Pourquoi les feuilles d'automne deviennent-elles rouges ou jaunes ?
― Couleurs cachées et couleurs nouvelles
Quand l'automne s'installe, les collines et les arbres d'alignement, verts tout l'été, se teintent de rouge et de jaune. Le ginkgo prend un jaune éclatant, l'érable un rouge flamboyant. Le phénomène porte le même nom, mais pourquoi la couleur change-t-elle selon l'arbre ?
En été, toutes les feuilles sont d'un vert semblable. Mais à l'automne, le ginkgo devient jaune, l'érable rouge, et certains arbres brunâtres : chaque espèce prend sa couleur.
En fait, ces deux colorations reposent sur des mécanismes complètement différents, à ce que l'on pense. Entre le jaune et le rouge, ce ne sont pas les mêmes substances qui produisent la couleur.
Que se passe-t-il donc à l'intérieur de la feuille ?
Le pigment jaune (les caroténoïdes) est déjà présent dans la feuille en été, mais il est masqué par le pigment vert et reste invisible, pense-t-on.
Le pigment rouge (les anthocyanes) est synthétisé dans la feuille à l'automne, à partir de rien, selon les connaissances actuelles.
Voyons tour à tour cette différence entre « couleur cachée » et « couleur nouvelle ».
Pourquoi la feuille est verte en été : la chlorophylle
Si les feuilles paraissent vertes en été, c'est, dit-on, parce qu'elles renferment beaucoup de « chlorophylle », un pigment vert. La chlorophylle est indispensable à la photosynthèse : elle absorbe la lumière du soleil. La feuille contient en réalité d'autres pigments, mais le vert de la chlorophylle est si intense que les autres couleurs passent inaperçues, pense-t-on.
Le jaune, une « couleur cachée » : le mécanisme du jaunissement
Quand l'automne approche et que la température baisse, l'arbre commence à se préparer à perdre ses feuilles pour l'hiver. La chlorophylle de la feuille se dégrade alors et diminue peu à peu, dit-on. Les « caroténoïdes », pigments jaunes jusque-là masqués par la chlorophylle, deviennent alors visibles. Les caroténoïdes étaient présents dans la feuille tout l'été, inchangés : ils ne sont pas fabriqués à ce moment-là. Le jaunissement du ginkgo et d'autres arbres serait de ce type : « la couleur cachée apparaît ».
La couleur était déjà là : elle devient visible quand le voile vert s'amincit.
Le rouge, une « couleur nouvelle » : le mécanisme du rougissement
Le rouge de l'érable et d'autres arbres, lui, vient d'un mécanisme tout autre, selon les connaissances actuelles. À l'automne, à la base de la feuille, un tissu appelé « couche d'abscission » commence à se former, comme un mur qui bloque le passage de l'eau et des nutriments. À cause de cette couche, les sucres produits par la feuille circulent plus difficilement vers la branche et s'accumulent dans la feuille, pense-t-on.
À partir de ces sucres accumulés, un pigment rouge, l'« anthocyane », est synthétisé à l'automne, dit-on. Le rouge des feuilles d'automne est donc une couleur entièrement nouvelle, absente de la feuille pendant l'été.
La feuille va tomber de toute façon. Pourquoi dépenser de l'énergie pour un pigment rouge ? Plusieurs hypothèses ont été avancées. Selon l'une d'elles, il servirait d'« écran solaire » pour protéger l'intérieur de la feuille d'une lumière trop forte. Selon une autre, il enverrait aux insectes qui mangent les feuilles un signal : « cette feuille est déjà pauvre en nutriments ». Aucune conclusion nette n'a encore été établie.
Ce que vous pouvez vérifier vous-même
- Choisissez un érable qui rougit
- Comparez les feuilles du côté bien ensoleillé et celles de l'intérieur de l'arbre ou de l'ombre
- Repérez lesquelles sont les plus rouges et les plus foncées
- Observez le même arbre tous les quelques jours et notez aussi l'ordre et la vitesse de progression de la coloration
Les anthocyanes seraient d'autant plus facilement fabriquées que la lumière est forte : les feuilles bien exposées peuvent donc avoir tendance à rougir plus vivement.
En résumé
Rougissement et jaunissement se ressemblent, mais reposent sur des mécanismes totalement différents. Le jaune, c'est le pigment des caroténoïdes, présent dans la feuille depuis l'été, devenu visible par la dégradation de la chlorophylle. Le rouge, lui, vient de la couche d'abscission, qui fait s'accumuler les sucres dans la feuille, et du pigment que sont les anthocyanes, fabriqué à l'automne, pense-t-on.
Le jaunissement, c'est « une couleur cachée qui apparaît » ; le rougissement, « une couleur nouvelle qui se fabrique ». Dans un même paysage d'automne se cachent deux chimies bien différentes.
L'arbre qui a perdu ses feuilles passe l'hiver endormi. Comment ce sommeil prend fin, c'est ce que raconte l'article Pourquoi les cerisiers fleurissent-ils tous en même temps chaque année.
Pour aller plus loin ― termes, chiffres et lien avec les manuelsDu collège aux sujets de recherche : le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeAu programme de sciences au collège
- LycéeAu programme de « biologie de base » au lycée
- Lycée+« Biologie » au lycée, ou contenu approfondi ou encadré des manuels
- Univ.Non enseigné au lycée : contenu d'une matière universitaire (écologie végétale)
- RecherchePas même enseigné comme « acquis » à l'université : sujet que les chercheurs étudient en ce moment
CollègeVocabulaire : les mots des feuilles d'automne
- Chlorophylle : pigment vert qui assure la photosynthèse.
- Caroténoïdes : pigments jaunes ou orange. Présents aussi dans les feuilles d'été.
- Anthocyanes : pigments rouges ou violets. Fabriqués à l'automne.
- Couche d'abscission : tissu formé à la base de la feuille, qui bloque le passage de l'eau et des nutriments.
LycéeVérifier par une formule : ordre de grandeur de la baisse de chlorophylle
Calculons, avec un modèle simplifié, comment la chlorophylle se dégrade et diminue (la baisse réelle varie selon l'espèce et le climat).
Chlorophylle restante = quantité précédente × 0,5 (à chaque intervalle de temps fixe)
| Multiplier par 0,5 | Selon ce modèle indicatif, la quantité est à peu près divisée par deux à chaque intervalle |
| Après 5 jours | 100 × 0,5 ＝ 50 |
| Après 10 jours (encore la moitié) | 50 × 0,5 ＝ 25 |
| Après 15 jours (encore la moitié) | 25 × 0,5 ＝ 12,5 |
| Résultat | Après 15 jours, il ne reste qu'environ un huitième (12,5 %) de la quantité initiale |
Si la chlorophylle diminue à ce rythme, le vert s'estompe vite et le jaune caché devient bien visible.
※ Ce calcul est un modèle simplifié, pour se figurer la progression de la coloration. La vitesse réelle de dégradation de la chlorophylle varie beaucoup selon la température, la durée d'ensoleillement, etc.
Lycée+Le « déclencheur » de la coloration : la température
La température jouerait un rôle important dans le moment où débute la coloration. En général, on dit que la coloration progresse plus facilement quand la température moyenne journalière passe sous un seuil indicatif (environ 8 à 10 °C). On sait aussi que plus l'écart entre jour et nuit est grand, plus la synthèse d'anthocyanes progresse et plus le rouge tend à être vif.
Univ.Hypothèses sur le sens écologique des feuilles rouges
En écologie végétale, des recherches s'appuient sur plusieurs hypothèses pour comprendre quelle signification biologique peut avoir le rougissement des feuilles. On a proposé l'« hypothèse de la photoprotection », qui protège la feuille du stress oxydatif dû à une lumière forte, et l'« hypothèse du signal », selon laquelle la couleur indique aux ravageurs comme les pucerons, qui arrivent à l'automne, que la feuille est bien défendue.
RechercheCe qui reste incertain
- Pourquoi l'arbre dépense de l'énergie pour fabriquer un pigment rouge, et quelle en est la signification biologique : c'est un sujet toujours débattu et étudié en écologie végétale.
- Comment le changement climatique modifie la date de début et l'éclat des couleurs d'automne : des observations et recherches à long terme sont menées dans de nombreuses régions.
- Chez des arbres de même espèce, pourquoi l'éclat des couleurs varie d'un individu à l'autre : on étudie le rôle respectif des facteurs génétiques et environnementaux.
Même le paysage d'automne que l'on voit chaque année cache un sujet riche, toujours en cours d'étude, où se croisent la chimie des pigments et l'écologie.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Où dans l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : fonctionnement des plantes | Termes de base : chlorophylle, caroténoïdes, anthocyanes |
| Lycée | Biologie de base : dégradation des pigments | Calcul indicatif de la baisse de chlorophylle |
| Lycée+ | Biologie : réponses à l'environnement (approfondi) | Température, écart jour-nuit et coloration |
| Univ. | Écologie végétale | Hypothèses sur le sens écologique des feuilles rouges |
| Recherche | Écologie végétale, climatologie (en cours) | Vérification du rôle du pigment rouge, effets du changement climatique |
- Explications sur la dégradation de la chlorophylle et des caroténoïdes, dans des manuels et ouvrages de physiologie végétale.
- Explications sur la synthèse des anthocyanes et la formation de la couche d'abscission, dans des ouvrages d'écologie végétale.
- Synthèses de recherche sur le sens biologique des feuilles rouges (hypothèse de la photoprotection, hypothèse du signal) en écologie végétale.
- Explications sur le lien entre température, moment et intensité de la coloration, dans des ouvrages de climatologie.
- Explications sur les différences de coloration selon les espèces, dans des ouvrages de foresterie et de dendrologie.
※ Le déroulement de la coloration et les seuils de température peuvent varier selon l'espèce, la région et le climat de l'année.
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Si vous partez admirer les feuillages d'automne, soyez prudent sur les sentiers et où vous posez les pieds, et respectez les règles là où la cueillette de plantes est interdite.