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Article

1 - CONTEXTE

2 - LUMIÈRE ET PLANTES

3 - INFLUENCE DE L’ENVIRONNEMENT LUMINEUX SUR LE DÉVELOPPEMENT DES PLANTES

4 - DOMAINES D'APPLICATION DE LA LUMIÈRE ARTIFICIELLE EN HORTICULTURE

5 - APPORT DE LA TECHNOLOGIE LED EN HORTICULTURE

6 - PERSPECTIVES ET ÉVOLUTIONS

7 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : IN245 v1

Contexte
Lumière en horticulture : l’ère des LED

Auteur(s) : David BUSO

Date de publication : 10 sept. 2022

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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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Auteur(s)

  • 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 :

  • Pôles de compétitivité : Végépolys Valley

  • Centres de compétence : Société française de Photobiologie

  • Industriels : Agricool, Cycloponics

Autres acteurs dans le monde : Infarm, Bowery farming, Swegreen, Aerofarms

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-in245


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1. Contexte

Le marché de la production alimentaire est plus que jamais sous pression avec des prix qui ne cessent de croître. À cette tendance de fond haussière qui semble inéluctable compte tenu de l’augmentation de population, de facteurs climatiques toujours plus aléatoires et d'une diminution constante de surface de terres arables, se rajoutent des hausses sporadiques liées aux différentes crises quelle qu’en soit leur nature. Celle du coronavirus a par exemple incité les consommateurs à faire des réserves pour assurer leur propre sécurité alimentaire, a désorganisé le transport mondial et occasionné des ruptures de production faisant ainsi bondir l’indice des prix de la nourriture à des valeurs record.

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. Il est donc crucial de trouver des moyens de produire des denrées alimentaires de manière efficace, durable et sûre pour nourrir les générations à venir.

Une seule et unique solution pour atteindre cet objectif est illusoire. La réponse à cette problématique passera par la mise en place d’une multiplicité de solutions adaptées. Parmi ces solutions, la culture en intérieur, encore appelée « culture en environnement contrôlé », est amenée à se développer pour complémenter la production traditionnelle en extérieur. Elle présente en effet de nombreux avantages et peut prendre diverses formes. Elle permet de favoriser la consommation alimentaire en circuits courts et donc de limiter les coûts et la pollution liés au transport tout en contrôlant finement les apports d’intrants (i.e lumière, CO2, eau, température et humidité). De plus, ce mode de production est opérationnel tout au long de l’année quelles que soient les conditions climatiques extérieures, ce qui permet d’augmenter drastiquement le taux de production annuel et permet également de limiter voire d’éliminer en totalité l’ajout...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (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).

  • (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).

  • (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).

  • (4) - DOU (H.), NIU (G.) -   Plant responses to light.  -  In : Plant Factory, B.m., Elsevier, p. 153-166 (2020).

  • (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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