies renouvela-bles, leur problématique et leurs conséquences économiques (Fig. 3), mais aussi de revoir ce qu'est une réaction chimique réversible par exemple, et de préciser le rôle primordial de l'énergie solaire dans tout système de ce type.
En biologie qui dit énergie solaire, dit photosynthèse, dans la première phase de laquelle (phase lumineuse) il y a précisément dislocation photolytique de la molécule d'eau et formation d'oxygène et d'hydrogène. Dans la deuxième phase (phase obscure) il y a synthèse demolécule~
de glucose, formation qui peut être assimiléeàun stockage des atomes d'hydrogène, atomes qui sont fixés sur un «squelette» formé essentiellement d'atomes de carbone, le carbone provenant uniquement de molécules de dioxyde de carbone absorbées par la feuille.
Fig. 3
On peut donc comparer toute molécule organiqueàun «réservoir» d'hydrogène. Aussi lors de la respiration cellulaire l'énergie physiologiquement utilisable (production d'ATF) provient exclusivement de l'oxydation de l'hydrogène!Onpeut démontrer ceci lorsque on oxyde une molécule d'acide gras (Fig. 4) et en oxydant séparément (théoriquementdumoins) l'hydrogène et le carbone contenu dans cette molécule (Fig. 5).
ACIDE CAPRIOUE (DECANOIQUE)
ATP
H H H H H H H H H Oi
H-~-l-J-l-J-J-J-~-l-ll-o-H+~
1 1 1 1 1 1 1 1 1C:::::::-n,.~ ~1
HHHH
tiHHH
H ""'10CO,+ 10H,O
Fig. 4ACIDE CAPRIOUE (DECANOIOUE)
r---,
H H H H H H H H H 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 IH- -HI + 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 \ H H H H H H H H H ) , - - - _ /ATP
Ij\,
5 °2-:>10 H20°
1 1 1 1 1 1 1 1 1Il
C C C C C C C C C C O -1 1 1 1 1 1 1 1 1 Fig. 52. LE GAZ CARBONIQUE TRANSFORME EN OXYGENE?
+ 902--,!>10CO,
A cet endroitilserait facile de faire la liaison entre l'énergie renouvelable telle qu'elle est utilisée dans la nature et le système proposé ci-dessus. «Facile» oui, si il n'y avait pas ces «pré-acquis faux» (PAF), notamment ceux qui laissent supposer l'apprenant que le dioxyde de carbone est transformé en oxygène lors de la photosynthèse et vis-versa, en ce qui concerne la respiration cellulaire. Voici quelques résultats obtenus àce propos qui confirment l'existence des PAF mentionnés:
1L'OXYGENE DANS L'ORGANISME. 1
Résultats question no.?: nombre sujets interrogés:
Que devient l'oxygène après son utilisation?
1. -pas de répollse <)
1. - transformé en (ou devient, ressort sous forme de)
gaz carbonique,COl 68
3. -devient éllergie; est brûlé 7
4.•est rejeté par l'expiration 7
5. -est trallsforméell ,.gaz, hydrogèlle, azote, carbolle, globule rouge ct blanc ... 6
6. -est remplacé par le COl 1
7. -est rejet té sous forme de COl souillé par saletés )
8..assimilé par la cellule 1
9. -sa molécule change de construction, ehglllt. chimiql/e 1
10.- lIlle partie devielll COl, l'lIl/tre brûlée
Réponse espérée:
Sachant la persistance d'un PAF, il peut paraître ici inutile de pousser plus loin une investigation, accompagnée d'une compréhension, de certains phénomènes énergétiques natu-rels.
Si néanmoins certains enseignants avait l'obligeance de cesser de renforcer constamment le PAF mentionné, le débat énergétique pourrait prendre des autres dimensions, dans le domaine de l'environnement notamment ou dans celui de la santé (voir ci-dessous).
3.VIVREAVECUNE ENERGIE RENOUVELABLE
Dans le domaine de la santé et du sport en tout cas les notions de bioénergétique trouvent des applications très intéressantes. N'existe-t-il pas déjà au niveau des fibres musculaires deux systèmes enzymatiques capables de générer de l'ATP à partir des atomes d'hydrogène (toujours eux) «subtilisés» aux molécules organiques? Deux systèmes énergétiques qui aboutissent à la contraction musculaire, base de toute action physique (Fig. 6).
Il est primordial de réaliser que les muscles travaillent en anaérobie (glycolyse au niveau du cytoplasme) pour la plupart des mouvements (temps d'un exercice ne dépassant pas quatre minu-tes en moyenne). En effet le système aérobique (oxydation au niveau de la mitochondrie) se met en place progressi-vement et au fur et à mesure que l'exer-cice se prolonge tout en restant à un niveau métabolique constant.
Et ce sont aussi les sollicitations répétées (exercices de longue durée uni-quement) de ces mêmes mitochondries qui sont à l'origine de l'augmentation de leur nombre d'où une augmentation considérable de la demande cellulaire en oxygène (V02).
C est donc en grande partie à cause des mitochondries, stimulées de manière appropriée par la pratique des sports d'endurance (marche, vélo, jogging, ski de fond, etc.) que la puissance aérobi-que (V02-max) d'un individu augmente, résultant généralement en une amélio-ration spectaculaire du fonctionnement de son appareil cardio-vasculaire.
Quand on imagine par ailleurs les coûts de la santé, quand on sait aussi qu'en occident près de 50% des décès (sans parler de la qualité de la vie) sont causés par des problèmes cardio-vasculaires, quand on réalise enfin que les sports d'endurance sont infiniment plus respectueux de l'environnement que d'autres activités physiques plus médiatisées (mais n'améliorant en rien la santé somatique de l'individu) on commence à mesurer l'urgenceà ce que chacun comprenne les phénomènes liés à l'énergie, et l'immense espoir que peut représenter toute solution bioéner-gétique.
4.BIBLIOGRAPHIE
ASTRAND (P.-O.)& RODAHL (K.) 1986. Textbook of Work Physiology, McGraw-Hill Inter-national Editions, New York, 534P.
CERRETELLI (P.), 1987. Manuale di fisiologia del sport e dellavoro muscolare, SociétàEditrice Universo, Roma, 368-384.
MAXWELL (S.) 1989. Enseignement de notions de biologie par la physiologie de l'exercice, in Actes des 11èmes Journées Internationales sur l'éducation scientifique, UER de Didactique des Disciplines, Université Paris 7, 341-346.
