Rayonnement solaire et photosynthèse Retour à la page d'accueil

Le rayonnement solaire est un terme utilisé pour décrire la lumière visible et le proche-visible, ce dernier composé par l'ultraviolet et le proche infrarouge, émis par le soleil. Les composantes du rayonnement solaire et terrestre sont classées par leur longueur d'onde à l'intérieur de la bande de 200 à 100000 nm (nanomètres):

Au-dessus de l'atmosphère, le rayonnement solaire a une intensité de 1370 watts par mètre carré. Il s'agit d'une valeur moyenne désignée comme la constante solaire. Sur la surface de la terre à midi, le rayonnement direct est d'environ 1 kW par mètre carré. Cette valeur moyenne dépend du lieu, de la saison, et de l'heure de la journée, mais aussi de la nébulosité (météo) qui affecte l'énergie reçue et qui la fait fluctuer selon des paramètres complexes.

L'oeil humain perçoit ce rayonnement selon sa longueur d'onde. La vision a un pic de sensibilité dans la région jaune-vert, centré autour de 550 nanomètres. C'est une couleur qui effectivement rend les signes et objets très visibles. La photosynthèse des plantes exploite un spectre large et notamment les longueurs d'ondes rouges et bleues. Les 'pics' d'absorption, ou valeurs optimales sont pour le rouge 660 nanomètres et pour le bleu 450 nm. Les graphiques placés ci-après montrent les courbes de réponse comparatives de la perception de l'oeil et de l'efficacité de la photosynthèse pour les végétaux. Pour compléter cette réflexion, il faut ajouter que, dans le cas des organismes marins, la pénétration des longueurs d'ondes situées dans le rouge est rapidement atténuée par le filtre naturel de l'eau alors que ce rayonnement est particulièrement utile à la croissance des espèces terrestres. Le bleu est en revanche une longueur d'onde qui reste efficace même à forte profondeur. Nos lampes horticoles pour végétaux terrestres et aquatiques eau douce favorisent les pics bleus 450 et 470 nm (pour la croissance) et rouges 660nm (pour la floraison), une lampe dédiée aux organismes photosynthétiques marins privilégiera essentiellement le bleu 450 nm.

Les éclairages sont caractérisés par leur température de couleurs exprimées en Kelvin. Cela donne la tonalité d'une lampe, de froide à chaude. Plus la température de couleur augmente plus la couleur perçue semble bleue, pour une gamme qui va du rouge au violet/bleu et passant par le blanc. Le milieu marin utilise ainsi des éclairages de températures de couleurs élevées comprises entre 6 500 (blanc froid ou lumière du jour) et 20 000 Kelvin (bleu profond, limite de cette l'échelle). Les lampes sont également caractérisées par l'Indice de Rendu des Couleurs (IRC) qui indique leur capacité à restituer l'ensemble des couleurs du spectre. Cependant cet intérêt est moindre en aquariophilie dans la mesure ou l'on ne cherche pas une neutralité chromatique mais plutôt de mettre en valeur ou d'exploiter des radiations particulières ainsi que l'impression de réalisme auquel on est habitué. Le rendu chromatique est améliorée avec les éclairages horticoles par l'apport de rouge.

spectre sensibilite photosynthèsespectre sensibilite vision humaine

Spectre de sensibilité de la photosynthèse comparé à celui de l'oil humain

La mesure de la lumière est essentiellement adaptée à la vision humaine. Elle est fondée sur la manière dont la source lumineuse est ressentie et comment notre oil perçoit la lumière. Nous sommes particulièrement sensibles à la lumière jaune et nos appareils de mesure favorisent cette région du spectre. Les rayonnements bleus et rouges efficaces pour les plantes sont comparativement moins représentés. La sensibilité de l'oeil sert de base pour une mesure de la luminosité en lumens, de l'éclairement en lux (lumen/m²) et de l'intensité lumineuse en Candela (lumen/angle). Ces diverses unités sont liées les unes aux autres. Un éclairage de 100 lux signifie que 100 lumens sont reçus sur un mètre carré de surface. Mais ce système de mesure se réfère spécifiquement à la vision humaine et non pas à la façon dont les plantes peuvent exploiter l'énergie de la lumière qui est ici notre préoccupation. Autre risque d'une mauvaise interprétation ; la courbe de sensibilité de l'oeil n'est pas linéaire correspond à une progression logarithmique (gamma de l'oeil = 2,42). En effet l'iris corrige en permamence la quantité de lumière analysée par notre vision ce qui fait que le jugement qualitatif d'un éclairage est facilement erroné sans une véritable mesure. Ainsi une très faible lumière semble suffisante ou encore un éclairage puissant peut être doublé sans percevoir un changement important.

Sans un matériel adapté le jugement 'de visu' est donc assez peu fiable pour estimer l'efficacité d'un éclairage pour la photosynthèse.

corbe de luminosité gamma de l'oeil
alpheus tiens compte de cet effet pour une gradation harmonieuse par son automate de gestion

Le 'PAR' mesure l'efficacité réelle de l'éclairage

PAR metreLa croissance des plantes dépend directement de l'énergie du rayonnement solaire. La photosynthèse (photo-chimie) commence lorsqu'un photon excite un électron (loi de Stark-Einstein). En 1972 Keith Mc Cree a montré qu'en comptant les photons d'un rayonnement lumineux on mesurait la photosynthèse avec plus de précision qu'avec un luxmètre. Les scientifiques et industriels en relation avec les plantes sont naturellement passés à ce nouveau système de mesure appelé, pour le flux lumineux, Photosynthetic Photon Flux (PPF) et pour l'éclairement Photosynthetical Photon Flux Density (PPFD). L'énergie d'un photon est un quantum de sorte que les appareils de mesure de l'activité photosynthétique sont aussi appelés quantum-mètres. La mesure de l'énergie lumineuse pour les plantes est appelée Photosynthetic Active Radiation (PAR). La réaction d'un végétal à un PAR conduit finalement à un résultat exprimé en Photosynthetical Usable Radiation (PUR).

Les lampes à usage domestique peuvent ainsi 'produire des lumens', permettre un bon éclairement pour notre confort, et avoir cependant un résultat sur les plantes très inférieur aux sources d'éclairages qui sont développées spécifiquement dans ce but, lampes horticoles par exemple. Dans notre cas (les aquariums récifaux ou les biotopes dépendants de la photosynthèse), il est bien plus important de mesurer le PAR, efficacité du point de vue photosynthèse, des rampes d'éclairage d'aquariums alors que les constructeurs ou amateurs ne communiquent généralement que l'éclairement en lux ou en lumens car effectivement beaucoup plus facile à mesurer avec des luxmètres ou même un simple appareil photo numérique.

Il est reste plus efficace et économe d'apporter juste le nécessaire en énergie indispensable aux animaux photosynthétiques plutôt qu'une source puissante mais dont le spectre est moins ciblé.

Les rampes d'éclairage à LED alpheus sont conçues dans cet esprit, afin d'apporter les meilleures réponses pour une croissance optimale des animaux-plantes de l'aquarium marin ou d'eau douce et maîtrisant les dépenses énergétiques.

Alors que les aquariophiles sont préoccupés par la mesure des paramètres physico-chimiques (pH, KH, Ca, NO3, etc.), la mesure du flux lumineux n'est que rarement effectué bien que son importance soit indéniable. La disponibilité d'une source de lumière calibrée et stable est alors pour l'amateur un avantage certain.

L'IRC

IRC signifie Indice de Rendu des Couleurs. Cela caractérise la capacité d'une source lumineuse à resituer l'ensemble des couleurs des objets. Le spectre solaire à un IRC de 100 qui est parfait. Les éclairages artificiels reproduisent imparfaitement le spectre solaire et ont un IRC plus faible. Mais il ne faut pas assimiler IRC et qualité esthétique ou performance. Un tube bleu a ainsi un IRC déplorable mais apporte une qualité esthétique indéniable. En milieu marin naturel l'IRC est également faible, c'est pourquoi les photographes éclairent avec une torche blanche les scènes à photographier. L'IRC n'est ni un paramètre simple à interpréter ni très significatif. Les caractéristiques du milieu marin naturel et les besoins physiologiques vont à l'encontre d'un maintenu IRC important.

Le lecteur intéressé par ce sujet trouvera les réponses à ses questions en consultant l'ouvrage de Stéphane Fournier L'éclairage des aquariums Animalia Editions.


alpheus - partage réseaux sociaux et blog : alpheus réseaux sociaux facebook Le blog des utilisateurs recommander cette page :

Textes et Photos ©2009-2017 alpheus / JLC | Contact webmaster
Le contenu de ce site est la propriété de la société alpheus et ne peut être reproduit sans autorisation écrite de alpheus S.A.R.L.