Utilisation des LED en production sous serre

Les LED sont utilisées en production sous serre pour améliorer, notamment, la qualité visuelle et organoleptique des produits. À la clé, des économies d’énergie et une amélioration de la continuité de la production, pour le concombre et la fraise, comme le révèlent les tests réalisés par le CTIFL.

Les LED (Light Emitting Diode = diode électroluminescente) constituent désormais une alternative dans les serres en remplacement des éclairages photosynthétiques traditionnels par ampoule HPS (High Pressure Sodium). En effet, leur durée de vie est quatre à cinq fois plus longue et leur consommation électrique réduite de 40 %, avec très peu de dégagement de chaleur.

Ceci autorise également, dans les cultures palissées hautes (tomate, concombre), à positionner l’éclairage non seulement au-dessus des plantes, mais aussi entre les rangs, au niveau des jeunes fruits. Les LED présentent aussi l’avantage de permettre de choisir les couleurs les plus profitables aux plantes (voir encart).

De ce fait, on ne parlera plus de lux et de lumen, destinés à la vision de l’œil humain, mais d’indice de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR1), qui représente entre 48 et 50 % du rayonnement global de la lumière du jour.

Les LED permettent non seulement d’améliorer les rendements en période déficitaire en lumière mais aussi d’améliorer la qualité visuelle et organoleptique des produits. Afin d’optimiser leur emploi sous serre, de quantifier les améliorations attendues et d’en évaluer la rentabilité, le CTIFL a entrepris, depuis plusieurs années, des expérimentations d’éclairage hivernal sous serre de fraisiers, concombres, et plus récemment de tomates.

Concombre : vers la culture continue de qualité

Les expérimentations ont été menées sur le centre CTIFL de Carquefou (Loire-Atlantique) en culture de concombre palissée sur fil haut. Elles ont montré qu’il est possible d’avancer le calendrier cultural et de produire sur la période de novembre à février, durant laquelle la valorisation des produits est maximale. La faible luminosité naturelle en hiver et les objectifs de calibre de 400 à 500 grammes imposent une régulation à un fruit retenu sur trois, ce qui limite le nombre de fruits avortés. Finalement, la production est accrue les mois d’hiver où, sans éclairage elle serait très faible. En ce qui concerne le rendement, le dispositif d’éclairage possédant deux luminaires, un en tête de plante et un en inter-végétation, n’est pas plus performant qu’un dispositif contenant un seul luminaire en tête de plante, mais il permet une réduction de la consommation d’énergie de l’ordre de 18 %.

La qualité de la lumière des LED mérite une attention particulière. Les dispositifs comparés comportaient des LED en tête de plante avec des pourcentages de lumière bleue différents : 9 % et 13 %. Avec une part de lumière bleue de 13 %, on peut observer une diminution significative de la surface foliaire et de l’allongement des tiges par rapport à une part de lumière bleue de 9 %. Cette réduction de l’allongement est de l’ordre de 10 %. Cet effet permet de limiter les travaux sur les plantes et favorise la pénétration de la lumière.

Pour augmenter la rentabilité de l’éclairage, une rationalisation annuelle est en cours d’essai avec le développement d’un système de pilotage comblant les journées d’été à faible ensoleillement. L’emploi de l’éclairage en hiver permet d’envisager une production continue sur dix mois, en ayant recours au marcottage des plantes au lieu des deux voire trois replantations par an: celles-ci induisent forcément des périodes de non-production.

L’éclairage en inter-végétation entraîne une réorientation verticale des feuilles dans le rang. La structure de la végétation est modifiée, ce qui favorise la transpiration des étages foliaires inférieurs © CTIFL

Fraisier : une amélioration de la qualité et de la production précoce

Cibler les périodes d’éclairage photosynthétique LED en culture sous serre de fraisier permet de réduire les coûts de fonctionnement du système. Les essais réalisés sur le centre CTIFL de Balandran (Gard) montrent qu’avec un apport d’éclairage raisonné et un matériel végétal adapté, l’utilisation de cette nouvelle technologie peut s’avérer compétitive.

Adapter les moments d’éclairage

Un éclairage continu de douze heures par jour sur les mois d’hiver (décembre à mars) entraîne un coût de fonctionnement pouvant aller jusqu’à 3,70 €/m², ce qui ne permet pas sa rentabilité. Une stratégie d’éclairage en fonction du rayonnement extérieur a été adoptée, permettant de réduire de 30 % l’éclairage LED sans nuire aux résultats du premier jet de production. Les seuils de rayonnement extérieurs PAR fixés évoluent en fonction de la saison et des heures de la journée (cf. Tableau n° 1), ce qui permet de réduire les durées d’éclairage lors des journées ensoleillées. De courtes périodes d’éclairage de vingt minutes sont toutefois maintenues pour compenser les pertes liées à l’ombrage des installations d’éclairage (20 %).

À partir de fin mars, l’éclairage devient inutile (dans les conditions d’éclairement de la région) et les installations d’éclairage doivent être enlevées en raison de l’ombrage qu’elles occasionnent sur la culture. Cette stratégie a permis une réduction substantielle de la durée d’éclairage (cf. Tableau n° 2).

Les variétés réagissent différemment au supplément de lumière

Les cinq ans d’expérimentation d’éclairage LED sous serre plastique permettent d’évaluer l’intérêt du système dans des conditions différentes d’ensoleillement. Lors des années caractérisées par des faibles rayonnements hivernaux (décembre à mars), l’éclairage permet des gains de rendement d’autant plus importants que le rayonnement naturel reçu par le témoin non éclairé est faible. Trois années sur cinq, Gariguette est la variété qui a le moins bien valorisé l’éclairage LED, avec 11 % de gain de rendement en moyenne sur les cinq ans par rapport au témoin.

Cette variété a en fait valorisé le surplus de lumière en produisant de la surface foliaire supplémentaire. En revanche chez Ciflorette et Cléry, l’éclairage LED a induit une augmentation moyenne de rendement sur les cinq ans allant de 28,5 % à 36 %. Cette augmentation de rendement est liée soit à une augmentation significative du nombre de fruits, soit à une augmentation du poids moyen des fruits. Cet effet, mesuré sur le premier jet de production, ne se retrouve pas sur la remontée.

En ce qui concerne la qualité, la mesure des indices réfractométriques moyens pour le premier jet de production montre que Gariguette a un taux de sucres plus élevé quand elle est éclairée (+ 0,4 à 0,7 % Brix). Cette différence est une observation qui est significative dans un cas sur deux pour les mesures effectuées à mi-récolte du premier jet. Pour Cléry et Ciflorette, les différences ne sont pas significatives entre éclairé et non éclairé.

Les tendances observées sur le premier jet de production sont observables en ce qui concerne l’acidité titrable. Ces effets positifs de l’éclairage LED, à la fois sur le rendement et sur la qualité de certaines variétés de fraises, permettent d’envisager une conduite visant à réduire encore les durées d’éclairage en fonction d’un niveau plus bas du rayonnement photosynthétiquement actif. Ces travaux ont débuté également dans les cultures de tomate pour identifier le spectre lumineux le plus favorable et évaluer les performances de l’éclairage LED.

Landry Rossdeutsch, Justine Garnodier
Ingénieurs, CTIFL

(1*) Photosynthetically Active Radiation.