Le spectre lumineux et son influence sur la croissance des plantes : extérieur, serre ou intérieur
La culture des plantes peut prendre de nombreuses formes, de la culture traditionnelle en extérieur aux serres, en passant par la culture indoor sous éclairage artificiel. Chacune de ces méthodes offre des avantages uniques, mais présente également certains inconvénients. Dans cet article, nous on intéresserons aux différences de spectre lumineux entre la culture en extérieur, en serre et en indoor sous des éclairages LED de culture.
Les plantes perçoivent la lumière grâce à des photodétecteurs appelés photorécepteurs. La plupart d’entre eux ont pour fonction de capter les photons lumineux et de les transformer en énergie au cours du processus de photosynthèse. Cependant, les plantes sont également dotées de photorécepteurs spécialisés qui fonctionnent différemment des autres, ne participent pas toujours à la photosynthèse et dont certains captent même une lumière située en dehors du spectre visible. Ces photorécepteurs sont importants pour les plantes, car ils influencent les processus circadiens, les signaux de développement, la régulation des gènes et bien d’autres éléments.
Les différentes couleurs de la lumière
Pour comprendre le spectre lumineux, il est important de garder à l’esprit que la lumière est un rayonnement électromagnétique qui peut être décrit à la fois comme une particule (un photon) et comme une onde. Les différents types de rayonnement électromagnétique sont classés selon leur longueur d’onde et leur fréquence correspondante. Le terme « spectre » désignait à l’origine le spectre des couleurs visibles à l’œil humain (les couleurs de l’arc-en-ciel), mais d’autres types de rayonnement, imperceptibles à l’œil humain, ont ensuite été découverts.
Lumière visible : La partie visible du spectre lumineux, avec des longueurs d’onde de 400 à 800 nanomètres. Les différentes couleurs du spectre lumineux sont appelées couleurs spectrales (rouge, orange, jaune, vert, azur, bleu, violet).
Rayonnement photosynthétiquement actif : Le PAR (photosynthetic active radiation) se superpose à la lumière visible et désigne la plage de longueurs d’onde lumineuses (de 400 à 700 nanomètres) que les plantes utilisent pour la photosynthèse. La plupart des éclairages LED de culture couvrent uniquement les longueurs d’onde photosynthétiquement actives.
UV : Le rayonnement ultraviolet (de 400 à 10 nanomètres) est dangereux pour les humains comme pour les plantes ; il endommage l’ADN et peut provoquer des développements cancéreux. L’atmosphère terrestre absorbe la majeure partie des rayons UV, mais une faible quantité atteint la surface.
Rayonnement infrarouge : Le rayonnement infrarouge possède une longueur d’onde comprise entre 760 nanomètres et 1 nanomètre et se divise en infrarouge proche (near-IR), infrarouge moyen (mid-IR) et infrarouge lointain (far-IR).
Rayons X : Le rayonnement X, dont les longueurs d’onde sont comprises entre 10 et 0,1 nanomètre, est utilisé en pratique grâce à sa capacité à traverser de nombreux matériaux (radiographie, scanner). Il ne présente pas d’intérêt pour la culture des plantes.
Rayonnement gamma : Rayonnement radioactif produit lors de processus nucléaires. Il ne présente pas d’intérêt pour la culture des plantes.
Culture en extérieur : toutes les couleurs de la lumière
Personne ne sera probablement surpris si on affirmons que la lumière naturelle du soleil est la plus complexe et couvre le spectre le plus large possible. Les plantes cultivées en extérieur reçoivent non seulement la partie visible du spectre lumineux, y compris le rayonnement photosynthétiquement actif, mais aussi des rayonnements infrarouges, UV et d’autres types de rayonnement. Bien que les effets des longueurs d’onde extrêmement courtes ou extrêmement longues soient encore peu documentés en ce qui concerne les plantes, certaines longueurs d’onde invisibles, comme les UV et le rouge lointain, peuvent être essentielles pour les plantes, même si elles n’influencent pas la photosynthèse.
Serres : absence de rayonnement UV
Les serres peuvent être fabriquées à partir de différents types de verre, voire de matières plastiques, qui peuvent avoir des effets différents sur la lumière traversant le matériau. En règle générale, le verre laisse toutefois passer la majeure partie du spectre lumineux, tout en bloquant naturellement une part importante des UV et des rayonnements à plus courtes longueurs d’onde. Dans ce sens, les serres peuvent être considérées comme semi-transparentes, et l’absence de lumière UV peut avoir un impact sur les plantes, par exemple sur la production de terpènes ou de substances actives.
Il est établi que, chez certaines plantes, le rayonnement UV stimule la production de métabolites secondaires. Selon certaines théories, ces plantes produisent davantage de ces substances parce qu’elles agissent comme une protection naturelle contre l’impact destructeur des rayons UV sur l’ADN. Un photorécepteur inhabituel, appelé UVR8, a également été découvert. Il est directement activé par les rayons UV-B et perçoit la lumière d’une longueur d’onde de 280 à 320 nanomètres. Ce photorécepteur se compose de deux molécules UVR8 qui, après exposition aux UV-B, se séparent et deviennent des monomères, ce qui modifie sa fonction et entraîne différents changements, notamment une résistance accrue au stress, une modification de l’activité des gènes et une influence sur le développement de la plante.
L’absence de rayonnement UV ne met certes pas les plantes en danger de mort, mais elle peut avoir une influence considérable sur leur capacité à faire face au stress et à traverser les différentes phases de leur vie. Pour ces raisons, certains cultivateurs utilisent dans les serres et en indoor des éclairages de culture spéciaux, qui enrichissent le spectre lumineux en rayonnements UV-A et UV-B.
Indoor : un PAR adapté aux plantes
La plupart des éclairages LED de culture modernes émettent un spectre lumineux standardisé correspondant aux longueurs d’onde du rayonnement PAR (400–700 nanomètres). Cette plage spectrale suffit largement à permettre aux plantes de se développer sous éclairage artificiel, et celles-ci peuvent, dans certaines conditions, pousser plus rapidement qu’en extérieur ou sous serre. En revanche, le spectre des éclairages LED de culture est dépourvu non seulement d’UV, mais aussi de lumière infrarouge.
La quantité de lumière infrarouge reçue par les plantes cultivées en extérieur ou sous serre varie au cours de la journée et de l’année, en fonction de la trajectoire du soleil dans le ciel, car l’angle sous lequel la lumière traverse l’atmosphère change. Les plantes utilisent ce phénomène pour réguler leurs rythmes circadiens et, grâce à des photorécepteurs spécialisés appelés phytochromes, elles peuvent notamment déterminer s’il est temps de commencer à fleurir. C’est pourquoi, en culture indoor sous éclairage artificiel, les plantes peuvent commencer à fleurir un peu plus lentement (lors du passage en 12/12) que si elles étaient cultivées en extérieur. Comme pour les rayons UV, il est possible de compléter le spectre infrarouge dans l’espace de culture ou la serre à l’aide d’un éclairage complémentaire à spectre infrarouge.
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