La lumière est peut-être le facteur le plus important pour optimiser la croissance des plantes dans une serre ou une ferme verticale. Plusieurs mythes existent autour des spectres lumineux spécifiques utilisés pour la croissance des cultures et, plus spécifiquement, l’utilisation de la lumière blanche, verte ou à large spectre. Cet article est le deuxième d’une série d’entretiens avec Esther de Beer de Signify, responsable de l’équipe de spécialistes des plantes chez Philips Horticulture. Dans cette interview, nous avons posé la question : avez-vous besoin d’une lumière « blanche » pour faire pousser de meilleures cultures ?

Intéressé par la première interview d’Esther, où elle répond à la question si la lumière verte pénètre plus profondément dans le couvert végétal ? Lisez-la ici.

Lorsqu’on parle de lumière pour les plantes, on distingue souvent quatre couleurs de base : le bleu (400-499 nm), le vert (500-599 nm), le rouge (600-699 nm) et le rouge lointain (700-799 nm). La lumière violette est en fait une combinaison de lumière rouge et bleue. Fondamentalement, vous obtiendrez une lumière blanche lorsque vous ajouterez suffisamment de lumière verte à cette lumière rouge/bleue. Par conséquent, nous nous concentrerons sur la question de savoir si vous avez besoin de lumière verte pour faire pousser de meilleures récoltes.

Dans la première interview, il est expliqué que la lumière bleue, rouge et verte est absorbée de manière égale par un couvert végétal et que seule la lumière rouge lointaine est beaucoup moins absorbée. Mais toutes ces couleurs sont-elles utilisées de manière égale pour la croissance ?

Au début des années 1970, McCree a mesuré l’efficacité photosynthétique en fonction de la longueur d’onde pour un grand nombre de plantes. Ces données montrent une grande similitude entre les usines et ont été moyennées pour donner ce qui est aujourd’hui connu sous le nom de « courbe de McCree », voir la figure 1 ci-dessous. 

Figure 1 Courbe de McCree : l’efficacité photosynthétique de la lumière en fonction de la longueur d’onde

Cela montre que la lumière verte est utilisée pour la photosynthèse, mais avec une efficacité moindre par rapport à la lumière rouge. Depuis ces premiers travaux, de nombreux chercheurs ont trouvé des résultats similaires. [Hogewoning 2012, Paradiso 2011]

Pour la croissance globale des plantes, non seulement le processus de photosynthèse est important, mais également d’autres processus qui, par exemple, influencent la forme de la culture. Par conséquent, pour des applications pratiques, il est pertinent d’évaluer la croissance totale des cultures plutôt que de se concentrer uniquement sur la photosynthèse.

Nous avons constaté que plusieurs cultures ont un poids frais significativement plus important lorsqu’elles sont effectivement cultivées sans lumière verte. Pour les autres cultures, cependant, la quantité de lumière verte n’a aucun effet sur le poids frais. De plus, nous avons constaté que pour orienter la forme de la récolte, la lumière bleue et rouge lointaine sont beaucoup plus efficaces que la lumière verte. Laissez-moi partager quelques exemples tirés de notre étude.

Au centre Philips GrowWise, nous avons réalisé un essai où nous avons cultivé huit variétés de laitue RijkZwaan Salanova sous des spectres de lumière avec à la fois 0 % et 20 % de lumière verte, mais avec le même flux de photons et le même pourcentage de lumière bleue. Le graphique ci-dessous montre le poids frais relatif de ces cultures, en comparant la croissance sous les deux spectres avec 0 % de lumière verte et 20 % de lumière verte. 

Figure 2 Poids frais significativement plus élevé pour les variétés de laitue lorsqu’elles sont cultivées sans lumière verte

Comme vous pouvez le voir sur ce graphique, toutes les variétés de laitue ne réagissent pas de la même manière. Il existe deux variétés (RZ1 et RZ2) qui poussent légèrement mieux sous le spectre avec 20 % de lumière verte. Cependant, la plupart des variétés ont un poids frais nettement plus élevé (jusqu’à 20 % de poids frais en plus pour RZ8) lorsqu’elles sont cultivées sans lumière verte.

Le faible effet que la lumière verte a sur la croissance d’une culture est confirmé par une étude académique approfondie de Snowden, qui a comparé la croissance de 7 espèces végétales diverses sous 8 compositions spectrales différentes : « Contrairement aux effets significatifs de la lumière bleue, l’augmentation de la lumière verte par incréments de 0 % à 30 % a eu un effet relativement faible sur la croissance, la surface foliaire et l’assimilation nette à PPF faible ou élevé ». [Snowden 2016]

Un deuxième exemple tiré de nos propres recherches est lié au cannabis médical. Dans cet essai, deux cultivars différents ont été cultivés sous trois spectres lumineux différents avec 0 %, 6 % et 36 % de vert au même niveau de lumière supplémentaire (600 μmol/m²/s). Ici, nous avons non seulement regardé le poids des fleurs, mais aussi la qualité des récoltes.

Le graphique de droite dans la figure 3 ci-dessous montre le poids des fleurs sèches pour deux cultivars différents, tandis que le graphique de gauche montre le pourcentage de composés actifs, qui sont le facteur clé pour déterminer la qualité du produit pour le cannabis médicinal. 

Figure 3 : Pourcentage de cannabinoïdes (à gauche) et poids sec des fleurs (à droite) en fonction du pourcentage de lumière verte (0 – 6 – 36 %) pour deux cultivars de cannabis.

Le graphique de droite révèle que le poids sec reste le même pour les trois spectres, ce qui confirme à nouveau que la quantité de lumière verte n'a que peu d'effet sur la croissance. Cependant, les composés actifs diminuent considérablement lorsque la teneur en vert augmente. Ces plantes étant cultivées spécifiquement pour leurs composés médicinaux, il en résulte une préférence pour les spectres de lumière qui contiennent peu ou pas de vert.

En résumé, nos études montrent que les différentes cultures ont besoin de spectres lumineux différents pour une croissance optimale. Cependant, dans la plupart des cas, il n'y a aucun avantage à ajouter plus de quelques points de pourcentage de lumière verte, que ce soit pour le rendement ou pour la qualité de la récolte.

Cela nécessite des éclaircissements supplémentaires ; tous les résultats ci-dessus décrivent l’utilisation de la lumière par la culture, en comparant les rendements au même flux de photons. Cependant, ils ne tiennent pas compte de la quantité d’énergie électrique nécessaire pour créer cette lumière. Comme il existe de grandes différences d’efficacité (mmol/Joule), cela a bien sûr un impact énorme sur la consommation totale d’énergie. 

Les LED rouges donnent beaucoup plus de photons par watt électrique (μmol/W) que les LED bleues et vertes.

Nos recherches montrent qu’un spectre avec environ 6 % de lumière verte est suffisant pour une bonne reconnaissance des couleurs par les personnes et est 30 % plus économe en énergie par rapport à un spectre « semblable au soleil », qui contient environ 40 % de lumière verte.    

Chez Signify, nous voulons fournir à nos clients finaux la solution d’éclairage optimale pour faire pousser leurs cultures de la manière la plus durable. La lumière verte est beaucoup moins efficace que les LED bleues et rouges. Seule une quantité limitée de vert peut être envisagée pour la plupart des applications d’éclairage, car seule une petite quantité de lumière verte est nécessaire pour une bonne reconnaissance des couleurs par les personnes et comme les cultures n’ont pas besoin d’une grande quantité de lumière verte pour bien pousser.

Références :

Hogewoning S.W., Wientjes E., Douwstra P., Trouwborst G., Van Ieperen W., Croce R.  and Harbinson J., 2012.
Photosynthetic Quantum Yield Dynamics: From photosystems to Leaves. The Plant Cell 24: 1921-1935.
Paradiso, R., Meinen, E., Snel, J.F.H., De Visser, P.H.B, Van Ieperen, W., Hogewoning, S.W., Marcelis, L.F.M., 2011.
Spectral dependence of photosynthesis and light absorptance in single leaves and canopy in rose. Scientia Horticulturae 127: 548-554.
McCree, K.J., 1972.
The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agricultural Meteorology 9: 191-216.
Snowden, M.C., Cope, K.R, Bugbee, B., 2016
Sensitivity of seven diverse species to blue and green light: interactions with photon flux. Plos One 11(10): e0163121. Doi: 10.1371/journal.pone.0163121