Utilisation supplémentaire et unique

Cette série d'articles est issue du projet de recherche multi-états sur la gestion des ressources dans la production commerciale en serre.

Un regain d’intérêt pour l’agriculture urbaine et en environnement contrôlé (CEA) s’est accompagné d’un intérêt accru pour les aliments produits localement et de manière durable. Les consommateurs exigent de plus en plus que leurs produits soient exempts de produits chimiques et veulent savoir où et comment ils ont été cultivés. De toute évidence, produire des cultures en milieu urbain présente des avantages clés tels que la proximité du marché, une durée de conservation accrue et la connaissance des consommateurs sur les pratiques de production. Cependant, il existe également des défis majeurs tels que la disponibilité de terres appropriées et exemptes de matières dangereuses, la valeur foncière et les taxes élevées, les permis et les réglementations, la recherche de main-d'œuvre qualifiée et la concurrence de produits cultivés en plein champ moins chers. L'avantage du CEA est que la plupart des conditions environnementales peuvent être soigneusement contrôlées, ce qui permet une production toute l'année et garantit pratiquement les rendements potentiels les plus élevés. Les structures de culture typiques vont des tunnels élevés aux serres (Fig. 1), ainsi que des bâtiments reconvertis (Figure 2) ou des conteneurs d'expédition (Figure 3) qui laissent très peu ou pas de lumière solaire atteindre les plantes.

En fonction de la latitude et de la saison particulière, il est probable que l'éclairage électrique soit nécessaire pour compléter la lumière solaire naturellement disponible afin d'augmenter les rendements, pour prolonger la durée du jour ou pour servir d'unique source de lumière. Étant donné que l’œil humain n’est pas particulièrement doué pour évaluer les différences d’intensité lumineuse et que les humains peuvent généralement bien fonctionner dans des intensités lumineuses relativement faibles, nous n’apprécions pas la quantité de lumière photosynthétique dont les plantes ont besoin pour croître et se développer. En fait, les plantes ont besoin de beaucoup plus de lumière que ce que la personne moyenne pourrait prédire. Par conséquent, l’éclairage des plantes est un élément essentiel des environnements de production agricole urbains.

Trois types différents de lampes électriques sont couramment utilisés au CEA : les lampes fluorescentes (FL), à décharge à haute intensité (HID) et les diodes électroluminescentes (LED). Les lampes HID peuvent être divisées en lampes au sodium haute pression (HPS) et aux halogénures métalliques (MH). Les lampes FL et HID sont disponibles en différentes tailles et puissances, mais une fois installées, elles produisent une lumière avec un spectre de couleurs fixe. En moyenne, les lampes FL convertissent environ 20 % de l’énergie électrique fournie en rayonnement photosynthétiquement actif (PAR ; discuté ci-dessous) que les plantes utilisent pour la photosynthèse. Ils sont souvent utilisés dans les chambres de croissance ou de germination conçues pour la production de semis ou la culture de tissus. L'efficacité de conversion augmente jusqu'à environ 30 pour cent pour les lampes HID. Le spectre de couleurs de la lumière produite par les lampes MH contient un peu plus de bleu que les lampes HPS, et elles sont le plus souvent utilisées dans les jardineries afin que les plantes paraissent plus fidèles à la couleur. Les lampes HPS ont un spectre lumineux efficace pour favoriser la floraison des plantes de jours longs et la photosynthèse.

Les progrès technologiques récents ont rendu les lampes LED à haute intensité plus attrayantes en tant que sources d'éclairage photosynthétiques : elles peuvent être conçues pour produire un spectre de couleurs spécifique, ou elles permettent d'ajuster le spectre en fonction des besoins de la plante. Contrairement aux lampes HID, les lampes LED produisent peu de chaleur rayonnante, elles peuvent donc être placées beaucoup plus près du couvert végétal sans endommager les tissus des feuilles (Figure 4 ). Cependant, les lampes LED produisent toujours de la chaleur (convective) qui doit être évacuée pour garantir un fonctionnement efficace et une durée de vie maximale. Les lampes LED spécialement conçues pour les applications de croissance des plantes ont récemment dépassé le rendement de conversion des lampes HPS à double extrémité et devraient atteindre des rendements de conversion encore plus élevés à l'avenir. La plupart des lampes LED à haute intensité destinées aux applications horticoles contiennent des diodes rouges et bleues et peuvent contenir des diodes blanches pour permettre aux humains de voir la vraie couleur des plantes.

PAR fait référence à la bande d’ondes lumineuses (entre 400 et 700 nm) utilisée par les plantes pour la photosynthèse. La quantité de PAR qu'une plante reçoit jusqu'à un niveau spécifique à l'espèce augmentera les taux de photosynthèse et conduira finalement à une croissance, une qualité et un rendement améliorés. Environ 45 pour cent de l’énergie solaire tombe dans la bande d’ondes PAR de 400 à 700 nm. L'énergie en dehors de la région PAR est moins active sur le plan photosynthétique mais peut influencer les réponses des plantes telles que la couleur des feuilles/fleurs (c'est-à-dire que le rayonnement UV peut favoriser la concentration d'anthocyanes), l'allongement de la tige (rapport rouge : lumière rouge lointain et rayonnement bleu), la floraison. , et peut également augmenter la température de la plante (rayonnement infrarouge).