Les plantes utilisent-elles la lumière verte pour la photosynthèse ?

Par Mr José

Lumière verte et PAR

Les plantes absorbent la lumière grâce à trois principaux types de pigments. Chaque type est plus sensible à certaines longueurs d’onde. Les pigments les plus connus sont les chlorophylles, qui présentent des pics d’absorption dans les régions bleue (environ 430-470 nm) et rouge (environ 640-680 nm) du spectre lumineux. Cela signifie que la lumière à ces longueurs d’onde a l’influence la plus forte sur la photosynthèse.

Cependant, nous savons que d’autres parties du rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), défini comme étant compris entre 400 et 700 nm, contribuent également à la photosynthèse. La région verte du spectre (environ 500-570 nm) présente une absorption plus faible que la lumière bleue et rouge, mais elle constitue néanmoins une composante à part entière du PAR, comme l’ont établi les travaux de Keith J. McCree en 1972. Malgré cela, on a longtemps cru que la lumière verte n’avait que peu ou pas d’effet significatif sur la photosynthèse du cannabis.

La culture sous éclairage artificiel est énergivore, ce qui explique pourquoi les fabricants d’éclairage horticole — qu’il s’agisse de lampes à décharge à haute intensité ou de systèmes LED — ont cherché à produire des luminaires optimisant l’efficacité photosynthétique. Ceci a conduit au développement des panneaux LED “blurple” reconnaissables à leur lueur violette, obtenue par la combinaison des longueurs d’onde bleues et rouges correspondant aux pics d’absorption de la chlorophylle. L’idée que la lumière verte est inutile car les plantes ne l’utilisent pas a longtemps été considérée comme un fait établi. Or, il s’avère que ce n’est pas tout à fait vrai.

Ne négligez pas la lumière verte

En 2017, David S. Smith et ses collègues ont publié un article de synthèse dans le Journal of Experimental Botany, intitulé “Ne négligez pas la lumière verte”, qui a contribué de manière significative à la réévaluation du rôle de la lumière verte dans la photosynthèse. Dans cet article, les auteurs résument des données expérimentales issues de la physiologie foliaire, de mesures optiques et d’études de la canopée, démontrant que la lumière verte n’est pas négligeable pour la photosynthèse, contrairement à ce que l’on avait souvent déduit des seuls spectres d’absorption de la chlorophylle.

Les auteurs présentent des preuves montrant que, même si la lumière verte est moins fortement absorbée par la chlorophylle à la surface de la feuille, une part importante des photons verts pénètre plus profondément dans le mésophylle et peut stimuler efficacement la photosynthèse dans les couches inférieures de la feuille et dans les parties inférieures de la canopée. L’étude souligne la différence entre le spectre d’absorption de la chlorophylle et l’efficacité photosynthétique réelle au sein des tissus foliaires et des couverts végétaux. Elle démontre que la lumière verte contribue davantage à l’assimilation totale du carbone qu’on ne le supposait auparavant, sur base de mesures simplifiées en laboratoire. Cet article a ainsi permis de faire évoluer la perspective, passant des courbes d’absorption de la chlorophylle à une compréhension plus réaliste de la distribution de la lumière dans les feuilles et les couverts végétaux denses.

Ces résultats aident à expliquer pourquoi les plantes réfléchissent une partie de la lumière verte tout en étant capables de l’utiliser pour la photosynthèse. Alors que les photons bleus et rouges sont fortement absorbés dans  les couches supérieures du mésophylle, la lumière verte est absorbée moins intensément et une plus grande proportion pénètre plus profondément dans le tissu foliaire, là où la lumière bleue et rouge atteint nettement moins de particules. Grâce à cette pénétration plus profonde, la lumière verte peut activer les chloroplastes dans les couches inférieures de la feuille. Parallèlement, une partie de la lumière verte est réfléchie et une autre est transmise à travers la feuille, ce qui explique pourquoi nous percevons les feuilles comme vertes. Une feuille absorbe généralement 70 à 85 % de la lumière verte, le reste étant réfléchi ou transmis.

Lumière verte sous couvert végétal dense

En culture sous éclairage artificiel, on travaille souvent avec des couverts végétaux denses. Dans ces conditions, les feuilles supérieures absorbent fortement la lumière bleue et rouge. De ce fait, les couches inférieures reçoivent un rayonnement plus diffus, une proportion relativement plus élevée de photons de longueur d’onde verte et une part accrue de lumière rouge lointain. Si la lumière verte contribue à la photosynthèse grâce à sa meilleure pénétration à travers la feuille, le rouge lointain agit comme un puissant facteur de signalisation via le système phytochromique, influençant la morphologie et le développement de la plante en conditions d’ombrage.

Des études plus récentes montrent qu’à des intensités lumineuses élevées (PPFD élevé), ’efficacité photosynthétique de la lumière verte peut être étonnamment proche de celle de la lumière rouge, précisément en raison d’une distribution plus homogène de l’énergie au sein des tissus foliaires.

Une méta-analyse de 2024 publiée dans le Journal of Experimental Botany indique par ailleurs que, dans certaines conditions, la lumière verte peut améliorer l’efficacité photosynthétique, influencer la morphologie de la plante et optimiser l’utilisation de l’eau. Ceci réfute clairement l’affirmation selon laquelle les plantes seraient incapables d’utiliser la lumière verte.

Devrions-nous cultiver sous lumière verte ?

D’après les informations présentées jusqu’ici, on pourrait conclure qu’il suffirait de cultiver des plantes exclusivement sous lumière verte. Or, c’est loin d’être le cas. La lumière verte a un rendement quantique inférieur à celui de la lumière rouge. Si elle était la composante dominante du spectre, l’efficacité photosynthétique globale serait considérablement réduite.

Néanmoins, le rôle et l’efficacité du spectre vert confortent l’idée que la tendance actuelle vers un éclairage à spectre complet constitue un progrès judicieux et pertinent. Ignorer la composante verte serait une erreur, car son influence sur les plantes est loin d’être négligeable.

Contrairement à la lumière rouge lointaine, qui signale clairement à la plante qu’elle est à l’ombre et qu’elle doit s’étioler, la lumière verte agit de manière beaucoup plus subtile. Il ne s’agit pas d’un signal de croissance puissant, mais plutôt d’un ajustement fn de la façon dont la plante réagit aux autres parties du spectre.

Des recherches suggèrent que la lumière verte peut partiellement contrebalancer l’effet de la lumière bleue, qui favorise une croissance compacte. Il peut en résulter une forme de plante plus naturelle et un développement foliaire plus harmonieux. La lumière verte pénètre plus profondément dans les feuilles et dans les parties inférieures de la canopée, contribuant ainsi à stimuler des zones de la plante qui, autrement, recevraient moins d’énergie.

La source de lumière naturelle pour les plantes est, bien sûr, le Soleil. Les plantes se sont adaptées à son spectre lumineux depuis des centaines de millions d’années. La distribution spectrale de la lumière solaire est incontestablement un spectre complet. Logiquement, l’objectif de l’éclairage horticole artificiel devrait être de reproduire la lumière solaire aussi fidèlement que possible.

Cependant, la consommation d’énergie doit également être prise en compte. Si l’on souhaite élargir le spectre pour inclure des longueurs d’onde supplémentaires tout en maintenant l’intensité des bandes déjà couvertes, il faut augmenter le flux lumineux total, ce qui entraîne généralement une consommation d’énergie plus importante.

La tâche des chercheurs et des fabricants d’éclairage, qui consiste à améliorer encore l’efficacité de l’éclairage pour la photosynthèse et la morphologie des plantes, implique sans aucun doute de poursuivre les recherches sur les longueurs d’onde moins explorées et de mieux comprendre comment les plantes les traitent et y réagissent. Grâce aux progrès rapides de la technologie LED, les scientifiques disposent désormais d’un outil puissant pour faire de nouvelles découvertes dans ce domaine.

Une chose est cependant déjà claire aujourd’hui : la composante verte de la lumière joue indéniablement un rôle dans la photosynthèse, ainsi que dans d’autres processus se déroulant au sein de la feuille.

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