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RÉSUMÉ
L’humanité doit faire face à deux défis majeurs : l’augmentation de la demande en énergie et en nourriture d’une part et le changement climatique d’autre part. Au rythme actuel de la demande alimentaire, il est estimé que le taux de production à l’hectare devrait être augmenté de 50 % à l’horizon 2050 pour assurer notre sécurité alimentaire. Parmi les solutions envisagées, la culture en intérieur est une sérieuse alternative aux modes de cultures traditionnels en extérieur. Dans ce mode de culture, l’éclairage peut représenter à lui seul jusqu’à 80 % de la consommation électrique. Cet article fait le point sur l’éclairage horticole avec un focus sur l’apport de la technologie LED dans ce domaine.
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David BUSO : Enseignant-chercheur - Laboratoire LAPLACE, université Paul Sabatier, Toulouse, France
INTRODUCTION
L’humanité fait face à deux défis majeurs : l’augmentation de la demande en énergie et en nourriture d’une part et le changement climatique d’autre part. Avec l’augmentation de la population mondiale, ces deux enjeux de société semblent définitivement irréconciliables.
Au rythme actuel de la demande alimentaire, le taux de production à l’hectare devrait être augmenté de 50 % à l’horizon 2050 pour assurer notre sécurité alimentaire.
Parmi les solutions envisagées pour atteindre cet objectif, la culture en intérieur, quelles qu’en soient ses formes, est amenée à se développer pour complémenter les modes de culture traditionnels en extérieur.
La lumière joue un rôle majeur dans le développement des plantes, et une attention toute particulière doit y être portée dans le domaine de l’horticulture intérieure. Cet article fait le point sur l’impact de l’environnement lumineux sur la croissance des plantes en abordant ce thème d’un point de vue théorique, applicatif et technologique.
Ainsi dans un premier temps, la photobiologie des plantes est abordée. Ensuite, les différentes applications de la lumière artificielle que cela soit en phase de culture ou postculture sont examinées. Dans une troisième partie, l’apport des diodes électroluminescentes dans ce domaine est discuté. Enfin, une conclusion souligne que, grâce à l’apport technologique des LED dans le domaine, la lumière a plus d’un tour dans son sac et peut être utilisée dans des applications qui vont bien au-delà du « simple » éclairage efficace des cultures.
Points clés
Domaine : Photobiologie
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Diodes électroluminescentes
Domaines d'application : Horticulture intérieure
Principaux acteurs français :
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Pôles de compétitivité : Végépolys Valley
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Centres de compétence : Société française de Photobiologie
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Industriels : Agricool, Cycloponics
Autres acteurs dans le monde : Infarm, Bowery farming, Swegreen, Aerofarms
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Influence de l’environnement lumineux sur le développement des plantes
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2. Lumière et plantes
Les plantes utilisent l’énergie lumineuse pour se chauffer, pour réaliser la photosynthèse, mais également comme un signal de synchronisation qui permet de déclencher certains processus physiologiques (photomorphogénèse) comme la floraison, le développement du feuillage ou des tiges ou encore la germination.
D’un point de vue physiologique, ce sont des protéines photosensibles appelées « photorécepteurs » qui assurent les fonctions de photosynthèse et de photomorphogénèse. Ils sont de deux types : les pigments photosynthétiques qui ont pour rôle de capter l’énergie lumineuse pour réaliser la photosynthèse, et les récepteurs photosensoriels qui déclenchent la photomorphogénèse.
2.1 Pigments photosynthétiques
Les pigments photosynthétiques assurent deux fonctions : les pigments actifs permettent la conversion d’énergie lumineuse en énergie chimique et les pigments accessoires, encore appelés « pigments secondaires », transfèrent l’énergie qu’ils reçoivent vers les pigments actifs. Les pigments accessoires ne peuvent pas réaliser de conversion directe d’énergie mais permettent d’optimiser le processus de photosynthèse en élargissant le spectre d’absorption des plantes.
Les trois principaux types de pigments photosynthétiques dont le spectre d’absorption est présenté sur la figure 1 sont la chlorophylle, les caroténoïdes et les phycobilines.
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Chlorophylles (Chl)
Ce sont les pigments photosynthétiques les plus abondants sur Terre. Il sont de couleur verte et se décomposent en cinq types suivant leurs structures chimiques (Chl-a, b, c, d et f découverte en 2010). Les chlorophylles a et b que l’on retrouve avec un ratio d’environ trois pour un sont les plus abondantes. Seule la chlorophylle a est un pigment actif, les autres types étant des pigments secondaires.
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Caroténoïdes
Ces pigments accessoires de couleur jaune-orange absorbent les longueurs d’onde qui ne sont pas absorbées par les chlorophylles et leur transfèrent par la suite l’énergie issue de ces photons incidents. Ils sont de deux types : les carotènes (α, β, γ) et les xanthophylles. En plus de collecter la lumière, ils jouent également un rôle protecteur en récupérant...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MURCHIE (E.H.), PINTO (M.), HORTON (P.) - Agriculture and the new challenges for photosynthesis research. - New Phytologist., vol. 181, n° 3, p. 532-552 (2009).
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(2) - STELLA (L.), TENG (P.) - High-tech plant factories : challenges and way forward. - Way Forward, S. Rajaratnam, School of International Studies, p. 11-17 (2017).
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(3) - KOZAI (T.), NIU (G.), TAKAGAKI (M.), eds - Plant factory : an indoor vertical farming system for efficient quality food production. - 2nd ed. Cambridge, Elsevier (2019).
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(4) - DOU (H.), NIU (G.) - Plant responses to light. - In : Plant Factory, B.m., Elsevier, p. 153-166 (2020).
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(5) - BORTHWICK (H.A.), HENDRICKS (S.B.), PARKER (M.W.) et al - A Reversible Photoreaction Controlling Seed Germination. - Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 38, n° 8, p. 662-666 (1952).
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