L'éclairage d'un aquarium planté

Il existe de nombreuses idées reçues sur les besoins en lumière d'un aquarium planté. Cela cause bien des soucis aux aquariophiles qui suivent des règles soi-disant établies sans comprendre certains principes fondamentaux de la physiologie végétale et de la photosynthèse. On explique généralement aux aquariophiles qu'il faut utiliser « le plus de lumière possible » ou « remplacer leurs éclairages d'origine, de mauvaise qualité, par des lampes plus puissantes et plus séduisantes ». Malheureusement, le résultat est le plus souvent un bac envahi d'algues et/ou la destruction complète de plantes coûteuses.

On a également enseigné aux aquariophiles des règles arbitraires telles que les watts par gallon (WPG), certaines plantes ayant soi-disant besoin d'un WPG plus élevé pour s'épanouir. Les sites vendant des plantes indiquent souvent des « besoins en lumière » pour chaque espèce. Une autre « règle » arbitraire très répandue affirme que la température de couleur optimale est de 6500K.

Aucune de ces « exigences » ni de ces « règles » arbitraires n'a de réelle validité, surtout lorsqu'elles sont appliquées sans tenir compte des besoins en CO2 des plantes. Depuis des années, les aquariophiles tournent donc en rond, tentant en vain d'offrir un éclairage « optimal » à leurs plantes, tout en ignorant l'aspect le plus important de la culture des plantes aquatiques. Cet article a pour but de démystifier les idées reçues les plus répandues sur l'éclairage et son lien avec la santé des plantes.

Qu'est-ce que la lumière et comment les plantes l'utilisent-elles ?

Les aquariophiles supposent d'emblée que la lumière éclaire la plante et que celle-ci pousse simplement grâce à cette exposition. On observe, à l'extérieur par exemple, que les plantes à l'ombre semblent moins vigoureuses que celles en plein soleil. On en conclut que plus de lumière est toujours préférable, et que si une plante semble en mauvaise santé, c'est forcément par manque de lumière.

La réalité est bien plus complexe. Les feuilles des plantes fonctionnent en réalité de façon très proche d'une diode photoélectrique : la lumière qui frappe la surface excite le matériau, qui éjecte alors des électrons. Dans la feuille, c'est la molécule de chlorophylle qui contient ces électrons.

La lumière elle-même est une forme d'énergie énigmatique qui se comporte à la fois comme une onde (telle une vague sur l'océan) et comme une particule, telle un projectile. Pour simplifier, on peut se représenter un diapason vibrant tiré par un canon. Lorsque le diapason percute un autre objet, il lui transmet de l'énergie non seulement par son mouvement de projectile, mais aussi par l'énergie de sa vibration.

Des milliards de milliards de ces projectiles, appelés « photons », se déplacent dans l'espace. Lorsqu'ils heurtent d'autres objets, ils sont annihilés, mais l'énergie qu'ils transportaient sous forme de vibration est transférée à l'objet percuté. S'ils frappent la chlorophylle sous le bon angle et au bon endroit, l'énergie du photon est transmise aux électrons retenus captifs par la chlorophylle. Ces électrons peuvent alors s'échapper et être capturés par d'autres protéines, qui les utilisent pour fabriquer d'autres composés. Des milliers de protéines individuelles peuvent ainsi capturer puis relâcher ces électrons, un peu comme une chaîne de bénévoles qui se passent des sacs de sable pour construire un barrage de fortune au bout de la chaîne.

Au bout de la chaîne, dans la feuille, au lieu d'ériger un barrage, les électrons servent à extraire le carbone du dioxyde de carbone, à l'hydrater avec de l'eau, le produit final étant une sorte de sucre facilement transformé en glucose. Ce glucose nourrit ensuite chaque cellule de la plante.

Les plantes poussent donc grâce à la nourriture qu'elles parviennent à fabriquer. La lumière n'est qu'un des éléments de ce processus. L'eau, le CO2 et des nutriments comme le phosphate et le nitrate sont également nécessaires pour fabriquer ce sucre.

Ainsi, si l'on se concentre uniquement sur la lumière en négligeant l'importance de tous les autres ingrédients essentiels, le sucre ne peut pas être correctement fabriqué et la plante finit par mourir de faim. Imaginez les bâtisseurs du barrage se passant les sacs de sable de main en main. Imaginez qu'il y ait plus de sacs que chacun ne peut en gérer. Résultat : des sacs tombent, parfois sur les pieds de la personne suivante, réduisant son efficacité ainsi que celle de la suivante. En très peu de temps, si le nombre de sacs dépasse la capacité de chaque maillon de la chaîne à les manipuler et à les transmettre, c'est le chaos. C'est exactement ce qui se produit dans les bacs avec un excès de lumière : les électrons (les sacs de sable) se dispersent et perturbent toute la chaîne de réactions.

Quelle alternative au WPG pour contrôler la lumière ?

La mesure la plus fondamentale de l'énergie lumineuse, si l'on garde l'analogie du projectile, consiste simplement à compter le nombre de projectiles traversant une surface donnée pendant un temps donné. Combien de boulets de canon frappent le mur d'un château assiégé chaque heure ? Dans notre cas, cette mesure s'appelle le rayonnement photosynthétiquement actif, plus connu sous l'acronyme PAR.

Le PAR indique précisément combien de photons traversent un centimètre carré chaque seconde. Les photons étant si petits et se déplaçant si vite, cette mesure est généralement un nombre très élevé, de l'ordre d'un milliard de milliards de projectiles traversant un carré de 1 x 1 centimètre chaque seconde. Ce chiffre, un milliard de milliards, est difficile à concevoir ; on lui a donc donné un nom plus simple à manier : le « micromole ». Il est ainsi plus facile de parler de 10 ou 20 micromoles plutôt que d'une expression aussi lourde que « deux virgule zéro fois dix puissance dix-huit par centimètre carré et par seconde ».

Dans une pièce sombre, allumer une lampe torche montre qu'une main placée dans le faisceau, à quelques centimètres de la lentille, est très éclairée, mais que quelques mètres plus loin, l'intensité chute rapidement à mesure que les photons se dispersent sur une plus grande surface. Si l'on mesure précisément le PAR, on constate qu'à chaque fois que l'on double la distance par rapport à l'ampoule, le PAR à cette distance double n'est plus que le quart de sa valeur initiale. À trois fois la distance, le PAR aura chuté à un neuvième (1/9^e). Cette baisse est appelée une « relation en carré inverse » et constitue une règle aussi utile que constante.

Le WPG, cette règle empirique, peut causer bien des dégâts pour plusieurs raisons. D'abord, tous les types d'ampoules n'ont pas la même intensité. Une ampoule T5 est plus lumineuse qu'une ampoule T8. Les LED, elles, ont des puissances variées et sont regroupées différemment, ce qui rend la règle presque impossible à appliquer avec cohérence. Ensuite, le WPG a une portée très limitée à cause de la loi du carré inverse. Dans certains bacs, comme un bac de taille moyenne, disons 30 gallons environ, un WPG donné peut être pertinent ; mais lorsque la taille du bac change, la distance jusqu'à l'ampoule ne varie pas proportionnellement au volume. Alors que se passe-t-il si la taille du bac double ? La distance verticale jusqu'à l'ampoule ne double pas, donc la baisse de lumière n'est pas proportionnelle, alors que la règle du WPG exige de doubler la puissance. Dans les grands, voire très grands bacs, suivre la règle du WPG peut donc être catastrophique.

Une règle empirique bien plus pertinente a été développée à partir de la mesure, plus fiable, du PAR. Ce n'est malheureusement pas une règle simple. Des mesures de PAR ont été réalisées avec des types d'ampoules courants, et le PAR a été reporté sur un graphique en fonction de la distance à l'ampoule. De manière générale ;

La zone de faible lumière est définie comme un éclairage suffisant pour mesurer moins de 50 micromoles au niveau du substrat.

La zone de lumière moyenne est définie comme un éclairage suffisant pour mesurer entre 50 et 75 micromoles au niveau du substrat.

La zone de forte lumière correspond à tout ce qui dépasse 75 micromoles mesurés au niveau du substrat.

Les bacs sans aucun enrichissement en CO2, c'est-à-dire sans injection de gaz ni apport de carbone liquide, ont tout intérêt à rester dans la zone de faible lumière. Les bacs avec injection de CO2 devraient débuter dans la zone de faible lumière, puis, après quelques semaines, si le CO2, le flux/la distribution et la nutrition se révèlent adéquats, la lumière peut être augmentée.

Ce que les aquariophiles doivent toujours garder à l'esprit, c'est qu'il n'existe aucun lien entre la quantité de lumière et la santé de la plante. De nombreux bacs sous CO2 ou carbone liquide, en lumière faible, sont parfaitement sains. Le bac est BEAUCOUP plus facile à entretenir et les proliférations d'algues y sont bien moins fréquentes. La conséquence d'une forte luminosité est que le rythme de croissance des plantes augmente, tout comme celui des algues. Or, croissance rapide ne signifie pas bonne santé. Les bacs à forte luminosité, avec un CO2 ou une nutrition insuffisants, peuvent avoir des plantes qui poussent vite mais qui sont couvertes d'algues ou présentent d'autres problèmes de santé.

Pour le débutant comme pour l'aquariophile plus expérimenté, si un bac est acheté en kit avec un éclairage d'origine, la pire décision possible est de penser à « améliorer » cet éclairage. Ce sera toujours le début des ennuis. Il est conseillé aux aquariophiles d'apprendre d'abord à cultiver leurs plantes avec l'éclairage d'origine ou une lumière faible, qu'il y ait injection de CO2 ou apport liquide ou non. Si, après avoir acquis de l'expérience, une croissance plus rapide est souhaitée, l'intensité peut être augmentée, mais cela comporte toujours un risque de détérioration de la santé des plantes si les autres paramètres n'ont pas été réglés EN PREMIER.

Qu'en est-il du Kelvin et du spectre ?

Le deuxième pire conseil donné en matière d'éclairage est sans doute que les plantes auraient besoin de 6500K pour être en parfaite santé. Ce mythe semble exister depuis toujours, car la température de couleur du soleil est d'environ 6000K-6500K, et chacun suppose donc naturellement que c'est là la « qualité » de lumière idéale. Les vendeurs proposent des « ampoules spéciales pour plantes » à des prix exorbitants à des aquariophiles peu méfiants. En vérité, peu de plantes aquatiques, voire aucune, ne voient jamais le plein spectre du soleil de midi, puisqu'elles poussent à l'ombre de la canopée et sous des eaux troubles dans les forêts tropicales du monde entier, ce qui rend sans objet la valeur de la température Kelvin ou du plein spectre. Par ailleurs, aucune ampoule n'approche même de loin la répartition spectrale du soleil. Quelques pics dans quelques bandes étroites ne ressemblent en rien au soleil. Le terme « plein spectre » n'est qu'un argument marketing de plus destiné à attirer les acheteurs. Si l'on alignait une douzaine d'ampoules de marques différentes, toutes annoncées à 6500K, elles paraîtraient toutes de couleurs différentes : aucune ampoule n'est donc réellement à 6500K. Lorsqu'on lit l'indication Kelvin sur une ampoule, ce chiffre doit être considéré davantage comme une référence de modèle que comme une valeur scientifique.

Une ampoule fluorescente achetée dans une quincaillerie du coin fait pousser les plantes exactement comme une ampoule spéciale pour plantes. Il n'y a réellement aucune différence de performance, à type et à puissance d'ampoule égaux. Les plantes s'adaptent automatiquement à leur environnement en produisant des pigments qui réagissent au spectre disponible. Ainsi, une ampoule achetée chez B&Q, chez Home Depot ou dans n'importe quel magasin de bricolage du quartier fera exactement le même travail, quel que soit son spectre. La seule différence, c'est que l'aquariophile pourra ne pas aimer la teinte de couleur de l'ampoule B&Q. Les indications Kelvin et les autres paramètres de couleur ne devraient donc être considérés que sous l'angle de leur impact émotionnel sur celui qui regarde. De la même façon, dans une boucherie par exemple, les ampoules utilisées pour éclairer la viande ont généralement une composante rouge, ce qui la rend plus appétissante. C'est une illusion, mais les bouchers le savent très bien, et ils choisiraient rarement une ampoule à dominante bleue ou verte, par exemple, car cela donnerait à la viande un aspect peu engageant.

Les couleurs doivent être utilisées comme un pinceau, pour peindre des ambiances dans le bac. Si plusieurs ampoules sont utilisées, on peut simuler la lumière du matin avec des tons rouges et orangés, puis passer à des teintes plus bleutées en fin de journée. Il n'est jamais nécessaire de restreindre les couleurs utilisées au-dessus du bac sous prétexte, à tort, que les plantes ne se porteraient pas bien avec une valeur Kelvin différente de 6500K. Cela relève purement du fantasme.

Qu'en est-il des LED ?

À mesure que les modules LED deviennent plus abordables, leur disponibilité s'améliore et leurs fonctionnalités se multiplient. Les bricoleurs peuvent se procurer les composants bruts et câbler eux-mêmes leurs luminaires. La fonctionnalité la plus importante dans l'univers LED est la possibilité de faire varier l'intensité du module de 0 % à 100 %. C'est en réalité une caractéristique bien plus précieuse que la quantité de PAR délivrée par l'appareil, qui est de toute façon souvent trop élevée. La gradation permet un contrôle maximal, ce qui équivaut à un contrôle des algues. Une autre grande qualité des modèles haut de gamme, qui pourrait se démocratiser vers les modèles plus abordables, est la disponibilité de diodes multicolores associées à la programmabilité. Comme évoqué plus haut, il s'agit là d'une fonctionnalité artistique, et dès que chacun sortira de son hypnose du 6500K, la vraie valeur de la couleur sera enfin reconnue. Les poissons et autres animaux peuvent ainsi paraître plus colorés. Les ampoules fluorescentes préférées des aquariophiles peuvent être simulées grâce au bon mélange de RVB et de CMJN.

La question de savoir si les plantes peuvent pousser sous LED devrait maintenant être évidente. Là encore, les facteurs les plus importants d'une conception LED sont la contrôlabilité, l'esthétique, la fiabilité, etc.

Durée d'éclairage (photopériode)

Les plantes ont rarement besoin de plus de 8 à 9 heures de lumière par jour. Une photopériode plus longue ne fait qu'encourager les algues. Il est toujours préférable d'équiper l'éclairage d'une minuterie et, si le bac est sous injection de CO2, de prévoir également une minuterie séparée pour l'électrovanne de gaz. Oublier d'éteindre la lumière peut avoir de graves conséquences pour les plantes.

La durée de la photopériode doit toujours être envisagée en fonction de l'intensité. Comme évoqué plus haut dans l'article, c'est l'intensité qui provoque les dégâts ; par conséquent, si l'intensité est excessive, la photopériode doit être strictement réduite afin de limiter les dommages. Si l'éclairage est trop faible (ce qui n'arrive presque jamais), aucune durée de photopériode ne peut compenser ce manque.

Si l'aquariophile travaille de nuit ou en horaires décalés, la photopériode peut être ajustée en conséquence pour permettre d'observer le bac lorsqu'il ou elle est à la maison. Les plantes se moquent de l'heure réelle de la journée ; seule compte la régularité et la constance de la photopériode.

Effets de la lumière du jour, directe ou indirecte, provenant d'une fenêtre

C'est un autre domaine où les aquariophiles s'inquiètent plus que nécessaire et interprètent mal leurs observations. Dans un bac sous CO2, si le CO2, le flux, la distribution, la nutrition et l'entretien sont adéquats, la lumière du soleil qui frappe le bac n'a aucun effet néfaste. L'aquariophile n'a pas besoin de prendre de précautions particulières contre une lumière solaire envahissante. En revanche, si la lumière du soleil touche le bac et semble provoquer une forme d'algue, c'est un signe fort qu'il existe un problème plus fondamental dans le bac, et que l'aquariophile doit se pencher sur les facteurs évoqués plus haut. Le problème le plus courant sera l'apparition de cyanobactéries (BGA) au bas de la vitre avant, parfois juste sous le sol. Du ruban adhésif noir peut être utilisé pour bloquer la lumière, mais ce n'est guère esthétique. Augmenter le taux de nitrate peut aussi aider à résoudre ce problème.

Les réflecteurs sont-ils utiles ?

Les réflecteurs sur les tubes cylindriques, les fluocompactes et autres peuvent augmenter le rendement en PAR de l'appareil. Les valeurs varient de 10 % à 20 % selon la configuration, la propreté et les matériaux. Comme évoqué plus haut, si le bac souffre d'un excès de PAR, les réflecteurs sont alors préjudiciables et devraient être retirés pour aider le bac à se rétablir. Si le bac se porte bien, les réflecteurs peuvent être considérés comme un atout.

Quels sont les signes d'un excès de PAR ?

Comme l'intensité lumineuse conditionne les besoins de tout le reste, les signes d'un excès de lumière sont très variés. Un excès de lumière crée une demande en nutriments supérieure à ce qui est parfois apporté. La liste des carences en nutriments est longue et fait l'objet d'un article distinct. Un excès de lumière crée aussi une demande en CO2 supérieure à ce qui est fourni. Il en résulte une carence en CO2, caractérisée par une fonte des tissus, la chute des feuilles, une détérioration et un pourrissement, des taches noires, des taches brunes, un enroulement ou d'autres déformations des feuilles, ainsi que des trous dans le feuillage. Des algues liées au CO2, telles que les algues à poils ou autres algues filamenteuses, la BBA (algue à barbe noire) ou d'autres algues rouges, peuvent apparaître. Les diatomées peuvent apparaître après une « amélioration » de l'éclairage. Il est tout à fait possible que l'éclairage soit si intense qu'il exige des niveaux de CO2 si élevés qu'ils en deviennent toxiques pour la faune.

La sieste est-elle une bonne idée ?

La sieste a été popularisée par une entreprise dont l'équipe de recherche estimait que, les averses étant fréquentes sous les tropiques et masquant le soleil pendant une bonne partie de la journée, il devait donc être bénéfique pour les plantes aquatiques d'éteindre la lumière en milieu de journée. Il s'avère qu'aucune relation n'a été démontrée entre la santé des plantes et la sieste. Dans de nombreux cas, selon les autres conditions du bac, la santé des plantes s'est dégradée ; dans d'autres cas, elle s'est améliorée ; et dans la plupart des cas, aucune différence n'a été constatée. Cette répartition des effets signifie essentiellement que d'autres phénomènes, sans rapport avec la sieste, se produisaient dans le bac.

Existe-t-il une meilleure ampoule ou un meilleur type d'ampoule ?

Oui : la meilleure ampoule est celle qui vous plaît le plus visuellement et qui ne complique pas la vie par un excès de PAR. Tout le reste peut être mis de côté. Qu'il s'agisse de T5, T6, T8, T12, halogénure ou LED. Qu'il s'agisse d'un luminaire, d'une suspension ou d'un système sur bras articulé de type « clip ». Les plantes peuvent même pousser sous un éclairage au tungstène : elles s'en moquent complètement. Lors du choix d'un éclairage, les aquariophiles sont encouragés à se concentrer d'abord sur les éléments plus importants qui garantiront le succès, comme un débit et une filtration adaptés, un bon plan de dissolution et de distribution du CO2, un programme nutritionnel solide, ainsi que des changements d'eau et un entretien réguliers. Une fois ces éléments essentiels en place, on peut profiter de n'importe quel type d'éclairage, de n'importe quelle couleur et, avec un minimum de précaution, de n'importe quelle intensité.