Les plantes ont besoin de lumière tout au long de leur durée de vie, de la germination à la production de fleurs et de graines. Pendant le processus de croissance, ils n’absorbent pas toutes les longueurs d’onde de la lumière (rayonnement solaire), mais sélectifs pour absorber la longueur d’onde appropriée en fonction de leurs besoins.
Les chlorophylles (chlorophylle a et b) jouent un rôle important dans la photosynthèse mais ce ne sont pas les seuls chromophores. Les plantes ont d’autres pigments photosynthétiques, appelés pigments d’antenne (tels que les caroténoïdes β-carotène, la zéaxanthine, le lycopène et la lutéine, etc.), qui participent à l’absorption de la lumière et jouent un rôle important dans la photosynthèse.
La LED est un type de diode semi-conductrice qui permet d’adapter le contrôle de la composition spectrale et l’adaptation de l’intensité lumineuse aux photorécepteurs de la plante afin de fournir une meilleure croissance et d’influencer la morphologie de la plante ainsi que différents processus physiologiques tels que la floraison et l’efficacité photosynthétique. Plusieurs rapports ont confirmé la croissance réussie des plantes sous éclairage LED.
Par exemple, le rendement en biomasse de la laitue a augmenté lorsque la longueur d’onde de la lumière émise par LED rouge est passée de 660 à 690 nm. Les LED bleues (440 et 476 nm) utilisées en combinaison avec des LED rouges ont provoqué un taux de chlorophylle plus élevé chez les choux chinois. Des effets positifs de la lumière LED bleue (400-500 nm) en combinaison avec une lumière LED rouge sur la croissance des légumes verts et la valeur nutritive ont été démontrés dans plusieurs expériences. La lumière LED rouge (640 nm) comme source unique et les résultats ont montré une augmentation de la teneur en anthocyanes dans le chou à feuilles rouges. La lumière verte (495-566nm) et jaune (566-589nm) contribue à la photosynthèse, l’orange (589-627 nm) optimisera la photosynthèse maximale et la lumière rouge (627-770 nm) améliore la floraison, l’allongement de la tige. Plusieurs expériences horticoles sur la pomme de terre, le radis et la laitue ont montré l’exigence d’une lumière bleue (400-500 nm) pour une biomasse et une surface foliaire plus élevées.
La partie la plus importante du spectre lumineux est de 400 à 700 nm, ce qui est connu sous le nom de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), cette gamme spectrale correspond plus ou moins au spectre visible de l’œil humain.
Rouge lointain également important pendant le processus de croissance. L’application de rouge lointain (730 nm) avec du rouge (640 nm) a entraîné une augmentation de la biomasse totale et de la longueur des feuilles, tandis que le potentiel anthocyanique et antioxydant était supprimé. L’ajout d’une lumière LED rouge lointain (735 nm) à la lumière LED rouge (660 nm) sur le poivron a donné des plantes plus hautes avec une biomasse de tige plus élevée que les LED rouges seules.
Rayonnement solaire
Le rayonnement solaire peut être divisé en trois bandes d’ondes:
- les ultraviolets (UV) correspondent aux longueurs d’onde inférieures à 400 nm et peuvent causer des dommages cutanés en raison de leur énergie élevée.
- la lumière visible, dans la bande d’onde 380-770 nm, et contient la bande d’onde PAR (400-700 nm). Les différentes couleurs de la lumière visible, qui correspondent à différentes bandes d’ondes, peuvent ne pas avoir la même fonction vers le développement de la plante.
- les infrarouges (IR), supérieurs à 770 nm et ont un effet de chauffage. Le rapport rouge: Rouge lointain (R: FR) est très important pour les plantes car il influence la réponse à la croissance des plantes.
Rouge
La lumière rouge (630-720 nm) est nécessaire au développement de l’appareil photosynthétique et de la photosynthèse. Il est essentiel pour la croissance des tiges, ainsi que pour l’expansion des feuilles. Cette longueur d’onde régule également la floraison, les périodes de dormance et la germination des graines.
Bleu
La lumière bleue (400-520 nm) est importante pour la synthèse de la chlorophylle, le développement des chloroplastes, l’ouverture stomatique et la photomorphogenèse. La lumière bleue doit être soigneusement mélangée à la lumière d’autres spectres, car une surexposition à la lumière dans cette longueur d’onde peut freiner la croissance de certaines espèces végétales. La lumière dans la gamme bleue affecte également la teneur en chlorophylle présente dans la plante ainsi que l’épaisseur des feuilles.
Vert
Le vert (500 – 600 nm) pénètre à travers les auvents supérieurs épais pour soutenir les feuilles dans la canopée inférieure. Le feu vert seul ne suffit pas à soutenir la croissance des plantes car il est le moins absorbé par la plante, mais lorsqu’il est utilisé en combinaison avec du rouge, du bleu et du rouge lointain, le feu vert montrera certainement des effets physiologiques importants. La supplémentation en lumière verte a amélioré la croissance de la laitue sous un éclairage LED rouge et bleu. Les LED vertes à PPF élevé (300 µmol / m-2 / S-1) sont les plus efficaces pour améliorer la croissance de la laitue.
Lumière LED rouge lointain
Une lumière LED rouge lointain (700-725 nm) qui est au-delà du PAIR a été démontrée pour soutenir la croissance et la photosynthèse des plantes. La lumière rouge lointaine passe également à travers des auvents supérieurs denses pour soutenir la croissance des feuilles situées plus bas sur les plantes. De plus, l’exposition à la lumière INFRAROUGE réduit le temps dont une plante a besoin pour fleurir. Un autre avantage de la lumière rouge lointaine est que les plantes exposées à cette longueur d’onde ont tendance à produire des feuilles plus grandes que celles qui ne sont pas exposées à la lumière dans ce spectre.
Rouge + Bleu
Différentes longueurs d’onde de la lumière rouge (660, 670, 680 et 690 nm) et bleue (430, 440, 460 et 475 nm) peuvent avoir des effets inégaux sur les plantes selon les espèces végétales.
Vert + Rouge + Bleu
L’effet de la lumière LED verte (525 nm) sur la germination des semis d’Arabidopsis et les résultats ont montré que les semis cultivés sous lumière LED verte, rouge et bleue sont plus longs que ceux cultivés sous lumière rouge (630 nm) et bleue (470 nm) seuls.
Vert + Rouge + Bleu + Rouge lointain
La lumière rouge et rouge lointain affecte la photomorphogenèse, ainsi, le rapport de la lumière rouge et rouge lointain joue également un rôle important dans la régulation de la floraison. Des expériences avec différentes longueurs d’onde de lumières vertes, rouges, bleues et rouges lointaines (fournies par des LED) seraient bénéfiques pour déterminer la longueur d’onde optimale spécifique à l’espèce pour la croissance des plantes. Les résultats des études sur le spectre de réponse lumineuse pourraient être utilisés pour concevoir un spectre de réponse lumineuse adapté à l’efficacité énergétique pour des espèces végétales spécifiques.
À mesure que les plantes mûrissent et traversent leur cycle de croissance, de la plantule à l’adulte, puis à la floraison et à la fructification, elles utilisent des spectres de couleurs différents, de sorte que la lumière LED idéale est différente pour chaque stade de croissance. Le meilleur spectre de couleurs dépend également du type de plante que vous essayez de cultiver. Cela peut devenir très compliqué et est important pour les producteurs commerciaux où ils veulent maximiser les résultats.
Il suggère également que les lumières peuvent augmenter la valeur nutritive et améliorer le statut antioxydant des légumes verts: augmentation des caroténoïdes, de la vitamine C, des anthocyanes et des polyphénols. À l’avenir, de plus en plus de recherches nous aideront à mieux comprendre comment les lumières façonnent la croissance des plantes.