Les plantes sont incroyablement diverses, tout comme les botanistes ! Dans sa mission de diffuser des histoires fascinantes sur le monde végétal, Botany One vous présente également les scientifiques à l'origine de ces formidables histoires.

Aujourd'hui, nous accueillons Christopher Levine, doctorant en biologie agricole et environnementale à l'Université de Tokyo, au sein du laboratoire du professeur Yamori. Spécialisé en agriculture en environnement contrôlé (AEC) et en photobiologie végétale, ses recherches portent sur le rôle physiologique des photons du rouge lointain (RL) dans les systèmes de production végétale, tels que les usines de culture et les serres. Il étudie notamment l'influence de la lumière RL sur la photosynthèse, la morphologie et la productivité globale des plantes.

L'un des principaux objectifs de ses recherches est d'améliorer l'efficacité énergétique de la production alimentaire. En optimisant les facteurs abiotiques tels que les spectres lumineux et en étudiant l'interaction des photons FR avec la morphologie des plantes et la signalisation des phytochromes, Levine vise à réduire la consommation d'énergie pour l'éclairage tout en maintenant, voire en augmentant, le rendement et la qualité des cultures, contribuant ainsi à des systèmes agricoles plus durables et moins énergivores.

J'ai obtenu ma licence et ma maîtrise à l'Université Cornell, au sein du laboratoire du professeur Mattson, où j'ai développé un vif intérêt pour l'analyse en composantes principales (ACE). Vous trouverez mes publications sur [lien manquant]. Google Scholar.

Qu’est-ce qui vous a poussé à vous intéresser aux plantes ?

 Mon intérêt pour les plantes a commencé de façon assez concrète, dans mon jardin à Santa Monica. Enfant, j'essayais de cultiver des citrouilles et du maïs, sans aucune connaissance agricole. Sans surprise, nombre de mes premières tentatives furent infructueuses, et ma famille n'avait aucune expérience dans l'agriculture. À l'époque, je ne comprenais pas pourquoi les plantes avaient tant de mal à pousser. Avec le recul, je réalise maintenant que leur croissance était probablement limitée par un manque d'engrais, un arrosage irrégulier et des conditions de sol peu favorables.

Lorsque j'ai découvert plus tard la production hydroponique de légumes en intérieur, ce fut une révélation. Dans un environnement contrôlé, les nutriments, l'eau et la lumière pouvaient être gérés avec précision, au lieu d'être laissés au hasard. Pour la première fois, j'ai réussi à cultiver de la laitue et des tomates, alors que mes tentatives en extérieur avaient échoué. La réussite de ces cultures en intérieur a fait naître ma fascination durable pour la physiologie végétale et l'ACE.

Qu’est-ce qui vous a motivé à poursuivre votre domaine de recherche actuel ?

Au lycée, je cultivais des plantes d'intérieur par simple curiosité et plaisir, sans aucune approche scientifique. C'était juste de l'expérimentation, des essais et des erreurs. J'étais fasciné par l'idée que les plantes pouvaient s'épanouir pleinement et pousser mieux et plus vite à l'intérieur qu'à l'extérieur, à condition de maîtriser des paramètres comme l'éclairage, le pH du milieu et la concentration d'engrais.

Lorsque je suis arrivé à l'Université Cornell en tant qu'étudiant de premier cycle, j'étais ravi de découvrir que l'électrobiologie appliquée (CEA) pouvait être étudiée comme matière universitaire, plutôt que de suivre un cours quelconque qui ne m'enthousiasmait guère. J'ai également appris que Cornell était l'un des établissements pionniers dans ce domaine. Le professeur Louis Albright y a créé l'un des plus anciens programmes de recherche en CEA des États-Unis et a développé une exploitation de laitue en culture hydroponique en eau profonde à l'échelle commerciale, démontrant ainsi que la production hydroponique pouvait être à la fois scientifiquement fondée et économiquement viable.

J'ai suivi le cours de production alimentaire hydroponique du professeur Neil Mattson, qu'il venait de commencer à enseigner, et cela a renforcé mon intérêt pour l'agriculture en environnement contrôlé (AEC). J'ai également mené des recherches indépendantes sous sa supervision, et lorsque mon travail de licence a été accepté pour la première fois dans une revue à comité de lecture, ce fut un moment décisif. Voir mes recherches contribuer à la littérature scientifique m'a motivée à poursuivre des études en sciences végétales à un niveau plus approfondi et plus technique.

J'ai également effectué un stage chez AeroFarms, alors leader mondial de l'agriculture verticale en intérieur. J'y ai travaillé sur la production de fraises en environnement contrôlé sous la direction du Dr Shardendu Singh, de Roger Buelow et de Matt Gellert. L'alliance de la recherche de pointe, des applications commerciales et d'une ambiance de travail conviviale a renforcé mon intérêt pour le développement de la recherche sur l'agriculture en environnement contrôlé.

 Ce que je préfère dans mon travail, c'est trouver de nouvelles façons d'améliorer la viabilité économique de l'agriculture en environnement contrôlé, notamment en réduisant les coûts énergétiques. L'éclairage et le contrôle environnemental représentant des dépenses importantes en agriculture en intérieur, je trouve gratifiant de constater que des connaissances physiologiques, comme la réaction des plantes à la lumière rouge lointain, se traduisent par des stratégies de production plus économes en énergie et commercialement viables.

 J'apprécie également le caractère collaboratif et international de la biologie végétale. Les conférences telles que NCERA-101 et les réunions organisées par la Société internationale des sciences horticoles (ISHS) sont à la fois intellectuellement stimulantes et très agréables. Elles offrent l'opportunité de découvrir les travaux d'autres chercheurs du monde entier, d'échanger des idées et de nouer des collaborations durables. Nombre de mes amis et collègues se retrouvent lors de ces événements, ce qui en fait des expériences enrichissantes non seulement sur le plan professionnel, mais aussi sur le plan personnel.

Production de laitue en milieu contrôlé. Photo : Christopher Levine.

Y a-t-il des plantes ou des espèces spécifiques qui ont intrigué ou inspiré vos recherches ? Si oui, quels sont-ils et pourquoi ?

Les fraises ont incontestablement inspiré mes recherches. Leur goût délicieux rend leur étude passionnante et suscite également l'enthousiasme chez d'autres personnes. Cependant, leur culture en milieu contrôlé est réputée difficile en raison de leurs longs cycles de production, de leur physiologie florale complexe et des problèmes persistants de gestion des ravageurs et des maladies. Les expériences peuvent durer des mois, contrairement aux légumes-feuilles dont le cycle de production est généralement d'un mois seulement.

Mes travaux sur les fraises durant mon master à Cornell, sous la direction du professeur Neil Mattson, ont été rigoureux et m'ont parfaitement préparé au doctorat. Les exigences techniques liées à la gestion d'expériences de longue durée, à l'optimisation des conditions de nutrition et d'éclairage, et au maintien de la santé des plants dans des systèmes de production intensive m'ont bien préparé aux défis de la recherche doctorale.

Travailler sur les fraises m'a aussi appris que la recherche se déroule rarement comme prévu. Cette expérience m'a permis de comprendre l'importance de se fixer des objectifs de recherche précis et réalisables, plutôt que de formuler des buts si vastes qu'ils deviennent impossibles à atteindre dans un délai raisonnable. Décomposer les problèmes complexes en questions clairement définies et vérifiables a permis des progrès constants et significatifs, au lieu d'être freiné par des objectifs trop ambitieux. Cette rigueur dans la définition du périmètre et la construction progressive des résultats a été l'un des enseignements les plus précieux de ma formation initiale à la recherche et continue d'influencer ma façon d'aborder les questions scientifiques aujourd'hui.

Pourriez-vous partager une expérience ou une anecdote de votre travail qui a marqué votre parcours et réaffirmé votre fascination pour les plantes ?

L'une des expériences qui a véritablement marqué ma carrière a été la visite d'une immense serre Venlo aux Pays-Bas, qui s'étendait sur près de 30 hectares de production de tomates cerises sous verre. Ce qui m'a le plus impressionné, c'est la balade en chariot élévateur entre les rangées. Les plants de tomates, palissés à la verticale, semblaient s'étirer à l'infini au-dessus de nos têtes, formant d'imposants couloirs verts chargés de fruits. Se déplacer entre ces rangées, suspendu au milieu des vignes croulant sous les grappes éclatantes de tomates cerises, a rendu l'intégration de la physiologie végétale, de l'ingénierie et de l'économie tangible et concrète.

Constater comment des intrants soigneusement gérés pouvaient générer une telle abondance a réaffirmé ma fascination pour les plantes et renforcé ma conviction que l'optimisation de ces systèmes peut jouer un rôle significatif dans l'avenir de la production alimentaire durable.

Quels conseils donneriez-vous aux jeunes scientifiques qui envisagent une carrière en biologie végétale ? 

Un des conseils les plus importants que je donnerais aux jeunes scientifiques envisageant une carrière en biologie végétale est de trouver un mentor ou un professeur qui les inspire et les stimule véritablement. Ayant eu la chance d'étudier auprès de plusieurs professeurs à différentes étapes de ma formation, ce conseil est tiré de mon expérience personnelle. La qualité du mentorat peut profondément influencer non seulement votre développement technique, mais aussi vos intérêts et votre orientation à long terme en sciences.

Un mentor compétent vous aide à poser des questions plus pertinentes, à affiner votre protocole expérimental et à maintenir votre motivation face aux difficultés de la recherche. En recherche, les obstacles sont inévitables et les résultats ne sont pas toujours à la hauteur des attentes. Le processus d'évaluation par les pairs pour les revues scientifiques peut également être long et fastidieux. Il est donc important de trouver un mentor qui vous inspire et vous motive dans votre recherche.

Qu’est-ce que les gens se trompent généralement à propos des plantes ?

Beaucoup pensent que les plantes ont simplement besoin de soleil, d'eau et d'engrais pour pousser. Bien que ces éléments soient essentiels, la réalité est bien plus complexe, car de multiples facteurs abiotiques interagissent simultanément, parfois de manière mal comprise.

 Des variables telles que la température de la zone racinaire, la température de l'air, l'humidité, la concentration de CO₂, la vitesse du vent, ainsi que l'intensité et la composition spectrale de la lumière influencent la physiologie des plantes. La modification d'un facteur peut altérer la réaction d'une plante à un autre. Par exemple, la température de la zone racinaire peut modifier la température optimale de l'air pour la photosynthèse chez la laitue. De même, chez le basilic, la densité de flux photonique photosynthétique de fond peut affecter la densité de flux photonique idéale pour les photons infrarouges. Ainsi, même de légères variations d'une longueur d'onde spécifique peuvent modifier la morphologie et l'efficacité photosynthétique. 

Du fait de l'interaction constante de ces variables, la recherche sur les plantes est rarement simple. Comprendre les plantes implique de savoir qu'il s'agit de systèmes biologiques dynamiques qui réagissent continuellement à leur environnement.