Nouveaux systèmes d’éclairage

Nouveaux systèmes d’éclairage

La lumière est vitale pour les plantes. En fait, les végétaux transforment la lumière en sucres afin de croître et de fleurir. En culture intérieure, les plantes doivent s’adapter à la lumière artificielle parfois insuffisante. Cela dit, peut-être nous sommes à l’aube de grands changements en la matière…

Par Pieter Klaassen Bsc.

Nous sommes sur le point de vivre une révolution technologique dans la façon de fournir la lumière nécessaire aux plantes cultivées à l’intérieur. Les fournisseurs promettent des méthodes d’utilisation d’électricité plus efficaces, alors que les nouvelles couleurs d’ampoules et les lampes à del s’emparent du marché à une vitesse fulgurante. Force est de s’interroger sur le réalisme de ces promesses et de déterminer si les horticulteurs possèdent les aptitudes nécessaires pour en bénéficier.

Les plantes et la lumière

Afin de bien comprendre le fonctionnement de ces systèmes d’éclairage, il faut d’abord expliquer ce qu’est la lumière et l’effet qu’elle a sur la vie des plantes. La lumière, forme de radiation, peut être divisée en plusieurs catégories de longueurs d’onde: rayonnement visible, rayonnement invisible, infrarouge proche et infrarouge.

La lumière est essentielle pour les plantes au sens le plus large du terme. Sans elle, aucun processus vital ne serait possible:

  • La plante utilise la lumière, l’eau et le CO2 pour produire des hydrates de carbone et de l’oxygène (photosynthèse).
  • La couleur (longueur d’onde) et la quantité de lumière déterminent la forme que prend la plante (phototropisme).
  • La plante "sait", selon la durée du jour, à quel moment elle doit produire des hormones florales et des fleurs (photopériodisme).

Photosynthèse

Lorsque la lumière atteint le feuillage d’une plante, des cellules contenant de la chlorophylle l’absorbent. Les chlorophylles de type a et b sont les deux plus importantes formes de chlorophylle. Elles démontrent une grande sensibilité à la lumière bleue et rouge (voir l’image 1).

Chlorophyll
Image 1: Les deux formes importantes de chlorophylle sont surtout sensibles à la lumière bleue et rouge. La chlorophylle est essentielle au processus de photosynthèse, qui permet aux plantes d’obtenir de l’énergie par la lumière.

En théorie, ces deux tons de lumière à eux seuls suffisent pour permettre à la plante de produire de la photosynthèse, mais, en réalité, chaque longueur d’onde du spectre joue un rôle précis à l’intérieur de la plante. Normalement, la lumière verte, et parfois la lumière jaune, est reflétée partiellement, ce qui explique pourquoi la plupart des plantes sont vertes à nos yeux.

Phototropisme

La croissance d’une plante n’est pas uniquement déterminée par ses gènes, elle dépend aussi des longueurs d’onde de la lumière à laquelle elle est exposée, y compris les rayonnements visibles et invisibles.

Les rayons UVA (340-400 nanomètres) et les rayons UVB (280-340 nm) favorisent la croissance de nouvelles ramifications, en plus d’exercer un effet similaire à la lumière bleue sur la plante, à quelques différences près. En trop grande quantité, les rayons UVC (< 280 nm) peuvent endommager la plante.

Le rouge lointain (700-800 nm) pénètre plus loin dans la plante que les autres longueurs d’onde, ce qui fait en sorte que la plante, en entier ou en partie, pousse et s’étire vers la source lumineuse.

Photopériodisme

Plusieurs plantes florales utilisent une protéine photoréceptrice qui capte les changements de la durée de la nuit, ou photopériode, selon les saisons, pour ensuite transmettre un signal de floraison. Elles appartiennent à deux catégories, les plantes de jours longs (héméropériodiques) et les plantes de jours courts (nyctipériodiques). En réalité, ce sont les heures d’obscurité qui régissent le mécanisme régulateur, et non la durée du jour.

Les plantes de jours longs ne fleurissent que lorsque la durée de la nuit, par tranche de 24 heures, est inférieure à un seuil donné, ce qui se produit généralement tard au printemps ou tôt en été. À l’inverse, les plantes de jours courts ne fleurissent que lorsque la période d’obscurité est supérieure à un seuil donné. Elles ont besoin d’une certaine période d’obscurité pour amorcer le développement floral, toutefois, la durée précise d’obscurité requise varie d’une espèce à l’autre, et parfois même, d’une variété d’espèces à une autre. La floraison des plantes indifférentes au photopériodisme n’est pas influencée par la durée de la nuit.

Nouveaux développements dans l’éclairage

Maintenant que nous possédons une meilleure compréhension de la lumière et de ses effets sur la croissance et la floraison des plantes, nous pouvons nous pencher sur certaines des nouvelles technologies d’éclairage qui ont fait leur apparition au cours des dernières années.

High pressure sodium lamps in a greenhouse
Image 2: Une lampe à vapeur de sodium à haute pression dans une serre.

La lampe à décharge à haute intensité (DHI) est le type d’éclairage photosynthétique le plus répandu en horticulture de nos jours. Celle-ci est dotée d’un mélange de gaz et de vapeur métallique enfermés dans un tube de verre. Lorsque l’électricité circule entre les électrodes aux extrémités du tube, le mélange gaz-métal se réchauffe et émet de la lumière. Les lampes DHI peuvent être à vapeur de sodium à haute pression (lumière jaune) ou aux halogénures (lumière blanche). On installe parfois une combinaison des deux types d’ampoule afin d’uniformiser le spectre lumineux, alors que les réflecteurs servent à diriger la lumière vers les plantes (voir l’image 2).

Ampoules améliorées

Fluorescent grow light
Image 3: Ampoule fluorescente de culture

Jusqu’à récemment, les lampes fluorescentes horticoles (image 3) offraient un faible rendement et s’avéraient trop grosses et encombrantes pour être réellement utiles comme lampe de culture, à part pour démarrer les semis.

Avec l’arrivée de nouvelles lampes fluocompactes et fluorescentes en spectre continu T5, la situation a pris un virage. Écoénergétiques et hautement efficaces, surtout en grande quantité, ces ampoules améliorées ne cessent de gagner en popularité pour la propagation et la croissance des plantes.

Bien qu’elles ne soient pas aussi efficaces que les lampes DHI, les lampes fluorescentes offrent un meilleur rendement des couleurs et émettent beaucoup moins de chaleur. On peut donc les placer plus près des plantes et ainsi augmenter leur efficacité.

DEL

L’utilisation des diodes électroluminescentes (DEL, voir image 4) en tant que source potentielle d’éclairage assimilable dans les systèmes de production de plantes pourrait ouvrir la porte à une variété de nouvelles possibilités. Les ampoules à DEL produisent un spectre très étroit de longueurs d’onde et n’émettent aucune radiation de chaleur directe.

La chaleur produite par les ampoules à DEL en raison de leur efficacité limitée de conversion d’énergie peut être expulsée à l’aide d’un système de refroidissement par convection. Ainsi, les ampoules à DEL s’installent très bien dans des endroits relativement sombres, à proximité des plantes, afin d’augmenter la photosynthèse produite par les feuilles à des endroits où la lumière assimilable ne pénètre habituellement pas. En théorie, ce type d’éclairage "entre plantes" augmenterait la photosynthèse de manière considérable.

LED light
Image 4: Exemple d’unité DEL.

En ce moment, la plupart des lampes à DEL offertes sur le marché émettent uniquement de la lumière rouge et bleue. Même s’il s’agit des longueurs d’onde utilisées par les plantes pour la photosynthèse, les DEL doivent absolument être utilisées avec d’autres types d’éclairage pour offrir un éclairage d’appoint ou un éclairage orientable. Bien que les nouveaux systèmes à DEL couvrent un spectre lumineux beaucoup plus large, ils sont encore en phase expérimentale.

Lampe de plasma

Les lampes de plasma, ou lampes à arc de plasma, produisent un spectre lumineux semblable à celui du soleil, c’est pourquoi on les qualifie souvent de lumière du soleil artificielle. Les lampes de plasma utilisent une faible quantité de soufre qui est excité par un magnétron, ce qui fait en sorte que le plasma émet de la lumière.

En laboratoire, lorsqu’on les compare aux plantes cultivées sous des tubes fluorescents et des lampes de sodium à haute pression, celles cultivées sous les lampes de plasma se caractérisent par des pétioles plus longs, un meilleur déploiement des feuilles et une moins grande production de feuilles pour couvrir la même surface. En d’autres mots, la plante devient plus volumineuse et accumule plus de matière sèche, et ce, même si la photosynthèse par zone de feuillage n’est pas plus importante.

Les grands écarts de réaction des plantes au spectre émis par les lampes de plasma par rapport aux autres sources populaires d’éclairage horticole mettent en évidence l’importance d’utiliser un spectre plus naturel, si le but est de reproduire des plantes comme celles cultivées dans les champs à l’extérieur.

Conclusion

Une plante a besoin de longueurs d’onde précises de lumière selon son stade de croissance. Les ampoules à DEL, les lampes de plasma et les ampoules de couleur spécialisées devront être développées davantage avant de pouvoir devenir des produits horticoles à part entière. On offre déjà les ampoules à DEL comme éclairage d’appoint ou orientable, mais il revient à l’horticulteur le soin de juger des besoins de ses plantes à chaque moment précis de son développement.

Bibliography

Assimilation Lighting for Greenhouses, John W. Bartok, Jr., National Nursery Proceedings - 2002, Western Forest and Conservation Nursery Association and the Forest Nursery Association of British Columbia Meeting, 2002 - Olympia, WA.

The Application of LEDs as Assimilation Light Source in Greenhouse Horticulture: a Simulation Study.

W. van Ieperen & G. Trouwborst, International Symposium on High Technology for Greenhouse System Management: Greensys2007.

An artificial solar spectrum substantially alters plant development compared with usual climate room irradiance spectra, Sander W. Hogewoning, Peter Douwstra, Govert Trouwborst, Wim van Ieperen and Jeremy Harbinson, Journal of Experimental Botany, Oxford University Press, March 4, 2010

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