D2 Analyse du Rayonnement et de la Fluorescence de la Chlorophylle

Topique

Le rayonnement photosynthétiquement actif (RPA) est la première grandeur à quantifier pour mesurer la quantité d'énergie lumineuse disponible qu'une feuille capte et utilise. Les capteurs quantiques mesurant le RPA indiquent, à l'échelle de la feuille, la quantité de ce rayonnement qui atteint effectivement les tissus photosynthétiques.

À partir du RPA reçu par la feuille, un fluorimètre mesurant la fluorescence de la chlorophylle à l'aide d'impulsions lumineuses modulées permet de diagnostiquer l'état du photosystème II de cette même feuille : plus la quantité de RPA que la feuille ne peut utiliser pour la photochimie du photosystème II est importante, plus la fluorescence de la chlorophylle émise est élevée. C'est cette fluorescence que le fluorimètre à impulsions lumineuses modulées enregistre pour diagnostiquer l'état du photosystème II.

Parallèlement au fluorimètre à impulsions modulées, un analyseur de gaz infrarouge mesure, également à l'échelle de la feuille, la quantité de dioxyde de carbone absorbée ou libérée par la feuille en réponse à différents niveaux de rayonnement photosynthétiquement actif. Ces mesures servent à construire une courbe reliant la photosynthèse nette à l'éclairement foliaire, pour des niveaux de rayonnement photosynthétiquement actif allant de faibles à élevés. En passant de l'échelle de la feuille à celle de la canopée entière formée par l'ensemble des feuilles d'une plante ou d'un peuplement, la photographie hémisphérique quantifie l'indice de surface foliaire (ISF) de la canopée, c'est-à-dire la surface foliaire disponible pour intercepter le rayonnement photosynthétiquement actif provenant du ciel. Plus l'ISF est élevé, plus la canopée intercepte de rayonnement photosynthétiquement actif avant qu'il n'atteigne le sol.

En passant à une échelle encore plus grande, de la canopée à l'écosystème entier, la fluorescence induite par le soleil, mesurée par satellite, permet d'estimer la productivité primaire brute à l'échelle régionale : plus la fluorescence induite par le soleil émise par la végétation d'une région est importante, plus la productivité primaire brute générée par cette végétation à partir du rayonnement photosynthétiquement actif reçu par la canopée est élevée dans toute la région.

Ensemble, ces outils – capteurs quantiques de rayonnement photosynthétiquement actif, fluorimètre à impulsions lumineuses modulées, analyseur de gaz infrarouge, photographie hémisphérique et fluorescence induite par le soleil mesurée par satellite – permettent de suivre la capture et l'utilisation du rayonnement photosynthétique avec une résolution allant de la feuille à l'écosystème. Cette couverture d'échelles permet la détection de la photoinhibition chronique dans le photosystème II de la feuille, du déficit de lumière lorsque le rayonnement photosynthétiquement actif disponible est insuffisant, et de la variation spatiale de l'état photosynthétique de la végétation lors de la comparaison de la productivité primaire brute de différentes régions.

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