En automne, dans l'hémisphère nord, les jours raccourcissent et la température se refroidit. Les arbres se préparent à passer l'hiver: ils perdent leurs feuilles, des billions de tonnes. Dans certaines régions, comme dans les nôtres, une féerie de couleurs précède la chute des feuilles. Auparavant vertes, elles virent dans toutes les teintes du jaune, de l'orange et du rouge. Ces changements de couleurs sont dus à la transformation des pigments présents dans les feuilles.

Le pigment vert des feuilles, c'est la chlorophylle. Elle absorbe la lumière rouge et bleue du soleil qui atteint les feuilles. La lumière réfléchie, moins rouge et moins bleue, apparaît verte. Les molécules de la chlorophylle sont grosses (C₅₅H₇₀MgN₄O₆) et insolubles dans la solution aqueuse qui remplit les cellules végétales. Elles sont fixées aux membranes des chloroplastes qui apparaissent comme de petits disques: c'est là que se produit la photosynthèse. L'énergie de la lumière se transforme en énergie chimique, Les plantes alors produisent de l'oxygène et des hydrates de carbone avec du dioxyde de carbone et l'eau. Voici la formule de C_x(H₂O)_y.

x CO2 + y H2O	lumière	x O2 + Cx(H2O)y
	chlorophylle

Lors de cette transformation endothermique, l'énergie de la lumière absorbée par la chlorophylle se change en énergie chimique emmagasinée dans les hydrates de carbone (sucres et amidons). Cette énergie chimique contrôle les réactions biochimiques qui permettent aux plantes de croître, de fleurir et de produire des graines.

La chlorophylle n'est pas un composé très stable: la lumière brillante du soleil la décompose. Pour conserver de la chlorophylle dans leurs feuilles, les plantes en synthétisent continuellement. sous l'effet du soleil et des températures chaudes. C'est ainsi que durant l'été la chlorophylle se renouvelle continuellement dans les feuilles des arbres.

Bouleau blanc

Les feuilles de plusieurs plantes contiennent un autre pigment, la carotène. Elle absorbe la lumière bleu-vert et la lumière bleue. La lumière réfléchie apparaît jaune. La carotène est aussi une grosse molécule (C₄₀H₃₆) contenue dans les chloroplastes de plusieurs plantes. Quand la carotène et la chlorophylle sont présentes dans la même feuille, elles absorbent la lumière rouge, bleu-vert et bleue: la lumière réfléchie apparaît verte. La lumière absorbée par la carotène est transférée à la chlorophylle. Étant un composé plus stable, la carotène demeure dans les feuilles même après la destruction de la chlorophylle. Les feuilles apparaissent alors jaunes.

Un troisième pigment, ou classe de pigments, les anthocyanines, se rencontrent dans les feuilles. Les anthocyanines absorbent la lumière bleue, bleu-vert et verte. La lumière réféchie apparaît alors rouge. Contrairement à la chlorophylle et à la carotène, les anthocyanines ne sont pas fixées aux membranes des cellules et sont dissoutes dans la sève cellulaire. La couleur produite par ces pigments est sensible au pH de la sève cellulaire. Si la sève est entièrement acide, les pigments produisent une brillante couleur rouge. Si la sève est moins acide, la couleur est alors pourpre. La pelure rouge des pommes mûres et le pourpre des grappes de raisins sont dus aux anthocyanines. Dans la sève cellulaire, elles sont le produit d'une réaction entre les sucres et certaines protéines. Pour que cette réaction se produise, il faut de la lumière et une sève fortement concentrée en sucre. C'est pourquoi les pommes apparaissent rouges d'un côté et vertes de l'autre.

Érable rouge

Durant l'été, grâce à l'action de la lumière sur la chlorophylle, les feuilles des arbres sont des manufactures qui produisent du sucre à partir du dioxyde de carbone et de l'eau. La chlorophylle fait apparaître les feuilles vertes. (Les feuilles de certains arbres, comme les Bouleaux et les Peupliers, contiennent aussi de la carotène. Le vert apparaît plus brillant alors, la carotène absorbant la lumière bleu-vert.) À partir des racines, l'eau et les éléments nutritifs circulent dans les branches et dans les feuilles. Les sucres produits par la photosynthèse circulent, à partir des feuilles, dans les autres partie de l'arbre. L'arbre utilise une partie de l'énergie chimique pour croître et emmagasine le reste. En automne, le raccourcissement des jours et les nuits fraîches déclenchent des changements dans l'arbre. Une membrane de liège se forme entre la branche et le pétiole de la feuille. La circulation des éléments nutritifs étant alors bloquée, la production de la chlorophylle diminue et la couleur verte des feuilles s'estompe. Si les feuilles contiennent de la carotène, comme celles du Bouleau et du Noyer, elles passeront du vert au jaune brillant au moment de la disparition de leur chlorophylle. La membrane de liège entre la branche et la feuille empêche aussi la circulation du sucre à partir de la feuille. Dans certains arbres, au moment où la concentration en sucre augmente, le sucre réagit pour former des anthocyanines. Grâce à ces pigments, les feuilles alors jaunes deviennent rouges. Les Érables rouges ou Plaines rouges, le Chêne rouge et le Sumac vinaigrier produisent des anthocyanines en abondance et déploient les rouges et les pourpres les plus brillants dans le paysage automnal.

Érable à sucre

La variété et l'intensité des couleurs automnales est grandement influencées par la température. Les basses températures détruisent la chlorophylle. Si elles demeurent au-dessus du point de congélation, elles favorisent la formation des anthocyanines. Le soleil brillant détruit aussi la chlorophylle tout en augmentant la production des anthocyanines. Un temps sec, en augmentant la concentration de sucre dans la sève, donne le même résultat. Ainsi, les couleurs automnales les plus flamboyantes se manifestent quand des jours ensoleillés et secs sont suivis de nuits fraîches et sèches.

Chêne rouge

 
 
 
 

Ces dernières années, les coloris de l'automne attirent de plus en plus de touristes et de voyageurs, là où ce phénomène est le plus présent: Nouvelle-Angleterre, Québec, Michigan, Wisconsin. (Au Wisconsin, les touristes y dépensent alors plus d'un billion de dollars.) Une bonne répartition des espèces d'arbres et probablement les températures produisent les spectacles les plus flamboyants dans ces régions. Il est possible de savoir quelles régions sont les plus spectaculaires à une date précise. Pour un rapport détaillé, allez à http://www.fs.fed.us/recreation/fall.htm.
Pour le Québec, voyez Symphonie des couleurs

Sumac vinaigrier

Dans un exposé de Chimie générale, le Prof. américain Shakhashiri distribue chaque semaine un texte se rapportant à la Chimie. The Chemistry of Autumn Colors -- October 5, 1998 que je viens de traduire est destiné surtout aux étudiants du cours Chem 103 (First Semester General Chemistry)

Visitez Chemical of the Week pour d'autres découvertes.

Par Raoul Carrier, 6 0ct. 1998.