La chimie de l’été indien

Je l’ai déjà évoqué sur ce blog : cela fait maintenant plus d’un an que je vis près de Boston. Et en ce moment, on profite à fond de « cette saison qui n’existe que dans le nord de l’Amérique« , le fameux été indien chanté par Joe Dassin.

L’aspect le plus spectaculaire de l’été indien est bien sûr cette explosion de couleurs dans les feuillages, et en particulier ce rouge éphémère et intense dont se parent certains arbres.

Tout cela est très lyrique, mais en bon scientifique, j’ai fini par me demander ce qui pouvait causer ces couleurs, et pourquoi le phénomène était si spécifique de la région.

Est-ce lié aux espèces d’arbres ? Est-ce lié au climat ? Heureusement pour moi, certains ont déjà cherché la réponse à cette question !

Le vert des feuilles

Commençons par le commencement : pourquoi les feuilles des arbres sont-elles vertes en temps normal ? Beaucoup d’entre vous doivent connaître la réponse, c’est à cause de la chlorophylle, cette molécule présente dans toutes les plantes et qui leur permet de se nourrir via la photosynthèse.

Oui mais pourquoi vert plutôt que rose ou blanc ? Pour répondre à cette question, il faut regarder le comportement de la chlorophylle quand la lumière la frappe. La lumière du soleil contient toutes les couleurs de l’arc-en-ciel, qui correspondent à différentes longueurs d’onde (d’environ 400 nm pour le violet à environ 800 nm pour le rouge).

Quand de la lumière arrive sur une substance, elle peut être soit absorbée, soit réfléchie (elle peut aussi passer au travers). Mais suivant la substance que l’on considère, la quantité de lumière absorbée ou réfléchie va dépendre de la longueur d’onde. Ainsi dans le cas de chlorophylle, le violet, le bleu, le rouge et l’orange sont absorbés, mais pas le vert, qui est réfléchit. C’est pourquoi les plantes nous apparaissent vertes !

Le spectre d’absorption

De manière générale pour connaître la couleur qu’une molécule va donner, on peut regarder ce qu’on appelle son spectre d’absorption, c’est-à-dire l’intensité de l’absorption en fonction de la longueur d’onde. La couleur apparente d’une substance va correspondre au mélange des couleurs qui ne sont PAS absorbées.

La figure ci-contre montre le spectre d’absorption des deux variantes de chlorophylle présentes dans la nature. On voit bien que la seule couleur qui n’est absorbée par aucune des deux molécules est le vert.

Voilà pour la couleur des feuilles en temps normal. Mais que se passe-t-il quand arrive l’automne ?

Du vert au jaune

Pour la plupart des arbres, l’automne s’accompagne d’un jaunissement des feuilles. Il faut savoir que la chlorophylle est une molécule fragile que les plantes doivent continuellement renouveler. Pour que ce renouvellement ait lieu, l’arbre a besoin de chaleur et de lumière (essayez de faire pousser une plante dans le noir, elle sera blanche !).

Quand l’automne arrive, la chlorophylle n’est plus renouvelée et disparaît; c’est alors une autre molécule qui entre en jeu : le carotène. Le spectre des molécules de carotène montre que celles-ci n’absorbent que le violet et le bleu. En temps normal elles n’influent pas beaucoup sur la couleur des feuilles puisque ces couleurs sont déjà absorbées par la chlorophylle. Mais quand cette dernière a disparu, c’est alors le carotène qui dicte la couleur des feuilles : le vert, le jaune, l’orange et le rouge sont réfléchis, et les feuilles prennent une couleur qui peut aller du jaune clair à l’orange.

Et le rouge de l’été indien, alors ?

Pour beaucoup d’arbres dans beaucoup d’endroits, l’histoire s’arrête ici. Mais dans le cas de l’été indien, il faut considérer une troisième substance : les anthocyanes. Ces molécules ont la particularité d’absorber toutes les couleurs du bleu jusqu’au jaune. Elles réfléchissent donc principalement les lumières orange et rouges. Les anthocyanes donnent leur couleur a beaucoup de plantes rouges dans la nature, notamment les fraises, les groseilles, les prunes, les pommes.

En temps normal, il n’y a pas d’anthocyanes dans les feuilles des arbres. Pour être produites, ces molécules nécessitent en effet du sucre et du soleil (c’est d’ailleurs l’exposition au soleil qui fait que certaines pommes ne sont rouges que d’un côté !). Mais au moment de l’automne, il se passe quelque chose de particulier pendant une courte période.

Rappelez vous qu’en temps normal, les feuilles sont le siège de la photosynthèse, qui permet de nourrir les plantes. On peut schématiser la réaction de photosynthèse ainsi :

En temps normal, le sucre produit dans les feuilles est rapidement évacué vers le tronc de l’arbre. Mais quand arrive l’automne, l’arbre rompt les communications avec ses feuilles (au moyen d’une coque de liège qui se forme à la base de la tige), et du sucre se trouve piégé dans les feuilles. Si par ailleurs il fait beau, la combinaison du sucre et du soleil produit des anthocyanines, et les feuilles deviennent rouges !

Comment faire un bon été indien

Pour un bon été indien, il faut donc du frais pour stopper la production de chlorophylle, du sec pour concentrer les sucres dans les feuilles, et du soleil pour stimuler la production des anthocyanes. Ce sont ces conditions qui sont réunies en ce moment en Nouvelle-Angleterre (et un peu plus tôt au Canada), grâce à l’alternance de belles journées ensoleillées et de nuits fraîches et sèches. Bien sûr, certaines espèces sont plus propices à la production des anthocyanines, et le rendu final de la couleur dépend aussi de nombreux facteurs comme le pH.

Billets reliés, ici et ailleurs :

• A propos de la photosynthèse, La photosynthèse artificielle
• A propos de la couleur des objets, Sous les lumières blafardes des autoroutes
• A propos du spectre du soleil, Des infrarouges dans son jardin
• Sur le site Kidisciences, Les couleurs de l’automne
• Chez Sirtin, D’où vient l’explosion des couleurs de l’automne

Pour aller plus loin

Une question pour aller plus loin, c’est de se demander à quoi servent les anthocyanines. Il se peut tout à fait que la réponse soit « à rien ». Mais on peut imaginer qu’elles jouent un rôle pour l’arbre. Certains soupçonnent des fonctions antioxydantes, ou une substances toxiques pour les parasites. Apparemment la question n’est pas tranchée.

Autre question qui me turlupine : pourquoi la chlorophylle n’absorbe pas dans le vert ? Clairement il serait plus optimale pour elle de ramasser toutes les longueurs d’ondes possibles afin de maximiser son rendement énergétique. Si la chlorophylle absorbait aussi dans le vert, elle nous apparaîtrait noire ! Une hypothèse que j’ai trouvée sur ce site est qu’au moment de son « invention », la chlorophylle aurait pris la partie du spectre disponible qui n’était pas prise par la bactériorhodopsine, une protéine qui semble précisément absorber dans le vert (et qui apparaît donc violette).

Références :

Extraire la chlorophylle, sur Science amusante

Chemical fo the week

Why Do (Maple) Leaves Change Color in the Fall