Introduction

Le soleil est la principale source d’énergie pour le développement de la biomasse et le fonctionnement des processus de la vie sur notre planète. L’énergie solaire est émise sous forme de rayonnement électromagnétique dans l’espace et frappe la terre avec différentes longueurs d’onde. L’œil humain perçoit généralement la lumière dans une gamme de longueurs d’onde comprise entre 380 et 780 nanomètres (nm). Tout comme l’œil humain a une perception et une sensibilité à la lumière, les plantes ont leur propre courbe de sensibilité pour la photosynthèse. Les plantes absorbent la partie de la lumière située dans la gamme de longueurs d’onde de 400 à 700 nm. Le rayonnement photosynthétiquement actif est abrégé en “PAR”.

La croissance des plantes dépend de trois processus qui réagissent à la lumière :

► Photosynthèse (métabolisme)
► Photomorphogenèse (développement des formes)
► Photopériodisme (réaction à la longueur du jour)

Photosynthèse

Photosynthèse

Le plus important de ces processus est la photosynthèse, qui est à la base de la croissance et du développement des plantes. Plus simplement, il s’agit d’un processus que toutes les plantes utilisent pour collecter l’énergie de la lumière du soleil. Les plantes stockent l’énergie collectée sous forme d’hydrates de carbone, de sorte que la lumière du soleil sert essentiellement de nourriture à la plante. La lumière est absorbée à l’aide du pigment chlorophylle.Les deux chlorophylles les plus importantes sont les pigments chlorophylle A et chlorophylle B, ainsi que d’autres pigments auxiliaires, tels que les caroténoïdes. Comme le montre la Fig. 1 La chlorophylle A absorbe la lumière dans les longueurs d’onde bleues et rouges, avec des pics d’absorption à 430 nm et 662 nm. En revanche, la lumière verte et la lumière rouge lointaine sont peu ou pas absorbées. La chlorophylle B utilise une gamme similaire, avec des pics d’absorption à environ 453 nm et 642 nm. Les pigments auxiliaires, comme ici le bêta-carotène, utilisent des portions plus petites du spectre lumineux avec des pics d’absorption entre 400 et 500 nm.La chlorophylle A est le pigment principal de la conversion duCO2 en hydrates de carbone. Les pigments auxiliaires transfèrent l’énergie absorbée à la chlorophylle A, mais ne font qu’élargir le spectre d’action. Le spectre d’action est la courbe de sensibilité de la lumière sur la photosynthèse des plantes. Afin d’obtenir des informations précises sur l’absorption de la lumière par les différents pigments, les scientifiques ont entrepris un processus de mesure complexe à l’aide d’un spectrophotomètre, où chaque longueur d’onde est testée pour déterminer le taux d’absorption spécifique. Le résultat de l’activité des pigments principaux et des pigments auxiliaires est représenté graphiquement dans le spectre d’action (Fig. 2).En comparant le spectre d’action (Fig. 2) avec le spectre d’absorption correspondant de la chlorophylle A (Fig. 1), vous constaterez qu’ils ne correspondent pas. En fait, le spectre d’absorption permet de conclure que la photosynthèse est principalement alimentée par la lumière bleue et rouge (et moins par la lumière verte). En revanche, le spectre d’action de la photosynthèse nous indique où la moyenne de toutes les chlorophylles est absorbée le plus fortement. De nombreuses personnes appliquent à tort la courbe du spectre d’absorption pour déterminer le spectre lumineux optimal et supposent que seuls le rouge et le bleu doivent être utilisés en priorité. Ce n’est pas tout à fait vrai, car un spectre lumineux plus large est beaucoup plus efficace qu’un spectre lumineux à bandes étroites (par exemple, uniquement le bleu et le rouge). En particulier dans l’environnement intérieur, lorsque les couleurs individuelles sont émises avec des intensités très élevées, la plante peut atteindre une saturation lumineuse et seule une petite partie de cette lumière est traitée. Dans les serres, le bleu et le rouge constituent un bon complément au large spectre de la lumière solaire.

Pics d'absorption

Fig. 1 : Spectre d’absorption de la chlorophylle A, B et du bêta-carotène

Spectre d'action

Fig. 2 : Spectre d’action

Photomorphogenèse

La photomorphogenèse est l’influence de la lumière sur la formation des plantes. Une grande proportion de lumière dans la gamme spectrale bleue entraîne une croissance des plantes courtes et touffues avec des entre-nœuds courts. Au contraire, une forte concentration du spectre rouge permet à vos plantes de pousser en hauteur et avec peu de branches latérales.
Quelle est la capacité d’une lampe de culture excite dans ce domaine ? Exemple : Laissez d’abord vos plantes pousser courtes et touffues avec des entre-nœuds extraordinairement serrés et, à partir de la deuxième semaine de floraison, exposez-les à l’ensemble du spectre rouge pour un rendement maximal.

Photopériodisme

Photopériodisme phénomène selon lequel les plantes réagissent différemment à la durée des périodes de lumière et d’obscurité. Certaines plantes ne fleurissent que lorsque la durée d’exposition quotidienne est inférieure à une valeur critique (plantes à jours courts), tandis que d’autres ne fleurissent que lorsque la lumière quotidienne est supérieure à cette valeur critique (plantes à jours longs). Le processus de photopériodisme est également influencé par la longueur d’onde de la lumière. La lumière rouge fait passer le phytochrome à une forme active. La réaction active du phytochrome réveille essentiellement la plante afin de démarrer la photosynthèse et est également appelée Pr (phytochrome rouge). La lumière infrarouge déclenche la réaction du phytochrome inactif, également appelé Pfr (phytochrome far red). Dans la forme inactive Pfr, la plante s’endort. Pendant la période d’obscurité, la plante se régénère et développe des fleurs.

Bar à spectre

Le spectre photosynthétique

Certaines longueurs d’onde et couleurs sont vitales pour la plante et d’autres suppriment la photosynthèse. La bonne combinaison de longueurs d’onde dans votre lampe de culture LED est essentielle pour une croissance saine et naturelle des plantes. La plupart des plantes ont le taux de photosynthèse le plus élevé dans le spectre bleu-violet, orange, rouge et au minimum dans le spectre vert. 

Lumière UV

Invisible pour l’homme, la lumière UV se divise en trois types : UV-A, UV-B et UV-C.Les UV-A se situent dans la gamme de longueurs d’onde de 315 à 400 nm et sont principalement transmis par l’atmosphère avant d’atteindre la terre. Pendant longtemps, les UV-A n’ont pas été une clé importante de la photosynthèse pour les scientifiques1. Des études récentes ont montré que le rayonnement UV-A a des effets positifs sur la croissance et la floraison des plantes2,3. Cela signifie que les rayons en dehors du spectre PAR ont un impact sur les processus fondamentaux de la photosynthèse.Lorsque l’on parle de lumière UV, on l’associe souvent aux UV-B. Les UV-B se situent dans la gamme de longueurs d’onde comprise entre 290 et 315 nm et sont généralement filtrés par la couche d’ozone (lorsqu’elle est suffisamment épaisse). La lumière UV pose généralement des problèmes, que ce soit pour nous, les humains, ou pour les plantes. La lumière PAR et les UV-A stimulent la production de chloroplastes (y compris le bêta-carotène) pour renforcer le système de défense contre le stress et les maladies, et fournissent une certaine protection contre les rayons UV-B. La lumière PAR et les UV-A stimulent la production de chloroplastes (y compris le bêta-carotène) pour renforcer le système de défense contre le stress et les maladies,et fournissent une certaine protection contre les rayons UV-B. Cependant, l’exposition permanente aux UV-B doit être évitée dans tous les cas.6Certaines espèces végétales peuvent bénéficier des UV-B. Pendant la phase de floraison, la production de fleurs puissantes peut être accélérée7. En raison des dommages cellulaires causés par les UV-B, la plante tente de protéger les cellules exposées en augmentant la production de résine.
Les rayons UV-B doivent idéalement éclairer la plante latéralement et non par le haut, afin de minimiser les dommages causés aux plantes. Pour cette méthode, nous recommandons l’utilisation d’une lampe UV-B T5/T8 à commande temporelle pour une durée maximale de 2 heures. 3-4 heures pendant les 3 dernières semaines de floraison.
Les UV-C sont très éloignés de la lumière visible (200-290 nm). Très peu de rayons UV-C traversent l’atmosphère, c’est pourquoi ils n’ont pas été considérés comme importants pour les bio-organismes dans le domaine scientifique.

Bleu-violet et bleu

La gamme des bleus-violets et des bleus de la lumière a une envergure d’environ 400-520 nm. Les longueurs d’onde dans la région bleue sont des moteurs fondamentaux de la photosynthèse.8 Plus les plantes reçoivent de lumière dans le spectre bleu-violet et bleu, plus leurs feuilles seront grandes. Les longueurs d’onde bleues jouent un rôle crucial dans le développement des chloroplastes.4 Les chloroplastes sont les parties des cellules des feuilles qui contiennent de la chlorophylle et participent à la photosynthèse.La lumière bleue joue divers rôles importants dans la photomorphogenèse des plantes, notamment la régulation des stomates9, l’équilibre hydrique et l’échange de CO2, le développement des formes naturelles10 ainsi que le contrôle du phototropisme11 (sensibilité à la lumière).

Vert

La partie centrale du spectre visible s’étend du vert à environ 520 nm au jaune jusqu’à environ 600 nm. On a supposé que les couleurs vertes dans cette zone sont peu ou pas du tout absorbées par la majorité des plantes. Les scientifiques ont simplement déclaré que les feuilles sont vertes parce qu’elles reflètent la lumière verte. C’est la raison pour laquelle la chlorophylle a un aspect vert, ce qui donne aux feuilles la couleur verte. Le fait que les caroténoïdes et d’autres pigments auxiliaires absorbent la lumière dans le milieu du spectre a été complètement ignoré. Des études récentes ont montré que les plantes absorbent la majorité de la lumière verte.12

Rouge et rouge lointain

La lumière rouge est la longueur d’onde la plus efficace pour la photosynthèse4,7. La lumière infrarouge est principalement utilisée par la plante pour détecter les plantes concurrentes en fonction de l’ombrage.13Le spectre rouge s’étend de 600 à 730 nm, tandis que l’infrarouge commence à 730 nm et se termine à environ 1 400 nm. La lumière rouge et l’infrarouge affectent la réponse du phytochrome et la transformation entre les formes actives et inactives (Pr et Pfr). Pour une photosynthèse optimale, la plante doit disposer à la fois de rouge et d’infrarouge.7En fait, les effets de la lumière rouge sur la photosynthèse sont similaires aux effets du spectre de la lumière bleue.8

Sources :

1 Caldwell M. (1971) : Le rayonnement solaire ultraviolet et la croissance et le développement des plantes supérieures. In : Photophysiologie. Academic Press, New York.

2 Yao X., Liu Q. (2006) : Changements dans les réponses morphologiques, photosynthétiques et physiologiques des semis d’érable Mono à l’augmentation des UV-B et à l’ajout d’azote.

3 Barta C., Kalai T., Hideg K., Vass I. et Hideg E. (2004). Différences dans l’efficacité de génération de ROS de diverses longueurs d’onde ultraviolettes dans des feuilles d’épinard détachées.

4 Zheng, J., Hu, M. et Guo, Y. (2008) : Régulation de la photosynthèse par la qualité de la lumière et son mécanisme chez les plantes.

5 Strid, A., Chow, W. et Anderson, J. (1994) : UV-B damage and protection at the molecular level in plants (Dommages et protection UV-B au niveau moléculaire chez les plantes).

6 Fernando J., Fernando H., António E., Maria Manuela A., Maria Paula Duarte & José C. Ramalho (2012) : Impact du rayonnement UV-B sur la photosynthèse – une vue d’ensemble.

7 Lydon, J., Teramura, A., RH, & Coffmann, C. (2008) : Effets du rayonnement UV-B sur la photosynthèse, la croissance et la production de cannabioïdes de deux chémotypes de Cannabis sativa.

8 Hogewoning, S., Trouwborst, H., Maljaars, H., Poorter, H., van Leperen, W. & Harbinson, J. (2010) : Réponse à la dose de lumière bleue de la photosynthèse, de la morphologie et de la composition chimique des feuilles de Cucumis sativus cultivées sous différentes combinaisons de lumière rouge et bleue.

9 Schwartz, A. & Zeiger E. (1984) : Énergie métabolique pour l’ouverture des stomates. Rôles de la photophosphorylation et de la phosphorylation oxydative.

10 Cosgrove, D. (1981) : Rapid suppression of growth by blue light (suppression rapide de la croissance par la lumière bleue).

11 Blaauw et Blaauw-Jansen, (1970) : Les réponses phototropiques des coléoptiles d’Avena.

12 Terashima I., et al (2009) : Green Light Drives Leaf Photosynthesis More Efficiently than Red Light in Strong White Light : Revisiting the Enigmatic Question of Why Leaves are Green (La lumière verte entraîne la photosynthèse des feuilles plus efficacement que la lumière rouge dans une lumière blanche intense).

13 Eskins, K., (1992) : Effets de la qualité de la lumière sur le développement d’Arabidopsis. Régulation de la floraison et de la morphologie par le rouge, le bleu et le rouge lointain.

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