Source originale : Houcheng Liu. État du développement et tendances de l'industrie de l'éclairage LED pour plantes [J].Journal of Illumination Engineering, 2018, 29(04):8-9.
Source de l'article : Material Once Deep

La lumière est un facteur environnemental fondamental pour la croissance et le développement des plantes. Elle leur fournit l'énergie nécessaire à leur croissance grâce à la photosynthèse et joue un rôle essentiel dans la régulation de leur développement. L'éclairage artificiel, qu'il soit d'appoint ou complet, favorise la croissance des plantes, augmente les rendements, améliore la forme et la couleur des produits, renforce leurs propriétés fonctionnelles et réduit l'apparition de maladies et de ravageurs. Aujourd'hui, je vais vous présenter l'état actuel et les tendances de l'industrie de l'éclairage horticole.
La technologie des sources de lumière artificielle est de plus en plus utilisée dans le domaine de l'éclairage horticole. Les LED présentent de nombreux avantages, tels qu'un rendement lumineux élevé, un faible dégagement de chaleur, une taille réduite et une longue durée de vie. Elles offrent des avantages indéniables pour l'éclairage de croissance. L'industrie de l'éclairage horticole adoptera progressivement les luminaires LED pour la culture des plantes.

A. État de développement de l'industrie de l'éclairage horticole LED 

1. Kit LED pour éclairage horticole

Dans le domaine de l'encapsulation des LED pour l'éclairage horticole, il existe de nombreux types de dispositifs d'encapsulation, sans système de normes de mesure et d'évaluation unifié. Par conséquent, comparativement aux produits nationaux, les fabricants étrangers privilégient les technologies haute puissance, COB et modulaires, en tenant compte de la lumière blanche et des caractéristiques de croissance des plantes, ainsi que des besoins spécifiques liés à l'environnement lumineux. Ils présentent ainsi des avantages techniques supérieurs en termes de fiabilité, d'efficacité lumineuse et de rayonnement photosynthétique, adaptés aux différentes plantes et à leurs cycles de croissance. Leur gamme comprend des produits de différentes puissances, tailles et dimensions, répondant aux besoins d'une grande variété de plantes dans divers environnements, avec pour objectif d'optimiser leur croissance et de réaliser des économies d'énergie.

Un grand nombre de brevets fondamentaux pour les plaquettes épitaxiales de puces restent la propriété d'entreprises pionnières telles que la japonaise Nichia et l'américaine Career. Les fabricants de puces nationaux manquent encore de produits brevetés compétitifs sur le marché. Parallèlement, de nombreuses entreprises développent de nouvelles technologies dans le domaine du conditionnement des puces pour l'éclairage horticole. Par exemple, la technologie de puces en couches minces d'Osram permet de regrouper les puces de manière très compacte afin de créer une large surface d'éclairage. Grâce à cette technologie, un système d'éclairage LED haute efficacité d'une longueur d'onde de 660 nm peut réduire de 40 % la consommation d'énergie dans les zones de culture.

2. Spectre et dispositifs d'éclairage horticole
Le spectre lumineux nécessaire à l'éclairage des plantes est complexe et diversifié. Les besoins spectral varient considérablement d'une plante à l'autre, selon son cycle de croissance et son environnement. Pour répondre à ces besoins spécifiques, l'industrie propose actuellement les solutions suivantes : ① Combinaison de plusieurs spectres monochromatiques. Les trois spectres les plus efficaces pour la photosynthèse sont principalement ceux présentant des pics à 450 nm et 660 nm, la bande à 730 nm pour induire la floraison, ainsi que la lumière verte à 525 nm et la bande ultraviolette inférieure à 380 nm. Ces spectres sont combinés en fonction des besoins spécifiques des plantes afin d'obtenir le spectre le plus adapté. ② Spectre complet pour couvrir l'ensemble des besoins des plantes. Ce type de spectre, associé à la puce SUNLIKE de Seoul Semiconductor et Samsung, n'est peut-être pas le plus performant, mais il convient à toutes les plantes et son coût est bien inférieur à celui des solutions de combinaison de spectres monochromatiques. ③ Utiliser la lumière blanche à spectre complet comme source principale, complétée par une lumière rouge de 660 nm, afin d'améliorer l'efficacité du spectre. Cette solution est plus économique et pratique.

Les dispositifs d'encapsulation pour l'éclairage horticole monochromatique (longueurs d'onde principales : 450 nm, 660 nm et 730 nm) sont proposés par de nombreuses entreprises nationales et internationales. Si les produits nationaux offrent une plus grande diversité et spécifications, ceux des fabricants étrangers sont davantage standardisés. Par ailleurs, en termes de flux de photons photosynthétiques et d'efficacité lumineuse, un écart important subsiste entre les fabricants nationaux et internationaux. Concernant les dispositifs d'encapsulation pour l'éclairage horticole monochromatique, outre les produits fonctionnant sur les longueurs d'onde principales de 450 nm, 660 nm et 730 nm, de nombreux fabricants développent également de nouveaux produits dans d'autres bandes de longueurs d'onde afin de couvrir l'ensemble du spectre du rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) (450-730 nm).

Les lampes horticoles LED monochromatiques ne conviennent pas à toutes les plantes. C'est pourquoi les avantages des LED à spectre complet sont mis en avant. Un spectre complet doit couvrir l'intégralité du spectre de la lumière visible (400-700 nm) et optimiser les performances de deux bandes : la lumière bleu-vert (470-510 nm) et la lumière rouge profond (660-700 nm). L'utilisation de LED bleues ou ultraviolettes classiques avec des phosphores permet d'obtenir un spectre complet, avec une efficacité photosynthétique variable. La plupart des fabricants de dispositifs d'éclairage horticole à LED blanches utilisent des puces bleues et des phosphores pour obtenir un spectre complet. Outre les dispositifs monochromatiques et les puces bleues ou ultraviolettes avec phosphores pour produire de la lumière blanche, il existe également des dispositifs d'éclairage horticole composites utilisant des puces de deux longueurs d'onde ou plus, comme les LED RVB (rouge-bleu-ultraviolet) et RGBW (RGB). Ce type de dispositif offre des avantages considérables en matière de variation d'intensité.

En matière de LED à longueur d'onde étroite, la plupart des fournisseurs d'emballages proposent des produits couvrant différentes longueurs d'onde dans la bande 365-740 nm. Concernant l'éclairage horticole à spectre converti par des phosphores, la plupart des fabricants d'emballages offrent un large choix de spectres. Par rapport à 2016, le taux de croissance des ventes a fortement progressé en 2017. Parmi ces produits, la croissance des LED 660 nm se situe entre 20 % et 50 %, tandis que celle des LED horticoles à conversion par phosphore atteint 50 % à 200 %, ce qui indique une croissance plus rapide des ventes de ces dernières.

Toutes les entreprises d'emballage proposent des produits d'éclairage d'emballage courants de 0,2 à 0,9 W et de 1 à 3 W. Ces sources lumineuses offrent aux fabricants d'éclairage une grande flexibilité dans la conception de leurs solutions. Certains fabricants proposent également des produits d'emballage intégrés de puissance supérieure. Actuellement, plus de 80 % des livraisons de la plupart des fabricants concernent des produits de 0,2 à 0,9 W ou de 1 à 3 W. Les livraisons des principaux fabricants internationaux d'emballage se concentrent sur les produits de 1 à 3 W, tandis que celles des PME se concentrent sur les produits de 0,2 à 0,9 W.

3. Domaines d'application de l'éclairage horticole

Du point de vue des applications, les luminaires pour la croissance des plantes sont principalement utilisés dans l'éclairage des serres, les usines de production végétale entièrement artificielles, la culture de tissus végétaux, l'éclairage des champs agricoles en plein air, la plantation de légumes et de fleurs dans les jardins et la recherche en laboratoire.

① Dans les serres solaires et les serres à travées multiples, la part de lumière artificielle en éclairage d'appoint reste faible, les lampes aux halogénures métalliques et les lampes à sodium haute pression étant les principales. Le taux de pénétration des systèmes d'éclairage horticole LED est encore relativement bas, mais sa croissance s'accélère avec la baisse des coûts. Ceci s'explique principalement par la longue expérience des utilisateurs avec les lampes aux halogénures métalliques et les lampes à sodium haute pression, qui permettent de fournir environ 6 à 8 % de l'énergie thermique nécessaire à la serre sans risque de brûlure pour les plantes. Le manque de documentation et de données techniques précises et efficaces concernant les systèmes d'éclairage horticole LED a retardé leur application dans les serres à lumière naturelle et les serres à travées multiples. Actuellement, les applications de démonstration à petite échelle restent prédominantes. Les LED étant une source de lumière froide, elles peuvent être placées relativement près du feuillage, limitant ainsi leur impact sur la température. Dans les serres à lumière naturelle et les serres à travées multiples, l'éclairage horticole LED est surtout utilisé pour la culture intercalaire.

② Application en plein champ. La pénétration et l'application de l'éclairage horticole en agriculture sous serre ont été relativement lentes, tandis que l'application de systèmes d'éclairage horticole LED (contrôle de la photopériode) pour les cultures de plein champ à longue durée de vie et à forte valeur économique (comme le fruit du dragon) a connu un développement rapide.

2. Usines de culture. Actuellement, le système d'éclairage horticole le plus rapide et le plus répandu est l'usine de culture entièrement artificielle, qui se divise en deux catégories : les usines centralisées multicouches et les usines mobiles distribuées. Le développement des usines de culture sous éclairage artificiel en Chine est très rapide. Les principaux investisseurs des usines centralisées multicouches ne sont pas les entreprises agricoles traditionnelles, mais plutôt des sociétés spécialisées dans les semi-conducteurs et l'électronique grand public, telles que Zhongke San'an, Foxconn, Panasonic Suzhou, Jingdong, ainsi que COFCO et Xi Cui, et d'autres entreprises agroalimentaires modernes. Dans les usines mobiles et distribuées, les conteneurs maritimes (neufs ou réaménagés) servent encore de supports standard. Les systèmes d'éclairage de ces usines utilisent principalement des rampes linéaires ou des panneaux plats, et le nombre de variétés cultivées ne cesse d'augmenter. Diverses sources lumineuses LED, dont la formule d'éclairage est encore expérimentale, sont de plus en plus utilisées. Les produits commercialisés sont principalement des légumes-feuilles.

④ Culture de plantes d'intérieur. Les LED peuvent être utilisées dans les lampes de table pour plantes d'intérieur, les supports de plantation, les machines de culture de légumes, etc.

⑤ Culture de plantes médicinales. La culture de plantes médicinales concerne des espèces comme l'Anoectochilus et le Lithospermum. Les produits issus de ces marchés ont une valeur économique plus élevée et constituent actuellement un secteur d'activité où l'éclairage horticole est de plus en plus utilisé. Par ailleurs, la légalisation de la culture du cannabis en Amérique du Nord et dans certaines régions d'Europe a favorisé l'utilisation de l'éclairage horticole LED dans ce domaine.

⑥ Lampes d'éclairage pour la floraison. Outil indispensable pour ajuster la floraison des fleurs en horticulture, les premières lampes d'éclairage pour la floraison utilisaient des lampes à incandescence, puis des lampes fluorescentes à économie d'énergie. Avec l'essor de la technologie LED, les luminaires d'éclairage pour la floraison à LED ont progressivement remplacé les lampes traditionnelles.

⑦ Culture de tissus végétaux. Les sources lumineuses traditionnelles pour la culture de tissus végétaux sont principalement des lampes fluorescentes blanches, qui présentent un faible rendement lumineux et un fort dégagement de chaleur. Les LED sont plus adaptées à une culture de tissus végétaux efficace, contrôlable et compacte grâce à leurs caractéristiques exceptionnelles telles qu'une faible consommation d'énergie, un faible dégagement de chaleur et une longue durée de vie. Actuellement, les tubes LED blancs remplacent progressivement les lampes fluorescentes blanches.

4. Répartition régionale des entreprises d'éclairage horticole

D'après les statistiques, mon pays compte actuellement plus de 300 entreprises spécialisées dans l'éclairage horticole. Celles situées dans le delta de la rivière des Perles représentent plus de 50 % de ce total et occupent une position prépondérante. Le delta du Yangtsé, quant à lui, représente environ 30 % de ces entreprises et constitue une zone de production importante pour les lampes horticoles. Les fabricants de lampes horticoles traditionnelles sont principalement implantés dans le delta du Yangtsé, le delta de la rivière des Perles et la région de Bohai. Le delta du Yangtsé représente à lui seul 53 % de ces entreprises, tandis que le delta de la rivière des Perles et la région de Bohai en représentent respectivement 24 % et 22 %. Les principaux sites de production des fabricants de lampes horticoles LED sont le delta de la rivière des Perles (62 %), le delta du Yangtsé (20 %) et la région de Bohai (12 %).

B. Tendances de développement de l'industrie de l'éclairage horticole LED

1. Spécialisation

L'éclairage horticole LED se caractérise par un spectre et une intensité lumineuse ajustables, une faible production de chaleur et une excellente étanchéité, ce qui le rend adapté à l'éclairage horticole dans divers contextes. Parallèlement, les changements environnementaux et la recherche de la qualité alimentaire ont favorisé le développement rapide de l'agriculture sous serre et des usines de culture, propulsant ainsi le secteur de l'éclairage horticole LED dans une phase de croissance fulgurante. À l'avenir, cet éclairage jouera un rôle essentiel dans l'amélioration de l'efficacité de la production agricole, la sécurité alimentaire et la qualité des fruits et légumes. Avec la spécialisation progressive du secteur, les sources lumineuses LED pour l'éclairage horticole continueront d'évoluer et de se spécialiser.

2. Haute efficacité

L'amélioration de l'efficacité lumineuse et énergétique est essentielle pour réduire considérablement les coûts d'exploitation de l'éclairage des cultures. Le remplacement des lampes traditionnelles par des LED et l'optimisation dynamique de l'environnement lumineux en fonction des besoins spécifiques des plantes, de la levée à la récolte, constituent des tendances incontournables de l'agriculture de précision. Pour améliorer le rendement, il est possible de pratiquer la culture par étapes et par zones, en combinant un éclairage adapté aux caractéristiques de développement des plantes, afin d'optimiser la production et le rendement à chaque stade. Quant à l'amélioration de la qualité, la régulation de la nutrition et de la lumière permet d'accroître la teneur en nutriments et autres composés fonctionnels bénéfiques pour la santé.

Selon les estimations, la demande nationale actuelle de plants de légumes s'élève à 680 milliards, tandis que la capacité de production des usines de plants représente moins de 10 %. Le secteur des plants est soumis à des exigences environnementales élevées. La saison de production se situe principalement en hiver et au printemps. La lumière naturelle étant faible, un éclairage artificiel d'appoint est nécessaire. L'éclairage horticole présente un rapport rendement/efficacité élevé et une bonne tolérance aux variations de luminosité. Les LED offrent des avantages uniques, car les fruits et légumes (tomates, concombres, melons, etc.) nécessitent un greffage, et le spectre lumineux spécifique d'un éclairage d'appoint en conditions d'humidité élevée favorise la cicatrisation des plants greffés. L'éclairage d'appoint pour la culture de légumes en serre permet de compenser le manque de lumière naturelle, d'améliorer l'efficacité photosynthétique des plantes, de favoriser la floraison et la fructification, d'accroître les rendements et d'améliorer la qualité des produits. L'éclairage horticole LED offre de larges perspectives d'application pour la production de plants de légumes et la production en serre.

3. Intelligent

L'éclairage horticole exige un contrôle en temps réel de la qualité et de l'intensité lumineuses. Grâce aux progrès des technologies de contrôle intelligent et à l'essor de l'Internet des objets, divers spectres monochromatiques et systèmes de contrôle intelligents permettent désormais une gestion temporelle et lumineuse adaptée au stade de croissance des plantes. L'ajustement en temps réel de la qualité et de l'intensité lumineuses deviendra sans aucun doute la tendance majeure du développement futur de cette technologie.