Bien choisir le système d’éclairage d’une ferme en intérieur : production et avantages environnementaux

Effets du ratio de lumière DEL rouge et bleue sur la consommation en ressource de la culture de laitues en intérieur

L’agriculture intérieure nécessite l’usage de systèmes d’éclairage artificiel. Les systèmes à DEL bleu et rouge sont fréquemment utilisés car il s’agit d’un spectre fortement actif pour la photosynthèse. Cependant, le ratio de lumière rouge et bleu (R:B) a des impacts sur l’efficacité d’utilisation des ressources (énergie, eau, superficie de terrain). L’étude Resource use efficiency of indoor lettuce (Lactuca sativa L.) cultivation as affected by red:blue ratio provided by LED lighting a tenté de trouver quel serait le meilleur spectre pour une culture durable de la laitue en intérieur. Cinq ratios R:B furent utilisés (0,5-1-2-3-4), ainsi qu’un contrôle par tube fluorescent (R:B = 1).

L’étude de Giuseppina Pennisi de l’Université de Bologne démontre que le meilleur ratio est R:B = 3. Ce ratio permet de multiplier par deux les rendements en comparaison au ratio de 0,5 et de réduire la consommation en eau et en énergie de la production. Il en résulte une production plus écologique et moins coûteuse pour les projets d’agriculture intérieure.

Efficacité énergétique

La diminution de la superficie des terres arables disponibles et la raréfaction de l’eau douce, combinées à une urbanisation grandissante, font de l’agriculture verticale et intérieure une stratégie de production agricole intéressante. Cependant, les principales limites à la création à grande échelle de fermes verticales sont les hauts coûts d’investissement initial ainsi que les coûts élevés d’opération liés à la consommation énergétique de l’éclairage et des systèmes de contrôle de la température et de l’humidité. Avec l’amélioration de l’efficacité de la technologie DEL, de plus en plus d’études indiquent que l’efficacité énergétique de la production dépend de la stratégie d’éclairage (composition du spectre, intensité et durée d’éclairage). Il est généralement reconnu qu’à énergie égale, les longueurs d’onde du rouge et du bleu sont les plus efficaces pour la photosynthèse des cultures, et donc qu’une combinaison de DEL rouges et bleus fournirait la meilleure efficacité énergétique pour une production. Aucune étude n’avait cependant étudié de manière systématique l’effet du ratio de lumière rouge et bleu sur l’efficacité énergétique de la production.

Dans leur recherche, les auteurs démontrent que les rendements d’une production de laitue augmentent progressivement du ratio R:B = 0,5 à R:B = 3. Le ratio R:B = 4 présente un rendement similaire à R:B = 3, tandis que la lumière blanche du tube fluorescent a un rendement similaire au ratio équivalent en DEL (R:B = 1). En ce qui concerne la matière sèche, le ratio R:B = 3 fournit également les meilleurs rendements, alors que la lumière fluorescente se distingue du ratio DEL équivalent par une masse sèche bien inférieure.

L’efficacité énergétique a été calculée en grammes de matière fraiche par kilowatt-heure. Le ratio R:B = 3 présente un rendement de 90g/kWh, et ce rendement décroit avec la diminution du ratio R:B jusqu’à 60g/kWh pour R:B = 0,5. Bien entendu, le rendement de l’éclairage fluorescent est bien inférieur à celui à DEL, avec un rendement de 35g/kWh.

Propriétés nutritives

En plus d’un rendement plus élevé, le ratio R:B = 3 procure également la plus grande concentration en chlorophylle et la seconde plus forte concentration en flavonoïdes, juste après le ratio R:B = 2. Ces flavonoïdes sont attrayants pour leur qualité nutraceutique et leur apport en composés antioxydants. Plusieurs études ont montré que les flavonoïdes sont produits lors de l’exposition de la plante aux UV ou à une forte intensité de lumière, et qu’un mélange de bleu et rouge performe mieux qu’une lumière intense uniquement rouge.

Absorption des nutriments

Le ratio R:B = 3 a entraîné la plus grande absorption des nutriments N, P, K et Mg de la solution nutritive. En corrélant la quantité de nutriments absorbés de la solution nutritive à la quantité de masse sèche produite, les chercheurs ont montré que cette augmentation n’est que le résultat de la plus grande biomasse générée par le ratio R:B = 3, à l’exception de l’azote dont la concentration dans les feuilles était plus élevée. En revanche, la concentration en calcium était la plus faible dans les feuilles exposées au ratio R:B = 3.

L’efficacité de l’usage de nutriment, soit le nombre de grammes de matière fraiche par milligramme d’un nutriment est inversement proportionnel à la concentration. En comparant cette efficacité avec la masse totale par plant, l’étude démontre que cette efficacité ne dépend pas de changements physiologiques induits par le spectre de la lumière, mais simplement des taux de croissance différents, contrairement à ce qui était cru auparavant.

Consommation des ressources

La consommation d’eau par plant est la plus élevée avec les ratios R:B = 3 et R:B = 4, et elle diminue progressivement avec la réduction du ratio jusqu’à R:B = 1. Toutefois, en prenant en compte la quantité de biomasse produite par plant sous chaque type d’éclairage, c’est le ratio R:B = 3 qui est le plus efficient en matière de consommation d’eau, avec 75g de masse fraiche par litre d’eau consommé.

La productivité par unité de surface, l’une des composantes les plus importantes pour la culture dans un environnement urbain, est également maximisée avec le ratio R:B = 3. Le potentiel d’augmentation des rendements par l’agriculture verticale est souvent estimé entre 10 et 100 fois le rendement de l’agriculture conventionnelle. Les résultats de l’étude montrent que les rendements obtenus avec un ratio R:B = 3 sont de 1555 ou 3110 g/m2 par jour selon qu’il s’agit d’un système vertical à 5 ou 10 étages. En comparaison aux rendements obtenus dans les systèmes de production conventionnels (par exemple 115 g/m2 par jour dans les serres hydroponiques d’Arizona), il s’agit d’une augmentation de 10 à 20 fois de la productivité par unité de surface.

Conclusions de l’étude

Pour conclure, le ratio R:B = 3 permet un rendement maximal par plant de laitue (45g par plant) ainsi que par unité de surface (3110 g/m2 par jour avec une culture sur 10 étages). Ce ratio présente également la meilleure efficacité énergétique (91 g de masse fraiche par kWh), la meilleure consommation d’eau (75 g de masse fraiche par litre) et une concentration maximale en chlorophylle et en flavonoïdes. Enfin, les plants exposés contiennent également le plus grand pourcentage de masse sèche.

L’utilisation d’un ratio R:B de 3 rendrait plus durable la culture en intérieur en réduisant la consommation en eau, en énergie et en superficie de terrain. Pour les mêmes raisons, ce ratio permet une maximisation des rendements et une diminution des coûts, favorisant ainsi la viabilité des projets d’agriculture intérieure.

Source

Pennisi, G. et coll. (2019). Resource use efficiency of indoor lettuce (Lactuca sativa L.) cultivation as affected by red:blue ratio provided by LED lighting. Scientific Reports
https://doi.org/10.1038/s41598-019-50783-z



Citer ce billet
Olivier Chabal-Dragon (2021, 22 novembre). Bien choisir le système d’éclairage d’une ferme en intérieur : production et avantages environnementaux. AgriUrbain. Consulté le 27 mai 2024, à l’adresse https://doi.org/10.58079/auil

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