Introduction

Le soleil est la principale source d’énergie nécessaire au développement de la biomasse et au déroulement de la vie sur notre planète. L’énergie du soleil est émise sous forme de rayonnement électromagnétique dans l’espace, frappant la terre sous différentes longueurs d’ondes. L’œil humain perçoit normalement la lumière de longueur d’onde comprise entre 380 et 780 nanomètres (nm). Tout comme l’œil humain a une perception et sensibilité lumineuse, les plantes ont leur propre courbe de sensibilité pour la photosynthèse. Les plantes absorbent la portion de lumière située dans les longueurs d’ondes comprises entre 400 et 700 nm. Le rayonnement photo-synthétiquement actif a pour acronyme "PAR".

La croissance des plantes est dirigée par trois procédés dépendants de la lumière:

► Photosynthèse (métabolisme)
► Photomorphogenèse (développement de la forme)
► Photopériodisme (réaction au cycle jour/nuit)

Photosynthese

Photosynthèse

Le plus important de ces procédés est la photosynthèse: la base de la croissance et développement des plantes. Pour faire simple, c’est un procédé que toutes les plantes utilisent pour amasser l’énergie de la lumière solaire. Les plantes emmagasinent l’énergie amassée en tant que glucides, la lumière du soleil sert alors de nourriture à la plante. La lumière est absorbée à l’aide d’un pigment : la chlorophylle.

Les deux chlorophylles les plus importantes sont la chlorophylle A et la chlorophylle B. Ce sont des pigments, tout comme d’autres pigments auxiliaires tels que les caroténoïdes. Comme représenté dans la Fig. 1, la chlorophylle A absorbe la lumière dans les longueurs d’onde bleues et rouges, avec un pic d’absorption à 430 nm et 662 nm. Le vert et le rouge lointain sont cependant très peu ou pas du tout absorbés. La chlorophylle B utilise une zone similaire, avec des pics d’absorption aux environs de 453 nm et 642 nm. Les pigments auxiliaires, comme le beta-carotène ici illustré, utilisent de plus petites portions du spectre de lumière avec des pics d’absorption entre 400 et 500 nm.

La chlorophylle A est le pigment principalement responsable de la conversion du dioxyde de carbone CO2 en glucides. Les pigments auxiliaires transfèrent l’énergie absorbée à la chlorophylle A et, en fait, ne font qu’élargir le spectre d’action. Le spectre d’action est la courbe de sensibilité de la lumière pour la photosynthèse des plantes. Afin de pouvoir effectuer des relevés précis sur la manière dont différents pigments absorbent la lumière, des scientifiques ont entrepris des mesures complexes à l’aide d’un spectrophotomètre, dans lesquelles chaque longueur d’onde fut testée pour un taux d’absorption défini. Les résultats de l’activité des pigments principaux et auxiliaires sont représentés sous forme graphique dans le spectre d’action (Fig. 2).

Absorption Peaks

Fig. 1: Spectre d’Absorption de la Chlorophylle A, B et du Beta-Carotène

Action Spectrum

Fig. 2: Spectre d’Action

En comparant le spectre d’action (Fig. 2) avec le spectre d’absorption de la chlorophylle A correspondant (Fig. 1), vous remarquerez qu’ils ne correspondent pas. Le spectre d’absorption nous amène à conclure que la photosynthèse est majoritairement par les lumières rouges et bleues (et minoritairement par la lumière verte), alors que le spectre d’action photosynthétique nous indique où les chlorophylles sont généralement les plus absorbées. Beaucoup de personnes font l’erreur d’utiliser la courbe du spectre d’absorption pour déterminer le spectre de lumière optimal et ainsi pensent que le rouge et le bleu doivent être principalement utilisés. Ce n’est pas entièrement vrai car utiliser un spectre de lumière plus large est bien plus efficace qu’un spectre étroit (seulement rouge et bleu par exemple). Dans un environnement fermé (culture indoor), lorsque les couleurs sont émises à de très hautes intensités, la plante atteint saturation en lumière et ne peut en assimiler qu’une faible partie. En utilisation en serres, le bleu et le rouge sont de bons compléments au vaste spectre de la lumière solaire.

Photomorphogenèse

La photomorphogenèse est l’influence de la lumière sur la forme des plantes. Une grande proportion de lumière dans la zone bleue du spectre amène des plantes plutôt courtes et feuillues avec de courts entrenœuds. A l’opposé, une forte concentration du spectre rouge conduira vos plantes à devenir hautes avec peu de branches latérales.

Quel est le potentiel d’une lampe horticole excite Grow dans ce domaine? Par exemple: Laissez d’abord vos plantes être courtes et feuillues avec des entrenœuds incroyablement courts puis, au cours de la deuxième semaine de floraison, exposez les à la totalité du spectre rouge pour obtenir un rendement maximum.

Photopériodisme

Le photopériodisme est un phénomène faisant que les plantes répondent différemment aux longueur des périodes d’éclairement et d’obscurité. Certaines plantes fleuriront seulement si leur exposition quotidienne à la lumière est en dessous d’une valeur seuil (plantes de jours courts); alors que d’autres fleuriront uniquement quand leur exposition quotidienne à la lumière sera au dessus de cette valeur seuil (plantes de jours longs).

Le processus de photopériodisme est également influencé par la longueur d’onde de la lumière. Une lumière rouge amènera le phytochrome dans sa forme active. La réaction active du phytochrome réveille la plante afin de commencer la photosynthèse et est appelé « phytochrome rouge » Pr (phytochrome red). La lumière infrarouge déclenche la réaction inactive du phytochrome appelée « phytochrome rouge lointain » Pfr (phytochrome far red). Dans la forme inactive Pfr, la plante va dormir. Pendant les périodes d’obscurité, la plante se régénère et développe des fleurs.

Spectrum bar

Le Spectre Photosynthétique

Certaines longueurs d’ondes et couleurs sont vitales pour les plantes, alors que certaines inhibent la photosynthèse. La bonne combinaison de longueur d’ondes de votre lampe horticole est absolument essentielle pour une croissance saine et naturelle des plantes. La plupart des plantes ont le plus haut taux de photosynthèse dans le bleu-violet, orange, rouge et un minimum de vert du spectre de lumière. 

Lumière UV

Invisible par les humains, la lumière UV est séparée en 3 catégories: UV-A, UV-B et UV-C.

L’UV-A est dans la longueur d’onde comprise entre 315 et 400 nm et est principalement transmise à travers l’atmosphère avant d’atteindre la terre. Cela ne fait pas longtemps que L’UV-A est considérée par les scientifiques comme un facteur important de la photosynthèse1. De récentes études ont montré que les rayonnements UV-A ont des effets bénéfiques à la croissance et floraison des plantes2,3. Cela signifie que les rayons en dehors du spectre PAR influencent le processus fondamental de la photosynthèse. Lorsque l’on utilise le terme « lumière UV », nous l’associons souvent avec l’UV-B.L’UV-B est dans la zone de longueurs d’onde comprises entre 290 et 315 nm et est généralement filtrée par la couche d’ozone (aux endroits où elle est suffisamment épaisse). La lumière UV est généralement une cause de problèmes, que ce soit pour nous humains ou pour les plantes.

Trop de lumière UV-B peut inhiber la croissance des plantes4 et détruire d’importants acides nucléiques.5 La lumière PAR et l’UV-A amènent la production de chloroplastes (dont le beta-carotène), qui fortifient le système de défense contre le stress et les maladies et procurent une protection contre les rayons UV-B. Cependant, une exposition permanente aux UV-B doit être évitée à tout prix.6

Certaines espèces de plantes peuvent bénéficier des UV-B. Durant la phase de floraison, la production des fleurs les plus résistantes peut être accélérée.7 Grace aux dommages infligés aux cellules par les UV-B, la plante essaye de protéger les cellules atteintes en augmentant sa production de résine.

Les rayons UV-B doivent idéalement éclairer la plante latéralement et non pas par le dessus, ceci afin de minimiser les dommages aux plantes. Pour cette méthode, nous recommandons d’utiliser une lampe UV-B T5/T8 à temporisation pour une duree d’au maximum 3-4 heures par jour pendant les 3 dernières semaines de floraison.

L’UV-C , situé entre 200 et 290 nm , est très loin de la lumière visible. Très peu de rayonnement UV-C passant à travers l’atmosphère, ils ne sont donc pas considérés scientifiquement important pour les bio-organismes.

Bleu-Violet et Bleu

La zone bleu-violet et bleue de la lumière s’étend entre 400 et 520 nm. Les longueurs d’ondes dans la région bleue sont un des facteurs fondamentaux de la photosynthèse.8 Plus les plantes reçoivent de lumière provenant du spectre bleu-violet et bleu, plus les feuilles seront importantes. Les longueurs d’ondes bleues jouent un rôle décisif dans le développement des chloroplastes.4 Les chloroplastes sont les portions de feuille contenant la chlorophylle et prennent part dans la photosynthèse.

La lumière bleue a une variété de fonctions importantes , pour la photomorphogenèse des plantes, telles que la régulation des stomates9, la répartition de l’eau et échange de CO2,le développement naturel de la forme10 ainsi que le contrôle du phototropisme11 (sensibilité a la lumière).

Vert

La région médiane du spectre visible s’étends du vert aux environs de 520 nm à un jaune aux environs 600 nm. Il a longtemps été assumé que les couleurs vertes de cette région ne sont pas ou très peu absorbées par la majorité des plantes : les scientifiques établirent que la raison pour laquelle les feuilles sont vertes est parce qu’elles réfléchissent la lumière verte. C’est donc pour cela que la chlorophylle est d’apparence verte et donne ainsi aux feuilles leurs couleurs vertes. Le fait que les caroténoïdes et autres pigments auxiliaires absorbent la lumière du milieu du spectre a complètement été laissé de côté. De récentes études ont cependant démontré que les plantes absorbent la majeure partie de la lumière verte.12

Rouge et Rouge Lointain

La lumière rouge est la plus efficace pour la photosynthèse4,7. La lumière infrarouge est principalement utilisée par la plante afin de détecter les plantes voisines grâce à leur ombrage.13

Le spectre de couleur rouge s’étend entre 600 et 730nm, tandis que l’infrarouge commence à 730nm et termine approximativement à 1400 nm. Les lumières rouges et infrarouges influencent toutes les deux la réponse du phytochrome ainsi que la transformation entre les formes actives et inactives (Pr et Pfr). Pour une photosynthèse optimale, les deux lumières (rouge et infrarouge) doivent être disponibles pour la plante.7

Les effets de la lumière rouge sur la photosynthèse sont similaires aux effets du spectre de lumière bleue.8

Source:

1 Caldwell M. (1971): Solar ultraviolet radiation and the growth and development of higher plants. In: Photophysiology. Academic Press, New York.

2 Yao X., Liu Q. (2006): Changes in morphological, photosynthetic and physiological responses of Mono Maple seedlings to enhanced UV-B and to nitrogen addition.

3 Barta C., Kalai T., Hideg K., Vass I., and Hideg E. (2004). Differences in the ROS-generating efficacy of various ultraviolet wavelengths in detached spinach leaves.

4 Zheng, J., Hu, M., & Guo, Y. (2008): Regulation of photosynthesis by light quality and its mechanism in plants.

5 Strid, A., Chow, W., & Anderson, J. (1994): UV-B damage and protection at the molecular level in plants.

6 Fernando J., Fernando H., António E., Maria Manuela A., Maria Paula Duarte & José C. Ramalho (2012): Impact of UV-B radiation on photosynthesis – an overview.

7 Lydon, J., Teramura, A., RH, & Coffmann, C. (2008): UV-B Radiation Effects on Photosynthesis, Growth and Cannabioid Production of two Cannabis sativa Chemotypes.

8 Hogewoning, S., Trouwborst, H., Maljaars, H., Poorter, H., van Leperen, W. & Harbinson, J. (2010): Blue light dose–responses of leaf photosynthesis, morphology, and chemical composition of Cucumis sativus grown under different combinations of red and blue light.

9 Schwartz, A. & Zeiger E. (1984): Metabolic energy for stomatal opening. Roles of photophosphorylation and oxidative phosphorylation.

10 Cosgrove, D. (1981): Rapid suppression of growth by blue light.

11 Blaauw und Blaauw-Jansen, (1970): The phototropic responses of Avena coleoptiles.

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

13 Eskins, K., (1992): Light-quality effects on Arabidopsis development. Red, blue and far-red regulation of flowering and morphology.


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