Théorie

La lumières et les plantes

La lumière est un facteur environnemental essentiel aux végétaux, ses actions sont plus complexe qu’il n’y parait, à la fois diverses et variées. On parle alors de phénomènes comme la photosynthèse, le photopériodisme, ou encore le phototropisme, au sein de l’interaction plante-lumière.

La lumière est à la fois la source d’énergie principale permettant aux plantes d’effectuer l’intégralité de leur cycle de vie, via la photosynthèse. Mais, elle constitue également un ensemble de signaux nécessaire, complexe et évolutif, permettant aux végétaux de connaitre leur environnement par la durée du jour et de la nuit via le phénomène de photopériodisme, et d’adopter le comportement optimal par la qualité du spectre lumineux via le phénomène de phototropisme. L’ensemble du photopériodisme et du phototropisme forme la photomorphogenèse, qui est l’ensemble des modifications induites par la lumière. Cet ensemble de phénomène implique la modification de la forme et de la couleur des plantes, mais aussi le passage entre les différents stades de développement comme : La croissance juvénile, la croissance végétative, l’induction de floraison, la floraison, la fructification, la production de graine, la senescence ou encore l’allongement des tiges (Fig1).

schéma article fig1

Fig1. Action de lumière et tant que source d’énergie et d’information, permettant une réponse adaptative et optimale des plantes face à leur environnement, dans le but d’accomplir leur cycle de développement.

Le premier rôle de la lumière est de fournir de l’énergie aux plantes. Pour cela, il faut des quantités d’énergie élevées avec de larges bandes spectrales pour cibler l’ensemble des pigments permettant de produire cette énergie, c’est le spectre énergétique (Fig2). Cette capture d’énergie est réalisée grâce à des mécanismes complexes appelés photosynthèse. Celle-ci est assurée par la capture des photons aux niveaux de pigments chlorophylliens, et caroténoïdes. Alors que les chlorophylles sont directement capables de capturer les photons pour les transformer en énergie chimique, les caroténoïdes sont eux capable d’accumuler les photons, y compris ceux qui ne peuvent être captés par la chlorophylle. Cette accumulation de photon peut avoir différents rôles :

En cas de faible luminosité : Les caroténoïdes peuvent transmettre des photons aux chlorophylles les photons que ces dernières ne peuvent pas capter afin d’augmenter l’intensité de la photosynthèse.

En cas de forte luminosité : Les caroténoïdes absorbent alors l’excédent de photon afin de ne pas endommager les chlorophylles, permettant une production d’énergie sans lésions.

En cas de luminosité idéale : Les caroténoïdes font office de tampon afin de fournir un flux constant et optimal de photon aux chlorophylles, permettant une production d’énergie accrue.

L’ensemble du spectre d’absorption de ces pigments forme le spectre PAR, ou ensemble des rayonnements photosynthétiquement actifs. Le rayonnement PAR s’étend de 400 à 700 nm, avec deux bandes d’absorption majoritaire de la lumière, de 400 à 500 nm et de 600 à 700 nm. La bande situé entre 500 et 600 nm est majoritairement réfléchit et correspond aux longueurs d’ondes vertes, c’est pour cela que les plantes nous apparaissent vertes.

Le second rôle de la lumière est de fournir des signaux permettant aux plantes de répondre à leur environnement (Fig2). Pour fournir un signal à la plante, il faut des quantités d’énergie faible et des bandes spectrales ciblées pour ne stimuler que les structures souhaitées. Parmi les différentes molécules capables de capter les signaux lumineux, on peut répertorier :

Les récepteurs aux UVs : Nommés UVR, et contrôlant les réactions de défenses de la plante, via une production de métabolites secondaires accrue, et un épaississement des parties végétatives.

Les récepteurs à la lumière violette/bleu : Constitués de deux familles, les cryptochromes et les phototropines. Les cryptochromes contrôlent le développement végétatif de la plante, c’est-à-dire la croissance des plantes, et le nombre de feuille. Les phototropines sont responsable du phototropisme et contrôle donc l’orientation des plante, afin d’optimiser la surface de feuille en contact avec la lumière.

Les récepteurs à la lumière rouge et infrarouge : Nommés phytochromes, et contrôlant l’induction, l’intensité, et la durée de la floraison, ainsi que l’allongement en hauteur des tiges.

schéma article fig2

Fig2. Schéma représentant le spectre énergétique et les spectres signal, avec les variations de l’absorption en fonction des pigments impliqués dans la capture des photons, de 300 à 750 nm. 

Parmi les étapes du cycle de développement d’une plante, la phase critique est l’induction de la floraison, sous contrôle des signaux fourni par les phytochromes. L’induction de la floraison permet de différencier deux grandes familles de plante, celle sensible à la photopériode, nommé Photopériodique, et celle qui y sont insensible nommé Photo-Apériodique. Une seconde distinction est ensuite faite pour les plantes photopériodiques, entre les plantes dites de jour long (Floraison sous contrôle de la durée de jour, hémipériodique), et les plantes de jour court (Floraison sous contrôle de la durée de la nuit, nyctipériodique). Selon l’intensité de chaque signal reçu, la plante adapte alors son comportement afin de répondre de manière optimal à son environnement dans le but d’effectuer les différentes étapes de son cycle de vie, tel que la germination, la croissance végétative, la floraison et la sénescence.

Alors que le spectre lumineux fournissant l’énergie aux plantes ne varie pratiquement pas entre les espèces et les stades de développement, les différents signaux sont eux très différents selon les plantes et leur stade de vie. Il est donc essentiel de bien connaitre la plante cible, ainsi que l’évolution des spectres portant un signal au cours du développement, afin de fournir à la plante un spectre lumineux adapté à chaque stade de développement, dans le but d’obtenir un rendement et une qualité optimale.

Choix du spectre en fonction de la plante 

D’après ce qui a été décrit, il est donc possible de contrôler les diverses réactions des plantes en influençant ces deux paramètres, fourniture énergétique et signaux, à l’aide d’un spectre artificiel. Le spectre énergétique étant commun aux plantes, il est aisé de le reproduire de manière approximative grâce à des leds bleu et rouge, fournissant alors des résultats intéressant en termes d’économie d’énergie, et de production végétale, mais non optimaux. Il s’agit là de l’approche adoptée par la majorité des producteurs d’éclairage led, se contentant d’apporter de l’énergie aux plantes, mais étant indifférent aux signaux nécessaire à l’obtention de résultats supérieurs en terme de rendement et de qualité.

Chez ISLED, notre approche est radicalement différente. Avant de produire un spectre lumineux, nous étudions en profondeur la physiologie des plantes cibles, ainsi que la variation de sensibilité aux différents spectres porteurs de signaux au cours des différentes phases de développement des plantes, grâce à des tests en laboratoire. Cette approche nous permet de produire un spectre énergétique et signal parfaitement adapté, afin d’obtenir des résultats optimaux. En plus de l’obtention des signaux adaptés, ces études nous permettent de corriger les petites variations du spectre énergétique, dans le but d’une amélioration constante de la qualité de nos spectres.

ISLED vous propose un assortiment simple d’éclairage led, adapté aux différents types de plante :

Un spectre Végétatif : Idéal pour la phase de croissance pure et l’entretient des plantes en phase de croissance de longue durée, ainsi que pour le bouturage. Il est spécialement conçu pour fournir une énergie optimale et les signaux nécessaires à un développement robuste et intense. Ce spectre est utilisable pour tout type de plante et de photopériode.

Un spectre Floraison : Idéal pour la phase de floraison, de fructification, ainsi que la production de graines. Il est spécialement conçu pour fournir l’énergie et les signaux indispensables à l’induction de la floraison, à une haute intensité et productivité de floraison, et pour fournir des graines de hautes qualités. Ce spectre utilisable avec les plantes photopériodiques de jour court, photopériode inférieure à 14h.

Un spectre Végétatif-Floraison : Idéal pour la croissance et la floraison, ne permet ni le maintien en croissance indéterminé, ni le bouturage, ni l’obtention de graine de qualité. Il a été conçu pour enchainer phase de croissance et de floraison avec le même éclairage. Ce spectre est utilisable pour tout type de plante, avec une photopériode conseiller de 18h sur tout le cycle pour les plantes de jours long, et de 18h en croissance et 12h en floraison pour les plantes de jours court.

Dans un souci de qualité et d’écoute de sa clientèle, ISLED reste ouvert à toutes vos questions.