Résumé
Les plantes produisent du sucre et de l’oxygène dans un processus appelé photosynthèse, en utilisant la lumière du soleil, l’eau et le dioxyde de carbone. C’est un processus important sur Terre, car il élimine le dioxyde de carbone de l’air et nous fournit de la nourriture. La photosynthèse se produit dans de petits compartiments à l’intérieur des cellules végétales, appelés chloroplastes. Dans un processus en deux étapes, les plantes obtiennent l’énergie chimique de la lumière du soleil. L’énergie recueillie est utilisée dans une seconde réaction pour produire le sucre glucose. Le glucose est associé au fructose, qui est du sucre de fruit, pour créer du saccharose, notre sucre de table bien connu. Les betteraves à sucre mettent environ 7 mois à pousser et fournissent environ 32% de la production mondiale de sucre de table. À mesure qu’ils grandissent, ils doivent être protégés des mauvaises herbes et des maladies. Une fois qu’elles ont suffisamment poussé, les betteraves à sucre peuvent être récoltées et transformées dans une sucrerie pour obtenir du sucre de table.
Le sucre est produit par des plantes
Un dessert après le déjeuner ou le chocolat de nos grands-parents nous fait sourire. En effet, notre cerveau exige l’un des ingrédients de ces aliments sucrés. Nous parlons de sucre de table, également appelé saccharose. Le saccharose est fabriqué à partir de deux sucres plus simples: le glucose et le fructose. Mais d’où vient le glucose? Contrairement aux humains et aux autres animaux, les plantes peuvent produire du glucose par un processus appelé photosynthèse. Les parties vertes des plantes utilisent la lumière du soleil, l’eau et le gaz carbonique de l’air pour produire du glucose et de l’oxygène. Ce faisant, les plantes produisent de l’énergie et nous permettent de respirer de l’air frais et riche en oxygène. Mais comment les plantes elles-mêmes bénéficient-elles de la photosynthèse et de la production de glucose? Le glucose peut être utilisé comme bloc de construction chimique et comme fournisseur d’énergie. Les plantes utilisent le glucose pour vivre et grandir. Pour les plantes et les humains, le glucose est comme le carburant d’une machine.
Les plantes produisent du sucre dans leurs feuilles, mais ces feuilles n’ont pas de goût sucré. C’est parce que le sucre ne reste pas dans les feuilles. Les plantes utilisent le sucre pour pousser, et il peut également être transporté dans les racines, les graines, les tiges ou les fruits pour le stockage. Nous avons déjà appris que le sucre peut exister sous forme de sucres simples, comme le glucose ou le fructose, ou sous forme de sucre double, comme le saccharose. Mais il y a aussi des sucres dans lesquels des milliers de molécules de sucre sont liées pour former une unité énorme, comme l’amidon. Tous ces différents sucres sont un type de nutriments appelés glucides (tableau 1).
- Tableau 1 – Certaines formes de glucides dans les plantes.
De nombreuses plantes stockent leur sucre sous forme d’amidon, comme les pommes de terre. D’autres stockent du sucre sous forme de fructose ou de glucose dans leurs fruits, comme les pommes et les oranges. Certaines plantes stockent des concentrations élevées de saccharose. Des plantes riches en saccharose sont cultivées pour le sucre de table que nous utilisons pour fabriquer nos délicieux bonbons. Dans le monde entier, les betteraves à sucre et la canne à sucre sont les principales cultures qui produisent du sucre. La canne à sucre a besoin de températures chaudes (25-30 ° C) pour pousser, de sorte que cette culture est cultivée dans les régions subtropicales et tropicales, comme le Brésil et l’Inde. Aujourd’hui, la betterave à sucre est la principale culture de production de sucre dans les climats tempérés (15-25 ° C), en particulier en Europe occidentale, centrale et orientale, ainsi qu’aux États-Unis, en Chine et au Japon.
Lumière, Dioxyde de carbone et Eau: Sources d’énergie et de douceur
Pour la photosynthèse, les parties vertes des plantes sont importantes. Les feuilles sont vertes car elles contiennent des structures appelées chloroplastes, qui ont un pigment vert, appelé chlorophylle (Figure 1). La photosynthèse comporte deux étapes principales. Dans la première étape, la lumière du soleil brille sur les feuilles et l’énergie lumineuse est collectée par la chlorophylle dans les chloroplastes. L’énergie lumineuse collectée est convertie en énergie chimique et stockée dans des molécules de stockage d’énergie. L’oxygène est également produit au cours de ce processus et est libéré par les plantes. Dans la deuxième étape de la photosynthèse, le dioxyde de carbone de l’air pénètre dans les feuilles par de très petites ouvertures. En utilisant l’énergie chimique précédemment stockée, les chloroplastes convertissent le dioxyde de carbone en glucose. Le fructose est également produit au cours de cette étape. Le glucose est ensuite combiné avec du fructose pour créer du saccharose.
- Figure 1 – Une illustration simplifiée de la photosynthèse.
- À l’intérieur des chloroplastes contenus dans les feuilles, la lumière, l’eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2) sont transformés en énergie et en sucre (glucose). En utilisant de l’eau, la lumière du soleil est convertie en molécules stockant de l’énergie dans les cellules végétales. L’énergie de ces molécules est ensuite utilisée pour créer du glucose à partir du CO2.
Qu’est-ce qu’une betterave à sucre?
Les gens ont toujours trouvé des substances pour sucrer les aliments. Mais, dans les climats frais, le sucre a été un produit de luxe pendant de nombreuses années. En 1747, le chimiste allemand Andreas Sigismund Marggraf a découvert que les betteraves produisent le même sucre que la canne à sucre. Son élève a développé un procédé technique pour extraire le sucre des betteraves. La première usine de sucre est devenue opérationnelle en 1802. Bientôt, de nombreuses usines de sucre ont été construites dans toute l’Europe.
La betterave à sucre (appelée Beta vulgaris en latin) a des feuilles vert vif en rosette et une racine blanche et charnue en forme de cône (Figure 2). La racine de betterave est l’organe de stockage, contenant 75% d’eau, ~ 20% de sucre et des composants structurels appelés pulpe.
- Figure 2 – Plante de betterave sucrière entièrement développée.
- La partie souterraine est l’organe de stockage, appelé racine pivotante, qui a des racines velues pour absorber l’eau et les nutriments. La partie aérienne est constituée du feuillage, qui contient de nombreuses feuilles disposées en forme de rosette.
Culture de betteraves sucrières
La culture de cultures peut sembler simple, mais ce n’est pas vrai si vous voulez cultiver des cultures suffisamment grandes pour nourrir de nombreuses personnes. Voyons comment les betteraves à sucre sont cultivées (Figure 3). Notre voyage commence avec la graine de betterave à sucre. Les graines sont semées une fois le sol réchauffé, normalement en mars/avril. Une graine de betterave à sucre se développe naturellement en de nombreuses plantes. Jusque dans les années 1970, les plantes inutiles devaient être enlevées à la main pour que les betteraves ne soient pas trop encombrées, ce qui était un travail fastidieux et fastidieux. Ensuite, les sélectionneurs de plantes ont fait une percée et ont introduit des graines qui ne produisent qu’un seul semis. Les sélectionneurs de semences qui fabriquent des graines de betterave à sucre enduisent les graines de pesticides qui protègent les semis contre les maladies et les ravageurs. La graine de betterave à sucre enrobée est appelée pilule, et les pilules ont souvent des couleurs différentes selon l’éleveur (figure 3A).
- Figure 3 – Culture de la betterave à sucre.
- (A) Au printemps, les graines de betterave à sucre (présentées ici sous forme de pilules, qui sont des graines enrobées principalement de substances pour protéger le plant contre les maladies et les ravageurs) sont semées d’affilée. (B, C) De jeunes plants de betteraves sucrières émergent et poussent. (D) Lorsque neuf feuilles ou plus se sont dépliées, une racine pivotante se forme et pousse sous terre pour stocker le sucre. Pendant cette « période de croissance », les parasites particulièrement fongiques doivent être contrôlés, ce qui peut inhiber la photosynthèse. E) En Europe occidentale et centrale, les betteraves sont récoltées à partir de septembre. F) Les betteraves sont stockées sous forme de tas appelé pince sur la bordure du champ, jusqu’à ce qu’elles soient amenées dans une usine pour l’extraction du sucre. En bas, vous pouvez voir les étapes de la culture de la betterave à sucre pour la production de sucre et la durée, ce qui est vraiment important pour protéger les betteraves à sucre contre les mauvaises herbes, les insectes et les parasites fongiques.
Lorsque les graines germent, de petites racines et deux feuilles de graines, appelées cotylédons, émergent (figure 3B). À partir de ce moment, la jeune betterave à sucre doit être protégée des mauvaises herbes, car les mauvaises herbes sont en compétition pour la lumière du soleil et les nutriments du sol. Les agriculteurs peuvent contrôler les mauvaises herbes avec une houe ou utiliser des herbicides, qui sont des produits chimiques qui tuent les mauvaises herbes. Si l’agriculteur ne contrôle pas les mauvaises herbes, les petites betteraves seront dépassées et le rendement des cultures peut être réduit jusqu’à 80%. Les betteraves ne doivent pas seulement lutter contre les mauvaises herbes concurrentes. Ils sont également attaqués par des insectes. Les insectes attaquant les betteraves peuvent être séparés en deux groupes: ceux qui endommagent directement la plante et ceux qui transmettent des maladies virales. Le puceron vert du pêcher (Myzus persicae), par exemple, peut transmettre un virus provoquant un jaunissement des feuilles de betterave à sucre, ce qui inhibe la photosynthèse et réduit la production de sucre.
Les betteraves Doivent Être Protégées Contre Les maladies fongiques
Après que la betterave à sucre a développé neuf feuilles ou plus, la « betterave » ou organe de stockage souterrain, est formée. Le saccharose produit dans les feuilles est stocké dans la betterave. Plus l’été est ensoleillé, plus le sucre peut être produit par photosynthèse. Pendant ce temps, les feuilles doivent être protégées contre les maladies fongiques, car seules les feuilles saines peuvent effectuer la photosynthèse. La maladie la plus répandue et la plus destructrice des feuilles de betterave à sucre est causée par un champignon du nom latin Cercospora beticola. Au début, seules de petites taches sombres circulaires avec une bordure rougeâtre sont visibles, mais le champignon produit une substance toxique qui détruit le tissu foliaire et finit par tuer de grandes surfaces ou même des feuilles entières. Le champignon utilise le tissu mort comme source de nutrition. La maladie peut être réduite en cultivant des betteraves à sucre seulement tous les 3 ans et en cultivant d’autres plantes, comme les céréales, dans les années intermédiaires. Cette technique s’appelle la rotation des cultures. Les agriculteurs peuvent également utiliser de nouvelles variétés de betteraves sucrières tolérantes à la Cercospora, qui peuvent mieux tolérer la maladie. Si le champignon a déjà attaqué sévèrement les betteraves à sucre, des fongicides, qui sont des substances chimiques qui protègent les plantes contre les infestations fongiques, peuvent être pulvérisés sur les plantes. Les chercheurs étudient de nouvelles technologies pour réduire l’utilisation de fongicides. Par exemple, en utilisant des caméras spéciales et des systèmes informatiques, les maladies des plantes peuvent être prédites beaucoup plus tôt qu’elles ne le peuvent à l’œil nu, et les agriculteurs peuvent utiliser des fongicides de manière plus ciblée. Ceci est également important pour protéger les animaux bénéfiques, qui ont un habitat dans les champs de betteraves à sucre, comme le peewit, d’autres oiseaux nichant au sol, des lièvres ou des lapins et des insectes comme les coléoptères, comme la coccinelle. Cependant, la betterave à sucre ne fleurit pas lorsqu’elle est cultivée pour la production de sucre, de sorte que les champs de betteraves à sucre ne sont pas attrayants pour le miel, les abeilles sauvages ou les bourdons.
Récolte et extraction du sucre
En automne, lorsque les plantes ont fini de pousser, la récolte de la betterave à sucre commence. Les feuilles des betteraves à sucre sont enlevées et les betteraves sont extraites du sol par des cueilleurs de betteraves, dont beaucoup peuvent récolter six rangées simultanément (figure 3E). Les feuilles restent sur le terrain comme engrais naturel. Les betteraves à sucre sont collectées dans un tas, appelé pince à betterave (Figure 3F), où elles attendent d’être transformées. Les betteraves à sucre sont progressivement récoltées et transportées dans les usines afin que les usines puissent recevoir et traiter en permanence les betteraves à sucre pendant cette période. Dans les usines, le sucre est extrait des betteraves en utilisant de l’eau, de la chaux, de la chaleur et des connaissances en physique. En moyenne, six à sept betteraves à sucre sont nécessaires pour produire 1 kg de sucre (~ 2,2 lb), ce qui représente une superficie cultivée d’environ 1 m2.
Aujourd’hui, presque tous les composants des betteraves sucrières sont utilisés dans un cercle fermé et durable. Outre le sucre, d’autres produits à base de betterave à sucre comprennent l’alimentation animale, le bioéthanol et le biogaz.
Qu’Avons-Nous Appris ?
Dans cet article, vous avez beaucoup appris sur les betteraves à sucre: comment elles poussent, comment elles produisent du sucre, les ravageurs et les maladies auxquels elles sont confrontées et comment elles sont récoltées. La culture de la betterave sucrière est extrêmement importante car elle fournit environ 32% de la production mondiale de sucre de table et c’est la seule culture à haute teneur en saccharose pouvant être cultivée dans les régions tempérées.
Glossaire
Photosynthèse: Le processus utilisé par les plantes vertes pour produire de l’énergie, sous forme de sucre, à partir de la lumière du soleil, de l’eau et du dioxyde de carbone.
Chloroplaste: Petites structures à l’intérieur des feuilles qui conduisent la photosynthèse.
Chlorophylle: Pigments à l’intérieur des chloroplastes qui absorbent l’énergie lumineuse de la lumière du soleil.
Pesticides: Substances utilisées pour protéger les cultures contre les mauvaises herbes, les agents pathogènes fongiques et les ravageurs.
Pilule: Graine de betterave à sucre, qui est recouverte d’une couche de différentes substances, principalement pour protéger la plantule contre les maladies et les ravageurs.
Cotylédon : Les deux premières feuilles qui émergent de la graine après le semis.
Pince à betterave: Tas de betteraves à sucre ramassées et nettoyées, sans feuilles, normalement à la frontière du champ.
Conflit d’intérêts
Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de relations commerciales ou financières pouvant être interprétées comme un conflit d’intérêts potentiel.
Remerciements
Les auteurs remercient Maximilian Müllender pour la relecture minutieuse du manuscrit et les commentaires utiles.
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