Qu'est-ce que le spectre lumineux : La science derrière la lumière à spectre complet et la croissance des plantes
Avec la popularité croissante de la culture en intérieur, les lampes de culture à LED sont devenues un outil indispensable pour maintenir des plantes saines et productives. Ces lumières fournissent le spectre lumineux idéal, permettant aux jardiniers de faire pousser des plantes luxuriantes tout au long de l'année.
Avec le vaste choix de lampes de culture à LED sur le marché, la différence cruciale réside dans la précision du spectre lumineux.
C'est pourquoi nous avons créé ce guide complet - pour vous donner les connaissances nécessaires afin que vous puissiez choisir les lampes de culture à spectre complet idéales pour votre jardin. Explorons la science derrière l'éclairage à spectre complet et le développement des plantes !
Table des matières
La science derrière les lampes de culture à spectre complet et la croissance des plantes
Qu'est-ce que le spectre lumineux ?
Effets des différents spectres visibles sur la croissance des plantes
Lumière rouge
Lumière bleue
Lumière verte
Lumière jaune
Lumière orange
Spectres non visibles pour la croissance des plantes : UV et IR
Lumière ultraviolette
Qu'est-ce que le spectre lumineux ?
Le spectre lumineux englobe l'ensemble de la gamme de longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique que nous pouvons percevoir comme de la lumière, y compris la lumière visible et non visible. Ce spectre s'étend des rayons gamma, qui ont les longueurs d'onde les plus courtes et l'énergie la plus élevée, aux ondes radio, qui ont les longueurs d'onde les plus longues et l'énergie la plus faible.
Le spectre lumineux et le spectre visible en longueurs d'onde (en mètres)
Le spectre de la lumière visible est la partie du spectre électromagnétique que l'œil humain peut percevoir, avec des longueurs d'onde comprises entre 380 et 750 nanomètres (nm). Dans cette gamme, la lumière est divisée en différentes couleurs, chaque couleur correspondant à une longueur d'onde spécifique, du violet aux longueurs d'onde les plus courtes au rouge aux plus longues.
En dehors de la plage visible se trouve le spectre de la lumière non visible. La plage ultraviolette (UV) se situe juste en dessous de 380 nm et comprend des longueurs d'onde plus courtes et plus énergétiques que la lumière visible. À l'autre extrémité du spectre, la lumière infrarouge (IR) commence juste au-dessus de 750 nm et s'étend sur des longueurs d'onde beaucoup plus grandes. Bien que également invisible pour nous, le rayonnement IR est souvent ressenti comme de la chaleur.
L'ensemble du spectre lumineux joue un rôle dans divers processus scientifiques, technologiques et biologiques. Dans le contexte de la biologie végétale, par exemple, certaines parties du spectre lumineux – en particulier les régions bleue et rouge de la lumière visible – sont essentielles à la photosynthèse, tandis que d'autres parties, comme les UV et l'IR, peuvent influencer indirectement la croissance, le développement ou les réponses au stress.
Effets des différents spectres visibles sur la croissance des plantes
Le spectre de la lumière visible est composé des couleurs rouge, bleu, vert, jaune et orange. Chaque couleur joue un rôle unique dans le développement des plantes, y compris la germination, la croissance végétative, la floraison et la fructification.
Lumière rouge
Lumière rouge dans le spectre
La lumière rouge, avec des longueurs d'onde comprises entre 620 et 750 nm, joue un rôle crucial dans la croissance des plantes. C'est un facteur clé de la photosynthèse et elle soutient divers stades de développement des plantes.
Les plantes absorbent la lumière rouge via un pigment appelé phytochrome, qui bascule entre deux formes : Pr (qui absorbe la lumière rouge) et Pfr (qui absorbe la lumière rouge lointaine). Lors de l'exposition à la lumière rouge, le phytochrome passe à sa forme active Pfr et déclenche la production de gibbérellines – des hormones qui stimulent la germination des graines. Ce processus n'a lieu qu'en présence de lumière rouge et d'eau, assurant la germination des graines dans des conditions favorables.
La lumière rouge augmente également la production d'auxines, une autre classe d'hormones qui favorisent la croissance et l'allongement des cellules. Ces hormones sont essentielles pour des processus tels que la croissance des tiges et le développement des racines.
En ce qui concerne la reproduction, la lumière rouge joue un rôle important dans la floraison. Chez les plantes de jours longs, elle agit comme un signal pour activer les gènes qui initient la floraison. Chez les plantes de jours courts, elle active les gènes qui retardent la floraison, permettant à la plante de fleurir lorsque les conditions sont idéales.
De plus, la lumière rouge aide les plantes à détecter l'ombre. Lorsqu'une plante est ombragée par d'autres plantes, le rapport lumière rouge/lumière rouge lointaine change – la chlorophylle absorbe la lumière rouge, tandis que la lumière rouge lointaine est réfléchie. Une proportion plus élevée de lumière rouge lointaine signale à la plante qu'elle est à l'ombre et déclenche une réaction d'évitement de l'ombre, faisant pousser la tige plus haut pour trouver plus de lumière.
Lumière bleue
Lumière bleue dans le spectre
La lumière bleue, avec des longueurs d'onde comprises entre 450 et 490 nm environ, est l'un des composants les plus importants du spectre lumineux pour la croissance des plantes. Elle a une longueur d'onde courte et une énergie élevée, ce qui la rend particulièrement efficace pour contrôler divers processus de développement importants.
Comment cela fonctionne-t-il ? La lumière bleue joue un rôle central dans la photosynthèse en excitant les électrons dans les molécules de chlorophylle, stimulant ainsi les réactions dépendantes de la lumière qui convertissent l'énergie lumineuse en énergie chimique. Bien qu'elle n'augmente pas directement la teneur en chlorophylle,
la lumière bleue influence le développement des plantes en affectant la distribution et l'activité des auxines. Les auxines sont principalement produites dans les méristèmes apicaux, les extrémités en croissance des pousses et des racines. En réponse à la lumière, elles ont tendance à s'accumuler sur le côté ombragé de la pousse de la plante, ce qui entraîne une plus grande expansion de ces cellules et fait pencher la plante vers la source lumineuse. C'est la base du phototropisme.
De plus, la lumière bleue signale l'ouverture des stomates en activant des récepteurs spécifiques dans les cellules de garde environnantes. Cela permet l'absorption de dioxyde de carbone et la libération d'oxygène, ainsi que la perte de vapeur d'eau par transpiration.
Lumière verte
Lumière verte dans le spectre
La lumière verte, avec des longueurs d'onde comprises entre 495 et 570 nm environ, se situe au centre du spectre de la lumière visible. Bien qu'elle ne soit pas aussi cruciale pour la croissance des plantes que la lumière rouge et bleue, elle contribue néanmoins à divers processus physiologiques importants.
La lumière verte est impliquée dans la régulation de l'architecture des plantes en favorisant la croissance des pousses et en inhibant la croissance des racines. Cet effet peut être bénéfique dans des environnements contrôlés tels que les systèmes aéroponiques ou hydroponiques, où l'espace pour l'expansion des racines est limité. De plus, la lumière verte pénètre plus profondément dans la canopée des plantes que les autres longueurs d'onde, atteignant ainsi les feuilles inférieures qui seraient autrement à l'ombre. Cela augmente l'activité photosynthétique dans ces feuilles et favorise la production globale de biomasse.
De plus, la lumière verte stimule la production de métabolites secondaires tels que les flavonoïdes, les acides phénoliques et les caroténoïdes. Ces composés ne sont pas directement impliqués dans la croissance, mais jouent un rôle essentiel dans la survie des plantes en les aidant à réagir au stress environnemental.
Lumière jaune
Lumière jaune dans le spectre
La lumière jaune, avec des longueurs d'onde autour de 570–590 nm, fait partie du spectre visible que les plantes peuvent absorber, mais elle est moins efficace pour la photosynthèse. Bien qu'elle n'influence pas de manière significative la croissance des plantes à elle seule, la lumière jaune peut interagir avec d'autres longueurs d'onde et ainsi influencer les réponses de croissance.
Ainsi, par exemple, la combinaison de lumière bleue et jaune peut favoriser la croissance des racines chez les plantules d'Arabidopsis thaliana, tandis que la lumière rouge et jaune ensemble peuvent augmenter la production de pigments photosynthétiques chez la laitue. La lumière jaune peut également aider les plantes à réagir aux stress environnementaux tels que la sécheresse et la salinité.
Lumière orange
Lumière orange dans le spectre
La lumière orange, avec des longueurs d'onde comprises entre 590 et 620 nm, n'est peut-être pas aussi cruciale pour la croissance des plantes que la lumière rouge ou bleue, mais elle joue néanmoins un rôle important dans la promotion de plantes saines et productives.
Il a été démontré que la lumière orange influence positivement la croissance de certaines plantes comme les tomates, la laitue et les fraises. Ainsi, par exemple, il a été démontré que l'ajout de lumière orange à la lumière rouge et bleue augmente la hauteur de la plante, le nombre de feuilles et le poids frais des plantules de laitue par rapport à l'utilisation seule de la lumière rouge et bleue.
Spectres non visibles pour la croissance des plantes : UV et IR
Bien que le rayonnement ultraviolet (UV) et infrarouge (IR) se situent en dehors du spectre de la lumière visible, ils jouent un rôle crucial dans le développement des plantes.
Lumière UV et infrarouge dans le spectre lumineux
Lumière ultraviolette
La lumière ultraviolette (UV) est une forme de rayonnement de haute énergie avec des longueurs d'onde comprises entre 10 et 400 nanomètres. Elle est généralement divisée en trois catégories en fonction de la longueur d'onde : UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm) et UV-C (100-280 nm).
Le rayonnement UV peut avoir des effets à la fois positifs et négatifs sur les plantes, selon l'intensité et la durée de l'exposition. En quantités modérées, la lumière UV peut stimuler la production de métabolites secondaires tels que les flavonoïdes et les anthocyanes. Ces composés agissent comme des antioxydants et aident à protéger les plantes des dommages causés par les UV, tout en augmentant la valeur nutritive et les propriétés médicinales des plantes.
D'autre part, une exposition excessive au rayonnement UV peut endommager les tissus végétaux, endommager l'ADN et altérer la photosynthèse. Cela peut nuire à la croissance, réduire le rendement des cultures et augmenter la susceptibilité aux ravageurs et aux maladies. Dans les cas graves, cela peut même entraîner des dommages cellulaires et la mort des plantes.
Lumière infrarouge
La lumière infrarouge (IR) est un rayonnement de faible énergie. La plage de longueurs d'onde du rayonnement IR s'étend de 700 nm à 1 millimètre (mm) et est divisée en trois catégories : infrarouge proche (NIR, 700-1400nm), infrarouge moyen (MIR, 1400-3000 nm) et infrarouge lointain (FIR, 3000 nm - 1 mm). Dans l'horticulture, le NIR est le plus couramment utilisé.
La lumière IR agit principalement par production de chaleur, réchauffant les tissus végétaux et stimulant indirectement le métabolisme et la croissance. Cet effet thermique peut renforcer divers processus physiologiques, y compris la régulation des stomates, ce qui affecte les échanges gazeux et la perte d'eau.
De plus, elle influence également la morphologie des plantes en favorisant l'allongement de la tige et la croissance des feuilles chez de nombreuses espèces, tout en accélérant potentiellement la floraison chez d'autres. La lumière infrarouge peut également interagir avec les systèmes hormonaux végétaux, y compris les auxines, les gibbérellines et les cytokinines, bien que ces voies ne soient pas encore aussi bien comprises.
Les lumières UV et IR sont toutes deux des « spectres d'information » essentiels pour les plantes. Aujourd'hui, elles sont largement utilisées dans la production agricole et médicale. Lisez notre guide sur l'utilisation pratique de la lumière UV et IR dans vos jardins.
Science spectrale des lampes de culture à LED
La science a montré que les plantes ont des besoins lumineux spécifiques pour une croissance et un développement optimaux, ce qui a conduit au développement de lampes de culture à LED avec des spectres sur mesure. En comprenant la science derrière ces lumières, les cultivateurs peuvent optimiser les conditions de croissance des plantes, ce qui conduit à des plantes plus saines et à des récoltes plus réussies.
Diagramme du spectre lumineux des LED pour la culture des plantes
Lors de l'examen d'un diagramme du spectre lumineux des LED, l'axe des x représente la longueur d'onde de la lumière en nanomètres (nm), tandis que l'axe des y indique l'intensité lumineuse relative en unités arbitraires. Le spectre est généralement représenté sous forme de graphique linéaire, différentes couleurs symbolisant différentes longueurs d'onde.
Il est important de prêter attention aux pics et aux creux du spectre, car différents processus végétaux nécessitent des longueurs d'onde lumineuses spécifiques. Par exemple, l'absorption de la chlorophylle atteint son maximum à environ 450 nm (lumière bleue) et 650-680 nm (lumière rouge), c'est pourquoi une lampe de croissance avec une intensité élevée dans ces zones est idéale pour la photosynthèse.
En plus des intensités de pointe, le rapport spectral est également un facteur important lors du choix d'une lampe de croissance. Le rapport spectral est le rapport entre l'intensité de la lumière rouge et de la lumière bleue et est généralement représenté par un seul chiffre ou un graphique. Le rapport idéal varie en fonction de l'espèce végétale et de vos objectifs de culture.
LED à spectre complet (Full Spectrum)
Tableau du spectre des lampes de culture à LED à spectre complet
Les lampes de croissance à LED à spectre complet sont conçues pour fournir un spectre lumineux équilibré et complet, très proche de la lumière naturelle du soleil. Les caractéristiques spectrales de la lumière à spectre complet comprennent généralement un mélange de LED blanches froides et chaudes, ainsi que des longueurs d'onde spécifiques de lumière bleue, rouge et verte, et parfois aussi de lumière UV et rouge lointain. Bien que la composition spectrale exacte puisse varier selon la marque et le modèle, la plupart des lampes de croissance à LED à spectre complet ont une caractéristique commune : elles présentent une proportion plus élevée de lumière bleue et rouge pour accentuer leurs pics.
LED à large spectre
Tableau du spectre des lampes de culture à LED à large spectre
Les lampes de culture à LED à large spectre sont similaires aux lampes de culture à LED à spectre complet, car elles couvrent une gamme de longueurs d'onde bénéfique pour la croissance et le développement des plantes. Cependant, les lampes de croissance à LED à large spectre ont tendance à avoir une distribution de longueurs d'onde plus uniforme sur l'ensemble du spectre visible, sans accentuer de pics particuliers dans les régions bleue ou rouge. Cela peut en faire un bon choix pour les cultivateurs qui recherchent une source de lumière équilibrée qui favorise la santé et la croissance globales des plantes, sans se concentrer trop sur des stades de croissance ou des caractéristiques végétales spécifiques.
LED à spectre ciblé
Tableau du spectre des lampes de croissance à LED « Grow » à spectre ciblé
Les lampes de croissance à LED d'Espectro Direcionado sont conçues pour émettre des longueurs d'onde spécifiques adaptées aux différentes phases de croissance des plantes, comme la croissance végétative ou la floraison. Ces lumières se concentrent principalement sur la lumière bleue et rouge, avec une proportion minimale de lumière verte ou jaune. Certains modèles disposent également de longueurs d'onde UV ou rouge lointain, qui peuvent influencer davantage le développement des plantes. En utilisant ces lumières, les cultivateurs peuvent adapter le spectre aux besoins spécifiques de leurs plantes, favorisant une croissance saine et maximisant le rendement.
Température de couleur (CCT)
La température de couleur est une mesure de l'apparence chromatique de la lumière émise par une source lumineuse et est mesurée en Kelvin (K). Des températures de couleur plus basses (2000–4000 K) produisent une lumière chaude, jaune-rougeâtre, tandis que des températures de couleur plus élevées (5000–6500 K) produisent une lumière froide, blanc-bleuâtre. La température de couleur des lampes pour plantes influence la manière dont les plantes perçoivent et réagissent à la lumière, ce qui affecte à son tour leur croissance et leur développement.
Les différences entre les températures de couleur perçues par l'œil humain
Spectre lumineux idéal pour chaque phase de croissance de la plante
Les lampes de culture à spectre complet peuvent couvrir les besoins fondamentaux d'éclairage d'une plante. Cependant, comme mentionné précédemment, les plantes réagissent particulièrement bien à certains spectres lumineux à différentes phases de croissance. Pour aider les plantes à atteindre leur plein potentiel, il est donc idéal d'adapter le spectre qui offre les plus grands avantages à chaque phase de croissance spécifique.
Prenons l'exemple de la plante de tomate pour examiner les conditions d'éclairage idéales pour chaque phase de sa croissance. Pour l'éclairage principal de culture, nous recommandons les Mars Hydro TS1000 ou FC1500 – toutes deux des lampes LED professionnelles offrant un spectre complet, une PPFD uniforme et des contrôles intelligents – idéales pour tout le cycle de croissance des tomates.
Phase de semis
Pendant la phase de semis, les jeunes plants de tomates ont besoin d'un éclairage doux mais efficace pour favoriser une formation racinaire vigoureuse et des tiges robustes, tout en évitant le stress. Une lampe LED à spectre complet avec une température de couleur entre 5000 K et 6500 K est idéale. Cette plage offre un mélange équilibré de longueurs d'onde bleues et rouges, avec un accent sur la lumière bleue. L'intensité plus élevée de la lumière bleue favorise une croissance compacte et saine et prévient les tiges longues et faibles.
Plant de tomate en phase de semis
Configuration de l'éclairage :
Température de couleur : 5000 K – 6500 K
PPFD : 100–300 µmol/m²/s
Hauteur de suspension : 25 cm
Photopériode : 18 heures allumées / 6 heures éteintes
Phase végétative
Pendant la phase végétative, un spectre lumineux équilibré est crucial, avec une légère augmentation de la proportion de bleu par rapport au rouge. Une température de couleur entre 4000 K et 5500 K favorise le développement optimal des feuilles et des tiges. La lumière bleue des plantes favorise une structure compacte et des tiges vigoureuses, tandis que la lumière rouge soutient la croissance générale de la plante. Pour de meilleurs résultats, envisagez l'utilisation de lampes LED bleues ciblées pour ajuster la qualité de la lumière.
Plant de tomate en phase végétative
Configuration de l'éclairage :
Température de couleur : 4000 K – 5500 K
PPFD : 400–600 µmol/m²/s
Hauteur de suspension : 25 cm
Photopériode : 18 heures allumées / 6 heures éteintes
Spectre supplémentaire : Lumière bleue, synchronisée avec le cycle d'éclairage principal
Phase de floraison et de fructification
Pendant la phase de floraison et de fructification, les plants de tomates bénéficient d'un spectre riche en lumière rouge, avec une température de couleur entre 3000 K et 4000 K. Les longueurs d'onde rouges activent les hormones de floraison et stimulent la croissance reproductive. À ce stade, un excès de lumière bleue peut entraîner un retour des plantes à la croissance végétative ; un rapport bleu-rouge réduit est donc préférable. Pendant cette phase, l'utilisation de longueurs d'onde UV+IR et de rouge profond supplémentaires peut améliorer encore les résultats.
Plant de tomate en phase de fructification
Configuration de l'éclairage :
Température de couleur : 3000 K–4000 K
PPFD requise : 800–1000">800–1000 µmol/m²/s
Hauteur de suspension : 25 cm (10 pouces)
Photopériode : 12 heures allumées / 12 heures éteintes
Spectre supplémentaire :
Lumière UV pendant 10 minutes/heure pendant le cycle de lumière principal
Lumière IR pendant 15 minutes avant l'allumage de la lumière principale / après l'extinction de la lumière principale
Lumière rouge profond synchronisée avec le cycle de fonctionnement de l'éclairage principal.
Considérations finales
Lors du choix de lampes de culture LED, il est important d'adapter le spectre aux besoins spécifiques de vos plantes à chaque phase de croissance. Les lampes de culture LED de Mars Hydro offrent un spectre équilibré avec des lumières rouges, bleues, blanches et IR, ce qui les rend idéales pour toutes les phases de croissance, du semis à la récolte. Grâce à différents rapports de rouge à bleu, les cultivateurs peuvent choisir la meilleure option pour obtenir des résultats optimaux. Mars Hydro propose également des lampes à spectre ciblé, y compris UV et IR, pour des besoins de croissance spécifiques des plantes. Découvrez nos collections de lampes de culture LED et contactez-nous pour plus de détails.
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