[Résumé] Actuellement, les dispositifs de jardinage domestique adoptent généralement une conception intégrée, ce qui rend leur déplacement, leur chargement et leur déchargement fastidieux. Compte tenu des caractéristiques de l'espace de vie des citadins et de l'objectif de la production végétale familiale, cet article propose un nouveau type de dispositif de jardinage domestique préfabriqué. Ce dispositif se compose de quatre parties : un système de support, un système de culture, un système d'arrosage et de fertilisation, et un système d'éclairage (principalement des lampes horticoles LED). Il présente un faible encombrement, une utilisation optimale de l'espace, une structure innovante, un montage et un démontage faciles, un faible coût et une grande praticité. Il peut répondre aux besoins des citadins en matière de culture de laitue, de céleri, de légumes à croissance rapide, de chou nourrissant et de bégonia fimbristipula. Après quelques modifications, il peut également servir à la recherche expérimentale en biologie végétale.

Conception générale des équipements de culture

Principes de conception

Ce dispositif de culture préfabriqué est principalement destiné aux citadins. L'équipe a étudié en détail les caractéristiques de leur espace de vie. La surface est réduite et l'utilisation de l'espace optimisée ; la structure est innovante et esthétique ; le montage et le démontage sont aisés, l'apprentissage est simple et intuitif ; le coût est faible et la praticité est grande. Ces quatre principes ont guidé l'ensemble du processus de conception, avec pour objectif ultime une intégration harmonieuse dans l'environnement domestique, une structure élégante et discrète, et une utilisation économique et pratique.

Matériaux à utiliser

La structure de support, un rayonnage multicouche du commerce, mesure 1,5 m de long, 0,6 m de large et 2 m de haut. Fabriquée en acier traité antirouille par pulvérisation, elle est fixée à ses quatre coins par des roulettes pivotantes avec freins. Chaque niveau est renforcé par une plaque nervurée en acier de 2 mm d'épaisseur, également traitée antirouille par pulvérisation plastique. Le bac de culture est un tube carré hydroponique en PVC à bouchon ouvert, de 10 cm × 10 cm. Il est en PVC rigide de 2,4 mm d'épaisseur. Les trous de culture ont un diamètre de 5 cm et sont espacés de 10 cm. Le réservoir de solution nutritive ou d'eau est un caisson en plastique de 7 mm d'épaisseur, mesurant 120 cm de long, 50 cm de large et 28 cm de haut.

Conception de la structure du dispositif de culture

Conformément au plan de conception global, le dispositif de culture familial préfabriqué se compose de quatre parties : un système de support, un système de culture, un système d’irrigation et de fertilisation, et un système d’éclairage d’appoint (principalement des lampes horticoles LED). La répartition des éléments au sein du système est illustrée à la figure 1.

La figure 1 montre la distribution dans le système.

Conception du système de support

Le système de support du dispositif de culture familial préfabriqué se compose d'un poteau vertical, d'une poutre et d'une plaque de renfort. Le poteau et la poutre s'emboîtent grâce à un système de fixation à œillet, facilitant ainsi le montage et le démontage. La poutre est équipée d'une plaque de renfort nervurée. Les quatre coins du cadre de culture sont équipés de roues universelles avec freins, soudées à la structure, afin d'accroître la mobilité du dispositif.

Conception du système de culture

Le bac de culture est un tube carré hydroponique de 10 cm × 10 cm avec un couvercle ouvert, facile à nettoyer. Il peut être utilisé pour la culture en solution nutritive, en substrat ou en terre. Pour la culture en solution nutritive, le panier de plantation est placé dans l'orifice prévu à cet effet et les jeunes plants sont maintenus en place par une éponge adaptée. Pour la culture en substrat ou en terre, une éponge ou une gaze est insérée dans les orifices de raccordement aux deux extrémités du bac afin d'éviter l'obstruction du système de drainage. Les deux extrémités du bac sont reliées au système de circulation par un tuyau en caoutchouc de 30 mm de diamètre intérieur, ce qui évite les problèmes de solidification structurelle liés au collage par colle PVC, qui peuvent entraver la circulation de l'eau.

Conception du système de circulation d'eau et d'engrais

Pour la culture en solution nutritive, utilisez une pompe réglable pour alimenter le réservoir supérieur. Le sens d'écoulement est contrôlé par le bouchon interne du tuyau en PVC. Afin d'assurer une répartition homogène de la solution nutritive, l'écoulement dans les réservoirs de même niveau suit un schéma unidirectionnel en forme de « S ». Pour favoriser l'oxygénation de la solution, un espace est prévu entre la sortie d'eau du réservoir inférieur et le niveau de liquide. Pour la culture en substrat ou en terre, le réservoir est placé dans le réservoir supérieur et l'arrosage et la fertilisation sont assurés par un système d'irrigation goutte à goutte. Le tuyau principal est en PE noir de 32 mm de diamètre et de 2 mm d'épaisseur, tandis que les tuyaux secondaires sont en PE noir de 16 mm de diamètre et de 1,2 mm d'épaisseur. Chaque tuyau secondaire est équipé d'une vanne de régulation individuelle. Le système de goutte-à-goutte utilise un goutteur à flèche droite compensé en pression, deux par trou, inséré dans la racine du plant dans le trou de culture. L'excès d'eau est récupéré par le système de drainage, filtré et réutilisé.

Système de supplémentation lumineuse

Lorsqu'on utilise ce dispositif de culture sur un balcon, la lumière naturelle suffit, ou presque, sans éclairage d'appoint. En revanche, pour une culture en intérieur, un éclairage d'appoint est nécessaire. Le luminaire est une lampe horticole LED de 1,2 m de long, dont la durée d'éclairage est contrôlée par une minuterie automatique. La durée d'éclairage est réglée sur 14 heures, avec 10 heures sans éclairage d'appoint. Chaque niveau comporte 4 lampes LED, installées à sa base. Les quatre lampes d'un même niveau sont connectées en série, et les niveaux suivants en parallèle. Selon les besoins lumineux des différentes plantes, on peut choisir des LED à spectre différent.

Assemblage de l'appareil

Le dispositif de culture domestique préfabriqué est de structure simple (Figure 2) et son assemblage est aisé. Dans un premier temps, après avoir déterminé la hauteur de chaque étage en fonction de la hauteur des cultures, insérez la traverse dans l'orifice prévu à cet effet sur le montant vertical afin de constituer la structure. Dans un second temps, fixez le tube de croissance LED sur la nervure de renfort située à l'arrière de l'étage, puis placez ce dernier dans la gouttière intérieure de la traverse du cadre de culture. Dans un troisième temps, raccordez la gouttière de culture au système de circulation d'eau et d'engrais à l'aide d'un tuyau en caoutchouc. Dans un quatrième temps, installez le tube LED, réglez la minuterie automatique et placez le réservoir d'eau. Enfin, lors de la mise au point du système, remplissez le réservoir d'eau, réglez la hauteur de refoulement et le débit de la pompe, vérifiez l'étanchéité du système de circulation d'eau et d'engrais ainsi que du raccordement du réservoir de culture, puis mettez le système sous tension et vérifiez le raccordement des LED et le bon fonctionnement de la minuterie automatique.

Figure 2, conception générale du dispositif de culture préfabriqué

Application et évaluation

Application de culture

En 2019, le dispositif a été utilisé pour la culture en intérieur à petite échelle de légumes tels que la laitue, le chou chinois et le céleri (Figure 3). En 2020, en s'appuyant sur l'expérience acquise lors des cultures précédentes, l'équipe du projet a mis au point une technique de culture sur substrat organique pour les légumes homologues utilisés en alimentation et en médecine, ainsi qu'une technique de culture en solution nutritive pour le bégonia fimbristipula Hance, enrichissant ainsi les exemples d'application domestique du dispositif. Au cours des deux dernières années de culture et d'utilisation, la laitue et les légumes à cycle court ont pu être récoltés 25 jours après leur mise en culture à une température intérieure de 20 à 25 °C ; le céleri nécessite 35 à 40 jours de culture ; le bégonia fimbristipula Hance et le chou chinois sont des plantes vivaces qui peuvent être récoltées plusieurs fois ; les 10 premiers centimètres de tiges et les feuilles du bégonia fimbristipula peuvent être récoltés en 35 jours environ, et les jeunes tiges et feuilles du chou en 45 jours environ. Lors de la récolte, le rendement de la laitue et du chou chinois est de 100 à 150 g par plant ; celui du céleri blanc et du céleri rouge est de 100 à 120 g par plant ; le rendement du Begonia fimbristipula Hance lors de la première récolte est faible, de 20 à 30 g par plant, mais grâce à la germination continue des branches latérales, il est possible de le récolter une seconde fois, à un intervalle d’environ 15 jours, avec des rendements de 60 à 80 g par plant ; le rendement du tofu nourrissant est de 50 à 80 g, récolté une fois tous les 25 jours, et peut être récolté en continu.

Figure 3, Application de production du dispositif de culture préfabriqué

Effet d'application

Après plus d'un an de production et d'utilisation, ce dispositif permet d'exploiter pleinement l'espace tridimensionnel d'une pièce pour la production à petite échelle de diverses cultures. Son utilisation, avec chargement et déchargement, est simple et intuitive, ne nécessitant aucune formation particulière. Le réglage de la hauteur de refoulement et du débit de la pompe à eau permet d'éviter les problèmes de suralimentation et de débordement de la solution nutritive dans la cuve de culture. La conception ouverte de cette dernière facilite non seulement le nettoyage après utilisation, mais aussi le remplacement aisé des accessoires en cas de dommage. La cuve de culture est reliée par un tuyau en caoutchouc au système de circulation d'eau et d'engrais, ce qui confère à la cuve et au système une conception modulaire et évite les inconvénients des systèmes hydroponiques traditionnels. De plus, outre la production de cultures domestiques, ce dispositif peut être utilisé pour la recherche scientifique dans des conditions de température et d'humidité contrôlées. Il permet ainsi de gagner de la place et répond aux exigences de l'environnement de production, notamment en assurant la stabilité des conditions de croissance des racines. Après une simple amélioration, le dispositif de culture peut également répondre aux exigences de différentes méthodes de traitement de l'environnement de la rhizosphère et a été largement utilisé dans les expériences scientifiques sur les plantes.

Source de l'article : compte WeChat deTechnologie du génie agricole (horticulture sous serre) 

Informations de référence : Wang Fei, Wang Changyi, Shi Jingxuan, et al.Conception et application d'un dispositif de culture domestique préfabriqué[J].Génie agricole et technologie,2021,41(16):12-15.