Si l’on choisit la réaction chimique la plus vitale sur Terre, la photosynthèse occupe sans aucun doute la première place, servant de fondement à la grande majorité des formes de vie connues.
Des avancées majeures dans la recherche sur la photosynthèse ont vu le jour dans la seconde moitié du XIXe siècle. Pourtant, même aujourd’hui, les scientifiques n’ont pas encore complètement découvert son essence.
1. Comprendre l'essence de la photosynthèse
Le cœur de la photosynthèse : les plantes autotrophes synthétisent des sucres à partir du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène selon des processus induits par la lumière.
La photosynthèse est une réaction redox classique : les molécules d’eau sont oxydées dans les réactions lumineuses, tandis que le dioxyde de carbone est réduit dans les réactions sombres. L'oxydation de l'eau fournit des électrons et de l'énergie pour la réduction du CO₂, et le CO₂ sert de seule source de carbone pour la synthèse du carbone organique. Ainsi, la photosynthèse représente le processus photochimique de conversion du carbone inorganique en carbone organique.
L'agriculture moderne recherche une culture à haut-rendement et-de haute qualité, qui est fondamentalement une culture de plantes-riches en sucre. Par conséquent, la technologie d’éclairage supplémentaire est intrinsèquement motivée par la logique de la modernisation agricole. Pour les produits agricoles-de grande valeur, l'éclairage artificiel supplémentaire est la seule approche réalisable.
Facteurs environnementaux affectant le taux de photosynthèse : qualité de la lumière, quantité de lumière, température et dioxyde de carbone. L’efficacité des éclairages pour plantes dépend en grande partie de facteurs environnementaux et non des éclairages eux-mêmes.
Pour les plantes, la recherche sur la technologie du spectre lumineux des plantes se concentre sur la question de savoir si l’efficacité photosynthétique est maximisée.
La photosynthèse se produit uniquement grâce à l'interaction des photons, du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Ce principe fondamental est crucial pour l’utilisation correcte de l’éclairage des plantes ; sinon, leur application ne peut pas être comprise.
La photosynthèse est le processus de production de matière organique et de stockage d'énergie, tandis que la respiration est le processus de décomposition de la matière organique et de libération d'énergie. Les applications de lumière végétale doivent tenir compte de la respiration des plantes.
Nous pensons que coupler l’éclairage artificiel avec la gestion de l’eau et des engrais est une stratégie efficace pour réduire la consommation d’énergie lumineuse des plantes.
Dans des conditions d’éclairage artificiel, l’efficacité photosynthétique des plantes dépasse de loin celle de la lumière du soleil. Cette conclusion découle des tests de validation de la qualité de la lumière en laboratoire. En d’autres termes, compléter l’éclairage de la serre par de la lumière artificielle représente la technique de culture optimale.
2. Comprendre la lumière de la photosynthèse
Tout au long de la longue histoire évolutive des plantes, la lumière nécessaire à la photosynthèse ne provenait pas de la Terre. L'éclairage atteignant la surface de la Terre est passif, les saisons et les conditions météorologiques étant les principaux facteurs influençant les conditions d'éclairage à la surface. Un ensoleillement insuffisant en raison des conditions météorologiques peut avoir un impact direct sur la survie des plantes.
La seule solution pour la culture des plantes face à la détérioration du climat est l’éclairage artificiel d’appoint. La technologie d’éclairage des plantes représente l’application la plus importante des sources de lumière artificielle, avec sa contribution à l’humanité rivalisant avec celle de la colonisation de Mars.
Il est très important de comprendre cette vérité fondamentale : la lumière du soleil n’a aucune obligation de soutenir la croissance des plantes. C’est le principe le plus fondamental à reconnaître lors des bouleversements climatiques. Les plantes ont besoin de soleil, mais la lumière du soleil n’a pas besoin de plantes. La lumière du soleil existait bien avant l'émergence des premières plantes sur Terre -c'est la logique fondamentale pour comprendre la lumière photosynthétique.
Les plantes ont évolué leurs stratégies d’utilisation de la lumière sous le stress solaire. Leur efficacité d'absorption reste faible, ce qui signifie qu'une lumière solaire abondante ne garantit pas l'accumulation de sucre-cela représente la logique cognitive la plus fondamentale concernant la lumière du soleil.
À ce jour, les humains ont identifié plusieurs chlorophylles primaires essentielles à la photosynthèse des plantes : la chlorophylle a, la chlorophylle b, la chlorophylle c, la chlorophylle d, la chlorophylle f et la chlorophylle bactérienne. Bien que de nouvelles chlorophylles puissent être découvertes, les pigments photosynthétiques connus fonctionnent dans le spectre de 400-700 nm, appelé plage PAR.
La lumière en dehors de la plage PAR n'a aucun rapport avec la photosynthèse des plantes-un principe fondamental de la technologie d'éclairage des plantes.
Surtout, tous les spectres d'absorption de la chlorophylle découverts présentent des pics d'absorption aux extrémités du spectre à haute -énergie ou à basse -énergie, mais aucun ne présente de pics d'absorption dans la bande centrale PAR.
Bien que les spectres d’absorption des pigments servent de référence pour la conception de la lumière des plantes, ils ne constituent pas la seule base de la configuration spectrale.
La demande de lumière solaire d’une plante est déterminée à la fois par ses besoins intrinsèques et par les conditions environnementales. Cela signifie que les besoins d'une plante en qualité et en quantité de lumière sont fortement liés à son environnement de croissance et sont variables.
La réponse adaptative d’une plante à l’efficacité lumineuse commence au stade des semis. Bien que le photoréglage des plants ait une importance technique, la technologie actuelle a du mal à atteindre les résultats souhaités.
Pour l’éclairage des plantes, la recherche en technologie spectrale se concentre sur la question de savoir si les plantes absorbent efficacement le spectre produit par les sources de lumière artificielle.
Résumé
La photosynthèse est la « fabrique à sucre » de la plante, et le rôle des lumières de la plante est de fournir à cette usine la source de lumière la plus adaptée, lui permettant de fonctionner efficacement.
