Spectre d'absorption et spectre d'action
Lorsque l'on pense aux LED pour l'éclairage horticole, la première chose qui vient à l'esprit est une lueur violette émise par un luminaire composé de diodes rouges et bleues. Cette lueur violette est peut-être la norme industrielle pour les LED horticoles, mais vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les diodes rouges et bleues ont toujours été les semi-conducteurs privilégiés par les fabricants d'éclairage ? De nombreux fabricants citent le spectre d'absorption des chlorophylles a et b (qui culmine dans les régions bleue et rouge du spectre électromagnétique) comme principale raison d'obtenir un spectre violet (Figure 1). À première vue, cela semble légitime, puisque la chlorophylle est le moteur de la photosynthèse, mais avez-vous réfléchi à la façon dont le spectre d'absorption de la chlorophylle est mesuré ? De plus, avez-vous examiné si le spectre d'absorption de la chlorophylle est directement lié à la photosynthèse et à la croissance des plantes, et que se passe-t-il si l'on ne cible qu'un seul pigment et que l'on néglige les autres pigments responsables de la croissance et du développement des plantes ? Cet article discutera des différences entre le spectre d'absorption et le spectre d'action et (alerte spoiler) dissipera le mythe selon lequel « les plantes n'utilisent pas la lumière verte » pour favoriser la croissance et le développement des plantes.
Spectre d'action
Le spectre d'action de la photosynthèse a été établi à partir de recherches menées dans les années 1970 par les Drs McCree et Inada. Ces travaux ont joué un rôle fondamental dans la définition de la gamme de rayonnement photosynthétique actif (RAP). Avant ces recherches, très peu de travaux avaient été menés pour déterminer l'influence des différentes longueurs d'onde de la lumière sur la photosynthèse et la croissance des plantes. Ces chercheurs ont utilisé des filtres pour créer des bandes d'ondes monochromatiques afin de déterminer l'influence des spectres lumineux sur la photosynthèse de feuilles individuelles, à l'aide d'une chambre d'assimilation. La figure 2 montre que les plantes utilisent effectivement la lumière verte pour la photosynthèse, et ce de manière assez efficace (figure 2). Alors, pourquoi une telle différence entre le spectre d'absorption et le spectre d'action si la chlorophylle est responsable de la photosynthèse ? La réponse est simple : les chlorophylles ne sont pas les seuls photorécepteurs responsables de la photosynthèse. Il existe d'autres types de photorécepteurs antennes (principalement des caroténoïdes) qui favorisent également la photosynthèse. Or, l'utilisation de LED rouges/bleues à bande étroite dans des conditions d'éclairage à source unique empêche ces pigments d'optimiser leur capacité de captation lumineuse. Il convient également de noter que la lumière verte favorise effectivement la photosynthèse des chlorophylles, et ce de manière assez efficace. Des travaux récents ont montré que la lumière verte pénètre plus profondément dans la surface des feuilles pour stimuler la photosynthèse dans les chloroplastes situés vers la face inférieure de la feuille, plus efficacement que la lumière rouge à un PPFD élevé. À mesure que le PPFD augmente, l'énergie lumineuse absorbée dans les chloroplastes supérieurs tend à se dissiper sous forme de chaleur, tandis que la lumière verte pénétrante stimule la photosynthèse en excitant les chloroplastes situés en profondeur dans le mésophylle (Terashima et al., 2009). De plus, la lumière verte pénètre bien mieux à travers la surface des feuilles que la lumière rouge ou bleue pour atteindre la canopée inférieure, ce qui est extrêmement important dans les techniques de production à canopée dense, courantes en agriculture en environnement contrôlé.
Conclusion
Qu'est-ce que tout cela signifie pour le cultivateur ? Bien que nous n'en soyons qu'aux premiers stades de la compréhension de l'utilisation de la lumière par les plantes et que nous cherchions encore à comprendre comment les différents photorécepteurs fonctionnent et interagissent les uns avec les autres, l'essentiel est que les plantes utilisent bel et bien la lumière verte. Si votre système d'éclairage horticole fournit un spectre qui néglige les photorécepteurs qui absorbent la lumière dans la région des 500-600 nm (en particulier dans les applications d'éclairage à source unique), vous n'optimiserez pas votre environnement de culture.
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