Des chercheurs ont mis en évidence le potentiel photosynthétique à la face inférieure des feuilles : une photosynthèse nette accrue de 32 %, un rendement multiplié par 2,8, tout en réduisant la consommation d’électricité de 30 %.

Le groupe d’équipements d’horticulture intelligente de l’Institut d’agriculture urbaine de l’Académie chinoise des sciences agricoles a publié en ligne, dans la revue Environmental and Experimental Botany, un article intitulé « Abaxial leaf illumination : A strategy to enhance photosynthesis and yield in strawberry (Fragaria × ananassa) ». Cette étude met en évidence le potentiel photosynthétique pouvant être activé sur la face inférieure des feuilles et propose une nouvelle stratégie d’éclairage LED efficace pour améliorer l’efficacité d’utilisation de l’énergie lumineuse et les rendements des cultures en milieu protégé, offrant ainsi de nouveaux fondements théoriques et des pistes technologiques pour l’éclairage complémentaire en serre et pour le contrôle précis de l’environnement lumineux dans les fermes végétales à LED.

Contexte de l’étude

Dans le domaine de l’agriculture sous abri, les fermes végétales à lumière artificielle reposent principalement sur des sources lumineuses artificielles LED pour assurer la culture des plantes. Les stratégies d’éclairage actuellement couramment utilisées ne ciblent que la face supérieure des feuilles, négligeant le potentiel photosynthétique de la face inférieure, qui demeure longtemps sous‑exploité. En raison de la double influence des modes de culture à haute densité et de l’ombrage du couvert végétal, les feuilles inférieures et leur face inférieure se trouvent généralement exposées à une faible intensité lumineuse, ce qui limite considérablement l’efficacité d’utilisation de l’énergie lumineuse par la population végétale, constituant ainsi un verrou majeur freinant toute progression supplémentaire des rendements.

Il apparaît donc clairement que l’exploitation du potentiel photosynthétique de la face inférieure des feuilles, conjuguée à l’optimisation et à l’innovation des schémas d’éclairage LED, constitue un axe de recherche central pour accroître l’efficacité d’utilisation de l’énergie lumineuse par les cultures sous abri et renforcer la performance productive globale.

Pour répondre à cette problématique, l’équipe de recherche, s’appuyant sur les besoins en éclairage LED économe et performant en culture sous abri, a mené une comparaison systématique, dans différentes conditions d’intensité lumineuse, de l’impact de l’éclairage appliqué respectivement sur la face supérieure et la face inférieure des feuilles sur la physiologie photosynthétique, le développement des stomates et le rendement des plants, en évaluant notamment le potentiel photosynthétique du tissu spongieux de la face inférieure et sa contribution à la productivité photosynthétique de l’ensemble de la plante.

Figure : Influence des différentes orientations et intensités d’éclairage sur les performances photosynthétiques des feuilles et le rendement des plants

Contenu de l’étude

L’équipe de recherche a choisi la fraise, culture fruitière typique, comme matériau expérimental et a réalisé des essais d’éclairage complémentaire à différentes intensités, tant sur la face supérieure que sur la face inférieure des feuilles, dans des conditions d’éclairage sub‑optimal. En combinant des méthodes d’analyse telles que l’échange gazeux photosynthétique, la fluorescence chlorophyllienne et la mesure de la conductance foliaire, elle a examiné de manière exhaustive l’effet régulateur de l’éclairage de la face inférieure sur la capacité photosynthétique de la fraise.

À travers l’observation de la morphologie des stomates, de la teneur en pigments photosynthétiques et de la répartition de la biomasse, l’étude a mis en lumière les mécanismes physiologiques sous‑jacents par lesquels les différents schémas d’éclairage influencent la croissance et le développement de la fraise ; en associant également une évaluation globale du rendement et de la qualité des fruits, elle a déterminé l’intensité optimale d’éclairage de la face inférieure permettant d’améliorer efficacement le rendement et la qualité des fraises.

Par ailleurs, l’étude a utilisé l’analyse de corrélation de Pearson pour établir un modèle reliant le rendement des fraises aux indicateurs photosynthétiques et phénotypiques, quantifiant ainsi le mécanisme par lequel l’amélioration de l’efficacité photosynthétique apportée par l’éclairage de la face inférieure contribue à l’accumulation du rendement.

Conclusions et implications

L’étude a confirmé qu’un éclairage LED d’intensité modérée appliqué sur la face inférieure des feuilles des plants peut efficacement augmenter l’efficacité photochimique, améliorer les fonctions d’échange gazeux et optimiser la structure des stomates, renforçant ainsi l’assimilation carbonique et favorisant l’accumulation de biomasse. Les données montrent que, par rapport au groupe témoin non éclairé, le taux net de photosynthèse des feuilles peut augmenter de 32 %, tandis que le rendement des fraises est multiplié par environ 2,8 ; en même temps, la teneur en sucres solubles et en protéines solubles des fruits augmente sensiblement, et la période de maturation des fruits peut être avancée de 5 à 7 jours.

À titre de comparaison, pour obtenir un gain de rendement équivalent, un éclairage intense appliqué sur la face supérieure des feuilles requiert une consommation d’énergie bien plus élevée, alors que l’éclairage de la face inférieure nécessite une intensité lumineuse nettement moindre, avec une réduction de 30 % de la consommation de flux photonique, une meilleure efficacité d’utilisation de l’énergie lumineuse et un avantage marqué en termes d’économie d’énergie.

S’appuyant sur les caractéristiques photosynthétiques des deux faces des feuilles, cette recherche a innové les solutions d’éclairage LED en culture sous abri, rompant ainsi avec la tradition consistant à n’éclairer que la face supérieure des feuilles, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour l’éclairage complémentaire en serre et pour l’application de l’éclairage LED dans les fermes végétales, tout en présentant une valeur pratique importante pour améliorer l’efficacité d’utilisation de l’énergie lumineuse dans les systèmes de production végétale à lumière artificielle, réduire la consommation énergétique de la production et accroître le rendement par unité de surface.

Cette recherche a bénéficié du soutien du Programme d’innovation scientifique et technologique de l’Académie chinoise des sciences agricoles ainsi que du Fonds de sciences naturelles de la province du Sichuan.

Liens vers l’article original :

https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2026.106345

Source : Institut d’agriculture urbaine de l’Académie chinoise des sciences agricoles, Équipe d’innovation en équipements d’horticulture intelligente