Les LEDs et les plantes… - vegeled.be

1 Les leds et les plantes . Ing. Samu l Colasse1, Ir. Julien Louvieaux2,Dr. Thierry Marique3 et Dr. C cile Nanbru4. L'emploi des diodes luminescentes (ou LED pour light emitting diode ) devient de plus en plus courant (feux d'automobiles, clairages domestiques, ) avec cet avantage constant : une plus faible consommation lectrique. D'o la question qu'a pos le projet VEGELED : qu'en est-il de leur utilisation dans le domaine de la recherche et de l'horticulture ? Dans le but d'apporter des l ments de r ponse cette question la Haute cole de la Province de Hainaut Condorcet a r alis , en Wallonie, un projet de recherche intitul . VEGELED . Il s'agit d'un projet FIRST Hautes coles r unissant la Condorcet, le , son centre de recherches appliqu es associ et le d partement Spotled de l'entreprise Colasse sp cialis dans l'utilisation et la diffusion des clairages LED.

2 Ce projet a t soutenu par la Direction G n rale des Technologies, de la Recherche et de l'Energie du Apr s deux ans de recherches, nous pouvons affirmer que leur utilisation est en effet parfaitement conciliable avec des objectifs de production horticole qu'ils soient ornementaux ou mara chers, et ce avec des avantages indiscutables en terme d' conomie d' nergie et de limitation de risque de pollution. Les essais de ces deux premi res ann es ont essentiellement t r alis s en chambres de culture, ce qui impliquait l'absence d'apport de lumi re exog ne et une uniformisation des TABLEAU 1: PLANTES TESTEES DA NS LE PROJET VEGELED. param tres culturaux. Une douzaine d'essais ont t r alis s reprenant entre 8 et 16 traitements chacune.

3 Le projet VEGELED s'attelant tester et param trer les leds pour des cultures en enceintes closes, c'est- -dire sans autre apport de lumi re (cf. photo ci-contre). La majorit des traitements employaient des leds (230) afin de d terminer les puissances optimales ainsi que les spectres les plus pertinents pour les diff rentes plantes tests. N anmoins 24 traitements ont utilis les n ons horticoles, quatre traitements ont employ des lampes fluo compactes (2) ou des halog nes (2), ceci afin de comparer l'efficacit lumineuse des leds . d'autres sources lumineuses. 1. Chercheur du projet Vegeled. 3. Conseiller au projet Vegeled sp cialis . 2. Conseiller au projet Vegeled. dans les simulations math matiques.

4 4. Promoteur du projet Vegeled. 1. TABLEAU 2 : COMPARAISON A MEME PUISSANCE NOMINALE D ES PRINCIPAUX TYPES D'ECLAIRAGE A ORIENTATION HORTICOLE. Le tableau ci-dessus, r alis sur base de mesures, met en vidence quelques points essentiels prendre en compte lorsque l'on envisage l' clairage de v g taux. La lumi re naturelle reste, et de loin, la plus conomique et souvent la mieux adapt e la plante. Lorsque l'on mesure la lumi re naturelle, on remarque un quilibre entre le flux photonique (PPF) d livr en rouge et en rouge lointain (far red) proche de 50%. Cet quilibre reproduit en clairage artificiel est par contre d sastreux, et ce parce que les clairages artificiels (et c'est heureux pour la sant humaine) sont pratiquement d pourvus de rayonnement ultra-violet (UV) dont les effets sont antagonistes de ceux des rouges lointains.

5 Le n on horticole ou plus exactement le tube luminescent usage horticole est, parmi les clairages horticoles traditionnels le plus efficace en terme de qualit de rayonnement, mais son emploi est limit par sa consommation nerg tique lev e et sa dur e de vie limit e ( 3000 h). D'autre part, la pr sence d'un l ment toxique (vapeur de mercure). rapidement lib r dans l'environnement la destruction du tube implique des risques sanitaires dans la fili re de production et au recyclage. Les HPI (lampes aux iodures m talliques) et les HPS (lampes au sodium) sont largement utilis es en horticulture, mais elles ne produisent pas un clairage optimum, notamment les HPS qui sont quasiment d pourvues d' mission dans le bleu.

6 Ces clairages produisent galement beaucoup de chaleur, ce qui implique ventuellement l'obligation d'installer un syst me de refroidissement galement consommateur d' nergie. Il faut remarquer que la quantit de photons utiles par mille lux vaut pr s de la moiti de celle fournie par la lumi re solaire (d'o la recommandation de doubler le nombre de lux si on utilise ce type d' clairage). La dur e de vie des HPI est de h et de h pour les HPS. Mis part le d s quilibre dans le spectre, les HPS sont parmi les clairages conventionnels les moins co teux et offrent le meilleur rendement lumi re par rapport l' nergie consomm e. 2. Quand aux leds , chaque mod le de LED poss de un spectre diff rent selon le proc d de fabrication.

7 Parmi les leds blanches, toutes ne sont pas quivalentes et certaines sont plus avantageuses pour la croissance des v g taux. La qualit du rayonnement est assez similaire celle d'un HPI tout en chauffant beaucoup moins, leur dur e de vie est de h ! Le grand avantage des leds r side dans la possibilit d'en s lectionner mettant . diff rentes longueurs d'ondes et donc de pouvoir cibler le spectre lumineux le plus appropri la plante (selon le stade de d veloppement voulu). Ceci se justifie pleinement quand on sait que la chlorophylle, le principal pigment n cessaire la photosynth se, n'absorbe que la lumi re dans les spectres bleu et rouge. Ainsi avec une combinaison de plusieurs leds monochromes on peut parvenir obtenir un spectre parfaitement quilibr.

8 Et adaptable avec une proportion de lumi re essentielle la plante de 98% et une d pense nerg tique faible. remarquer que la quantit de photons utiles par mille lux produite avec ce syst me correspond 770% de celle de la lumi re naturelle ! Le syst me ne chauffe pratiquement pas (on peut toujours les toucher m me apr s des dizaines d'heures de fonctionnement). FIGURE 1:SPECTRES LUMINEUX DE GAUCHE A DROITE : SOLEIL, NEON HORTICOLE, HPS, 3 leds MONOCHROMES. Cette possibilit de ne produire que les longueurs d'onde n cessaires implique une r volution de l' clairement horticole : Les unit s d'appr ciation de la quantit de lumi re telles que le lux, le cand labre et le lumen se r v lent inappropri es car toutes bas es sur la perception de l' il humain or celui-ci tant centr sur le spectre vert alors que les plantes sont surtout int ress es par les gammes rouges et bleues.

9 Ce type d' clairage permet toutes les variations d'intensit et de qualit lumineuses. Un seul syst me d' clairage avec des leds modulables peut convenir pour toutes les plantes et pour tous les stades de d veloppement. Le syst me ne chauffant pas, le dispositif peut tre plac au plus pr s de la plante ce qui diminue donc les pertes lumineuses par dispersion. En deux ans, l' quipe V g led a pu produire en milieu clos, sans autre source d' clairage que des leds , plus d'une dizaine de plantes (cf. tableau 1). Plusieurs plantes ont t test es, mais la laitue a particuli rement t tudi e sur base de deux vari t s : Reine de Mai' et Merveille des 4 saisons'. 3. La simulation math matique par r seaux neuronaux sous MATLAB a permis de compiler les diff rentes exp rimentations sur les laitues et de d velopper un mod le pr dictif sur base du spectre d' clairement, des diff rences d'effectifs, de temp rature, des dur es de culture et d' clairement.

10 Laitue (Lactuca sativa) vari t printani re : Reine de Mai'. Concernant la puissance lumineuse n cessaire en lumi re utile, on constate qu'au-del d'un PPF de 200 moles. , il n'y a plus avantage augmenter l' clairement. Au niveau de la qualit de l' clairement, dans le cas de la laitue Reine de Mai', l' quilibre se situe entre 40%. et 60 % de bleu. Pour ce type de laitue dite de printemps, l'apport de rouge lointain est n faste au d veloppement v g tatif et provoque, m me faible dose, le d veloppement reproductif de la plante (montaison). FIGURES 2 : SIMULATION MATLAB SUR BASE DES EXPERIMENTATIONS REALISEES DANS LE PROJET VEGELED. Laitue (Lactuca sativa) vari t estivale : Merveille des quatre saisons'.