Fraise : quand et comment apporter de la lumière sous serre
Elément indispensable au développement des plantes, la lumière est un paramètre maîtrisable qui permet d’optimiser certaines cultures comme le fraisier. Elle peut être apportée par l’éclairage mais sa source naturelle peut aussi plus simplement être modulée.
Elément indispensable au développement des plantes, la lumière est un paramètre maîtrisable qui permet d’optimiser certaines cultures comme le fraisier. Elle peut être apportée par l’éclairage mais sa source naturelle peut aussi plus simplement être modulée.
La lumière est un des paramètres indispensables aux productions végétales. Essentiellement d’origine naturelle, elle peut devenir un facteur limitant lorsque d’autres éléments, comme l’alimentation hydrique et/ou minérale, le sol, la température… sont optimisés. Le soleil est le premier pourvoyeur de lumière pour les végétaux. Le spectre de l’énergie solaire se répartit en trois catégories de rayonnement selon leur longueur d’ondes (voir encadré).
66 % de la lumière naturelle pour la photosynthèse
« La lumière est un paramètre mesurable. Mais celle reçue par la plante est difficile à estimer », mentionnait François Pascaud, lors des rencontres techniques organisées par Invenio au Vinitech-Sifel. Sa mesure dépend de la source mesurée et toutes les technologies n’utilisent pas le même procédé. Le luxmètre mesure essentiellement la lumière de couleur jaune, entre 500 et 600 nm et donne peu d’information sur la qualité de la lumière utile à la plante. A l’inverse, le pyranomètre est un capteur de flux thermique utilisé pour la mesure de la quantité d’énergie solaire en lumière naturelle, généralement il mesure entre 400 et 900 nm. Ce qui prend en compte une partie de rayonnement infrarouge non utilisable par la plante (de 700 à 900 nm). Les sondes PAR permettent une mesure sur une gamme de longueurs d’ondes plus adaptée (400 à 700 nm) mais surestiment l’énergie lumineuse utile pour la photosynthèse car ils prennent en compte la lumière jaune et verte peu utile pour la photosynthèse. Enfin, le spectrophotomètre permet une mesure de l’intensité lumineuse pour chaque longueur d’ondes entre 380 et 780 nm pour une surface d’interception connue. Il permet d’apporter une mesure précise de la lumière perçue par les plantes mais son coût est prohibitif pour en disposer sur une exploitation. En pratique, on estime que 66 % de l’intensité de la lumière naturelle est pertinente pour la photosynthèse mais l’apport lumineux de LED photosynthétique (composé uniquement de bleu et de rouge) peut être à 93 % pertinent pour la photosynthèse.
Mesurer le rayon d’efficacité des ampoules
« L’éclairage photopériodique est un levier important de l’optimisation culturale de la fraise. Le rôle de l’éclairage photopériodique est de compenser un manque de froid reçu par les plants et donc d’aider à finir la levée de dormance », a expliqué Fanny Thiery, chargée de programme fraise hors-sol d’Invenio. Cette technique permet un meilleur développement végétatif avec l’allongement des pétioles et des hampes florales et l’augmentation de la surface foliaire. L’éclairage se caractérise par un nombre de nuits et un nombre de flashs de 15 minutes qui sont fonction de la conduite de la plante, de la variété, de la dose de froid reçue et du type de plant. Mais, depuis 2014 et l’annonce du retrait progressif des ampoules à incandescence du marché, Invenio a évalué différentes technologies d’ampoules (écohalogène, fluocompacte, LED « blanches », LED horticoles) en remplacement des ampoules incandescentes. Il ressort de ces travaux que des substituts aux ampoules à incandescence existent mais qu’en fonction des itinéraires envisagés, du matériel végétal utilisé et des équipements d’éclairages choisis, les plans d’éclairages doivent être adaptés. Les travaux d’Invenio ont permis d’identifier trois facteurs à considérer selon la technologie d’éclairage mise en œuvre. Il s’agit de la qualité intrinsèque de la lumière émise par les ampoules, de leur efficience énergétique (puissance consommée par rapport à la quantité de lumière émise) et enfin du coût unitaire d’une ampoule (variable d’un facteur 2 à 10 par rapport aux ampoules à incandescence). La situation se complique donc par rapport aux ampoules à incandescence où seule la puissance était le paramètre important et où la règle des 10 w/m² avait fait ses preuves. Partant de ce constat et pour répondre aux interrogations de ses adhérents, Invenio a mis en place en 2018 sur le site de Sainte-Livrade-sur-Lot une méthode pour mesurer le rayon d’efficacité de n’importe quelle ampoule du marché. L’objectif étant d’adapter les plans d’éclairage aux différentes technologies disponibles tout en évaluant le coût de chacune des solutions.
Réduire l’investissement et la consommation
Pour cet essai, un dispositif expérimental a spécialement été conçu pour évaluer, en fonction de la distance à la source lumineuse et en prenant en compte le recouvrement des sources, l’impact sur le développement végétatif et les rendements et l’intensité lumineuse perçue par les plantes (voir encadré). Ces données, une fois mises en relation, permettent de définir un seuil d’intensité lumineuse nécessaire pour obtenir une croissance et un rendement intéressant. Ce dispositif permet donc de définir la densité d’installation de n’importe quel type d’ampoule. Par exemple, dans le cadre de l’essai conduit en 2018, les résultats obtenus suggèrent que la densité d’installation de certaines ampoules pourrait être divisée par deux sans affecter le rendement. Ce résultat se traduit donc directement par une réduction par deux à la fois de l’investissement et de la consommation électrique. « Il faut cependant être patient et vérifier ces observations en conditions de production. Ce sera l’objectif de 2018-2019 », confie l’équipe d’Invenio.
Trois types de rayonnement composent la lumière
La lumière naturelle est divisée en trois types de rayonnement. Les ultraviolets représentent une faible partie de celui-ci dans des longueurs d’ondes comprises entre 300 et 400 nanomètres. Le rayonnement photosynthétiquement actif (RPA, ou PAR de l’anglais photosynthetically active radiation) est un rayonnement dont les longueurs d’ondes s’étendent de 400 à 700 nanomètres. Les plantes utilisent principalement la lumière comprise dans cette « fenêtre » pour leur photosynthèse. Il s’agit également de la part de la lumière visible par l’œil humain. Enfin, le rayonnement infrarouge s’étale d’une longueur d’onde de 700 à 2 500 nanomètres avec certaines fluctuations d’intensité.
Chaque ampoule émet un spectre lumineux différent
Les ampoules à Incandescence/Ecohalogène
Un filament de tungstène est porté à incandescence dans un milieu sans oxygène. Le bulbe est rempli d’un gaz noble : argon ou krypton pour les ampoules à incandescence, gaz halogène pour les écohalogènes. La majorité de la lumière émise est représentée par des rayons infrarouges, et une faible partie concerne le PAR.
Les ampoules fluocompactes
Le courant permet d’émettre des UV à partir du mercure et ces UV permettent la production de lumière blanche à partir d’une couche fluorescente tapissant la paroi de l’ampoule. Une légère partie du rayonnement émis est utile à la plante.
Les ampoules LED
Le semi-conducteur de la LED (Diode électroluminescente) lorsqu’il est soumis à un courant émet de lumière dans une couleur donnée. Une multitude d’alliages pour le semi-conducteur est disponible et permet la production de LED émettant dans des longueurs d’ondes spécifiques. Une fois assemblées, ces LED permettent dans la majorité des cas d’adapter la qualité de la lumière aux besoins exacts de la plante.
L’ampoule à la bonne distance
La distance de la source de lumière influence directement l’effet attendu de l’apport d’éclairage et conditionne le maillage d’ampoules. Dans un demi-compartiment de la serre verre de Sainte-Livrade-sur-Lot, sur une plantation de Gariguette de mi-octobre sans froid, les expérimentateurs d’Invenio ont mesuré le développement des plants et la production en fonction de la distance par rapport aux ampoules. Les ampoules utilisées sont des LED Philips DR/W/FR (rouge/blanc/rouge lointain). En 2017 sur un essai de comparaison d’ampoules, ces LED ont été les plus efficaces sur une plantation d’octobre sans froid pour maintenir une croissance végétative constante. L’éclairage est mis en route dès la plantation et de façon continue de 18h à 6h. Pour évaluer le rayon d’efficacité de l’ampoule, différents points de mesures sont suivis en fonction de différentes distances par rapport à l’ampoule. Quatre distances variant de 3,30 m à 5,70 m (notées 1 à 4) ont été comparées à un témoin (écartement 2,50 m). Sept semaines après plantation, des différences de longueur de pétiole sont déjà visibles. « Cette observation est confirmée et significative trois mois après plantation. Il existe un gradient de développement végétatif proportionnel à la distance de l’ampoule », mentionne le compte-rendu. Trois groupes se distinguent. Le témoin exprime une longueur de pétiole et une surface foliaire supérieures. Les plants des distances 1 et 2 présentent un développement végétatif inférieur au témoin mais malgré tout satisfaisant. Et enfin, les distances 3 et 4, avec un important impact de l’éloignement, montrent un développement végétatif insuffisant. « Plus les plants sont éloignés de l’ampoule, plus le développement végétatif est réduit. Toutes les distances ont un développement végétatif inférieur au témoin mais il y a des distances à la source lumineuse qui paraissent incompatibles avec le développement correct du fraisier », résume le document. Cette observation se retrouve également sur la production. Les plants les moins développés ont eu une perte significative de rendement de 35 %, précise le compte-rendu. En revanche, la distance permettant un recoupement de deux ampoules a un rendement équivalent au témoin.
