[Résumé] S’appuyant sur un grand nombre de données expérimentales, cet article aborde plusieurs points importants concernant le choix de la qualité de la lumière dans les serres industrielles, notamment la sélection des sources lumineuses, les effets des lumières rouge, bleue et jaune, ainsi que le choix des gammes spectrales, afin d’apporter un éclairage nouveau sur la qualité de la lumière dans ces environnements. La détermination d’une stratégie d’adaptation propose des solutions pratiques pouvant servir de référence.
Sélection de la source lumineuse

Les serres utilisent généralement des lampes LED. En effet, ces lampes présentent un rendement lumineux élevé, une faible consommation d'énergie, un faible dégagement de chaleur, une longue durée de vie et une intensité et un spectre lumineux ajustables. Elles permettent ainsi de répondre aux exigences de croissance des plantes et d'accumulation de matière, tout en économisant l'énergie, en réduisant la production de chaleur et les coûts d'électricité. Les lampes horticoles LED se divisent en plusieurs catégories : les LED monopuces à large spectre pour usage général, les LED monopuces à large spectre spécifiques aux plantes et les LED multipuces à spectre ajustable. Le prix de ces deux dernières catégories est généralement plus de cinq fois supérieur à celui des LED classiques. Il est donc important de choisir la source lumineuse adaptée à chaque besoin. Dans les grandes serres, les types de plantes cultivées varient en fonction de la demande du marché. Afin de réduire les coûts de construction sans impacter significativement la productivité, l'auteur recommande l'utilisation de LED à large spectre pour l'éclairage général. Pour les petites exploitations végétales, si les types de plantes sont relativement fixes, l'utilisation de puces LED à large spectre, destinées à un éclairage spécifique ou général, permet d'obtenir une productivité et une qualité élevées sans augmenter significativement les coûts de construction. En revanche, pour étudier l'effet de la lumière sur la croissance des plantes et l'accumulation de substances actives, afin de définir la formule lumineuse optimale pour une production à grande échelle, il est possible d'utiliser une combinaison multi-puces de LED à spectre ajustable. Ce système permet de moduler des facteurs tels que l'intensité, le spectre et la durée d'éclairage, et ainsi d'obtenir la formule lumineuse la plus adaptée à chaque plante, jetant ainsi les bases d'une production à grande échelle.

La lumière rouge et bleue

Concernant les résultats expérimentaux spécifiques, lorsque la proportion de lumière rouge (R) est supérieure à celle de lumière bleue (B) (laitue R:B = 6:2 et 7:3 ; épinards R:B = 4:1 ; jeunes plants de courge R:B = 7:3 ; jeunes plants de concombre R:B = 7:3), l'expérience a montré que la biomasse (incluant la hauteur de la partie aérienne, la surface foliaire maximale, le poids frais et le poids sec, etc.) était plus élevée. En revanche, le diamètre de la tige et l'indice de vigueur des plants étaient plus importants lorsque la proportion de lumière bleue était supérieure à celle de lumière rouge. Sur le plan biochimique, une proportion de lumière rouge supérieure à celle de lumière bleue favorise généralement l'augmentation de la teneur en sucres solubles dans les plantes. Toutefois, pour l'accumulation de vitamine C, de protéines solubles, de chlorophylle et de caroténoïdes, il est plus avantageux d'utiliser un éclairage LED à plus forte proportion de lumière bleue que de lumière rouge. Par ailleurs, la teneur en malondialdéhyde est relativement faible dans ces conditions d'éclairage.

L'usine de production végétale étant principalement utilisée pour la culture de légumes-feuilles ou la production industrielle de plants, les résultats précédents permettent de conclure que, pour optimiser le rendement tout en garantissant la qualité, il est préférable d'utiliser des puces LED à dominante rouge (7:3) comme source lumineuse. Ce rapport optimal est de 7:3. De plus, ce ratio convient à la plupart des légumes-feuilles et des plants, sans exigences particulières.

Sélection de la longueur d'onde rouge et bleue

Lors de la photosynthèse, l'énergie lumineuse est principalement absorbée par la chlorophylle a et la chlorophylle b. La figure ci-dessous illustre les spectres d'absorption de ces deux chlorophylles : la courbe verte représente le spectre d'absorption de la chlorophylle a, et la courbe bleue, celui de la chlorophylle b. On observe que la chlorophylle a et la chlorophylle b présentent chacune deux pics d'absorption, l'un dans le domaine du bleu et l'autre dans celui du rouge. Cependant, ces deux pics diffèrent légèrement. Plus précisément, les longueurs d'onde des pics de la chlorophylle a sont respectivement de 430 nm et 662 nm, et celles de la chlorophylle b, de 453 nm et 642 nm. Ces valeurs de longueur d'onde étant constantes d'une plante à l'autre, le choix des longueurs d'onde rouge et bleue de la source lumineuse reste le même quelle que soit l'espèce végétale.

Spectres d'absorption de la chlorophylle a et de la chlorophylle b

Un éclairage LED ordinaire à large spectre peut servir de source lumineuse pour une serre, à condition que la lumière rouge et la lumière bleue couvrent les deux longueurs d'onde optimales de la chlorophylle a et de la chlorophylle b. La plage de longueurs d'onde de la lumière rouge se situe généralement entre 620 et 680 nm, tandis que celle de la lumière bleue s'étend de 400 à 480 nm. Toutefois, un écart trop important entre les longueurs d'onde des lumières rouge et bleue peut entraîner un gaspillage d'énergie lumineuse et avoir d'autres conséquences néfastes.

Si une lampe LED composée de puces rouges, jaunes et bleues est utilisée comme source lumineuse de l'usine de production végétale, la longueur d'onde maximale de la lumière rouge doit être réglée sur la longueur d'onde maximale de la chlorophylle a, c'est-à-dire à 660 nm, et la longueur d'onde maximale de la lumière bleue doit être réglée sur la longueur d'onde maximale de la chlorophylle b, c'est-à-dire à 450 nm.

Le rôle de la lumière jaune et verte

Il est plus approprié que le rapport lumière rouge, verte et bleue soit R:G:B=6:1:3. Quant à la détermination de la longueur d'onde du pic de lumière verte, puisqu'elle joue principalement un rôle régulateur dans le processus de croissance des plantes, elle doit simplement se situer entre 530 et 550 nm.

Résumé

Cet article aborde la stratégie de sélection de la qualité de la lumière dans les serres végétales, d'un point de vue à la fois théorique et pratique. Il traite notamment du choix de la gamme de longueurs d'onde des sources lumineuses rouges et bleues (LED) ainsi que du rôle et du rapport des lumières jaune et verte. Lors de la croissance des plantes, il est essentiel d'optimiser l'intensité, la qualité et la durée d'éclairage, et de prendre en compte leurs interactions avec les nutriments, la température, l'humidité et la concentration en CO₂. En production, que l'on opte pour un éclairage LED à large spectre ou à spectre ajustable multi-puces, le rapport des longueurs d'onde est primordial, car d'autres facteurs, outre la qualité de la lumière, peuvent être ajustés en temps réel. Par conséquent, le choix de la qualité de la lumière est un élément crucial lors de la conception d'une serre végétale.

Auteur : Yong Xu

Source de l'article : compte WeChat de Agricultural Engineering Technology (horticulture sous serre)

Référence : Yong Xu,Stratégie de sélection de la qualité de la lumière dans les usines végétales [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(4): 22-25.