Culture hydroponique – Tout ce que vous devez savoir

Qu'est-ce que la culture hydroponique

La culture hydroponique est une méthode de culture qui consiste à faire pousser des plantes dans l’eau plutôt que dans le sol. Elle fait partie des méthodes de culture « hors-sol » plus larges, qui incluent l’aquaponie et l’aéroponie.

La plupart du temps, la culture se fait avec les racines de la plante dans l'eau, mais elle peut aussi occasionnellement se faire dans d'autres substrats, comme des gels ou un milieu inerte comme la perlite, le gravier, etc.

Comme il n’y a pas de terre, la nutrition des plantes en éléments minéraux se fait en les dissolvant dans l’eau. Dans de nombreux cas, la culture hydroponique équivaut à la culture en intérieur, avec la lumière fournie par un éclairage artificiel. Cependant, la culture hydroponique est également possible à l’extérieur, car elle fournit une lumière solaire « gratuite » au prix d’un risque accru de contamination (voir ci-dessous).

La taille du marché hydroponique est passée à près de 5 milliards de dollars en 2023 et devrait croître de 12.4 % TCAC jusqu'en 2030.

La science de la culture hydroponique

Bien que la plupart des plantes puissent être cultivées avec des systèmes hydroponiques, certaines auront besoin d'un substrat pour ancrer leurs racines. C'est pourquoi des substrats inertes comme la fibre de coco, la vermiculite (une roche silicatée) et la perlite (un verre volcanique amorphe) sont utilisés.

Source: Climate Control

Les nutriments comme le phosphate, le potassium et l'azote (« NPK »), ainsi que les micronutriments, sont dissous dans l'eau, permettant une efficacité de presque 100 % dans l'utilisation des engrais.

La culture hydroponique peut être divisée en 2 types différents de conceptions : les systèmes ouverts et fermés.

Systèmes ouverts : nécessitent que l’eau chargée en nutriments s’écoule du réservoir vers la chambre de croissance.
Systèmes fermés : ont les racines directement immergées dans la solution nutritive et n'ont donc pas besoin de pompes.

Les systèmes passifs, par opposition aux systèmes actifs, sont des systèmes hydroponiques qui ne nécessitent pas de composants électriques comme les pompes, la ventilation, les lumières artificielles et les minuteries.

Que peut-on cultiver avec la culture hydroponique

La culture hydroponique est utilisée pour cultiver de nombreuses cultures sensibles et de grande valeur. Les plus courants sont les suivants, dans l'ordre : Tomates, Herbes, Laitue, Concombre.

Source: Grand View Research

Une autre utilisation moins documentée mais significative de la culture hydroponique est la culture du cannabis à petite ou moyenne échelle. Bien que cette pratique reste illégale dans la plupart des pays, il existe une liste croissante de pays qui autorisent de telles cultures avec l'autorisation appropriée dans un cadre commercial – le Canada en est l'un des meilleurs exemples.

De nombreuses fermes commerciales de cannabis opérant dans les États américains où la culture du cannabis est légale privilégient la culture en serre. Ici, les méthodes hydroponiques sont utilisées pour produire un résultat plus cohérent que ce qui est possible avec le sol.

Les avantages de la culture hydroponique

Contrôle

Le principal avantage de l'hydroponie réside dans le niveau de contrôle qu'elle offre. C'est particulièrement vrai en combinaison avec la culture en intérieur, par rapport à la culture en terre ou même sous serre. Cela se traduit par de multiples avantages pour la culture commerciale.

Cela peut produire des résultats plus cohérents. Par exemple, la composition chimique exacte d’une plante de cannabis destinée à être utilisée ultérieurement pour la production de produits pharmaceutiques. Cela permet aux efforts de recherche et de développement de trouver les conditions parfaites, aboutissant à un produit de la plus haute qualité.

Cela peut également entraîner un meilleur contrôle sur le moment de la croissance afin d’obtenir une production très constante et stable. Ceci est très précieux pour les produits dont la demande est relativement constante mais dont la production saisonnière augmente dans les champs, comme les tomates ou les baies.

En combinant chacune de ces capacités, le niveau de contrôle rendu possible peut être utilisé pour optimiser la vitesse de croissance, le goût, l'odeur ou l'aspect du produit végétal final, ce qui est susceptible d'entraîner un prix plus élevé.

Enfin, il peut également être utilisé pour surveiller les cultures et détecter précocement tout problème.

évenementiels

Grâce à des conditions optimales, il est possible de cultiver davantage de cultures par mètre carré que dans d’autres conditions. Cela en fait une bonne option pour l’agriculture urbaine, comme discuté dans notre article «Développer l’agriculture urbaine pour apporter de nombreux avantages« . Cela peut permettre de produire des aliments localement au lieu d’être importés sur des centaines ou des milliers de kilomètres, même si le terrain et l’espace sont plus chers localement.

Ce sera une méthode agricole extrêmement précieuse pour les environnements défavorables comme les futures bases lunaires ou martiennes, où les coûts de transport prohibitifs rendront les approvisionnements alimentaires cultivés localement extrêmement précieux.

Demande en nutriments et gaspillage

Comme mentionné, étant donné que les nutriments sont dans l’eau et que l’eau reste dans les chambres de croissance et/ou dans un réservoir, il n’y a aucune perte de nutriments dans le système, sauf par ce qui est efficacement absorbé par la plante pendant sa croissance.

Source: Unsplash

Cela rend l’utilisation des engrais pour faire pousser les cultures aussi proche que possible de l’optimum. Dans les approches agricoles plus traditionnelles, la surutilisation d’engrais en plein champ entraîne de multiples problèmes. Ceux-ci s'étendent pour inclure les écosystèmes du sol sont endommagés à prolifération d'algues toxiques et a même eutrophisation des masses d'eau douce. Ainsi, réduire la quantité d’engrais lessivés dans l’environnement est une préoccupation écologique importante et souvent négligée.

Source: Britannique

Utilisation de l'eau

Contrairement aux apparences, la culture hydroponique utilise beaucoup moins d’eau que les méthodes de culture traditionnelles. Cela est vrai que ce soit en plein champ ou en serre.

En effet, l'évaporation de l'eau est réduite au minimum grâce au contact minime de la surface avec l'air et ne s'échappe pas dans le sol. Essentiellement, l’eau reste à l’intérieur du système fermé.

En conséquence, la culture hydroponique peut utiliser aussi peu comme 1/10ème de l'eau que les méthodes traditionnelles d'arrosage des grandes cultures. Cela peut donc en faire une excellente option pour les zones souffrant de pénurie d’eau et/ou pour les cultures particulièrement gourmandes en eau, comme les légumes-feuilles.

Intensité de travail

Étant donné que les usines poussent dans un environnement contrôlé et conçu sur mesure, elles peuvent également être conçues pour optimiser les coûts de main-d'œuvre. L'automatisation peut remplacer la plupart des travaux agricoles traditionnels les plus dangereux, et les plantes qui poussent déjà dans des pots sans terre peuvent gagner du temps pour la récolte, le nettoyage et l'emballage.

Les inconvénients de la culture hydroponique

Coût

La principale limite de la culture hydroponique réside dans son coût. Parce qu’elle nécessite des installations dédiées, et souvent des pompes, une ventilation, etc., sa mise en place est beaucoup plus coûteuse que les méthodes agricoles traditionnelles. Ce phénomène est encore exacerbé dans les climats froids qui nécessitent du matériel supplémentaire comme la climatisation et l’éclairage artificiel – chacun d’entre eux ne faisant qu’ajouter aux coûts énergétiques des opérations de culture.

En raison de cette limite, la plupart des fermes commerciales dépendant de la culture hydroponique se concentrent sur des cultures de grande valeur comme les fruits, les baies, les légumes-feuilles, le cannabis, etc., dans le but de maximiser leur retour sur investissement.

À ce jour, ce problème a entravé l’adoption plus large de l’agriculture verticale en général, y compris non seulement la culture hydroponique, mais également l’aquaponie et l’aéroponie.

et la résilience

Les systèmes hydroponiques sont, de par leur conception, plus artificiels que les cultures en plein champ. Cela signifie qu’ils dépendent du bon fonctionnement de chacune des choses suivantes :

• Chaine d'approvisionnement en pièces et composants.
• Alimentation électrique.
• Système électronique connecté pour des opérations hautement automatisées et avancées.
• Main d’œuvre qualifiée capable d’effectuer efficacement la surveillance et la maintenance requises.

Bien qu'il existe des moyens d'atténuer ces risques, par exemple avec une redondance des systèmes ou des stocks plus importants (qui augmentent les coûts d'installation), ou un approvisionnement localisé en énergie grâce à la production d'énergie renouvelable, la culture hydroponique ne sera jamais aussi résiliente qu'une culture arrosée par la pluie en plein air. champ.

Maladies d'origine hydrique et contamination par les algues

Agents pathogènes

Enlever la terre supprime évidemment tous les risques liés aux maladies transmises par le sol, mais cela signifie aussi éliminer tout un écosystème de microbes bénéfiques qui protègent des maladies des plantes. Pendant ce temps, l’eau en circulation constante peut être un vecteur de propagation d’autres agents pathogènes, ce qui signifie que les événements indésirables peuvent être dévastateurs et se produire encore plus rapidement dans les systèmes hydroponiques.

Les deux organismes les plus courants responsables des maladies hydroponiques sont Pythium et Phytophthora, deux maladies fongiques. Le Pythium peut attaquer toutes les plantes, tandis que le phytophthora a tendance à affecter principalement les cultures florales.

Pour résoudre ces problèmes, les agriculteurs emploient généralement des travailleurs réguliers. pratiques de nettoyage et d’assainissement et utilisation de filtres, ce qui peut réduire considérablement le risque de pathogènes végétaux d'origine hydrique. Sur cette base, des tests et une surveillance réguliers sont également bénéfiques pour détecter les premiers signes de contamination.

Plusieurs systèmes hydroponiques parallèles et non connectés pour les grandes installations sont également recommandés pour éviter une contamination généralisée. Contrôler le pH de l’eau peut aider à réduire la croissance fongique.

Algues

Les algues sont un autre contaminant susceptible d'affecter les systèmes hydroponiques. Si l'eau contient le mélange idéal de nutriments pour stimuler la croissance des plantes, ce même mélange constitue également un environnement idéal pour les algues unicellulaires. Si elles sont présentes, les algues forment une couche visqueuse et difficile à nettoyer sur les surfaces et peuvent même obstruer les filtres à eau ou les petits tubes.

Même si les systèmes hydroponiques n’ont pas besoin de se soucier des mauvaises herbes comme dans un champ, les algues sont essentiellement équivalentes. Comme les mauvaises herbes, les algues priveront les cultures de leurs nutriments, réduisant ainsi la croissance et la santé des plantes.

De plus, les algues réduiront la concentration en oxygène dans l’eau. Le premier effet est qu’il peut endommager les racines des plantes et leur croissance. Le deuxième problème est qu’il favorise la croissance de maladies fongiques telles que le Pythium.

Il existe plusieurs moyens de contrôler la croissance des algues, depuis l'utilisation de filtres pour nettoyer l'eau qui entre, jusqu'à l'exposition de l'eau à la lumière UV pour tuer les algues (Les lampes UV sont couramment utilisées pour tuer les micro-organismes afin de produire de l'eau potable dans les services publics.).

Innovation en culture hydroponique

Éclairage DEL

Les lumières LED sont une technologie cruciale en culture hydroponique, rendant l’ensemble de la pratique réalisable à l’échelle commerciale. En effet, ces lampes consomment beaucoup moins d’énergie que les sources lumineuses traditionnelles, durent plus longtemps et émettent beaucoup moins de chaleur.

De plus, tout le spectre de la lumière visible n’est pas utile aux plantes lors de la photosynthèse, c’est pourquoi des LED dédiées sans lumière verte peuvent être utilisées pour réduire davantage l’électricité consommée par la foudre artificielle.

Source: Agriculture

IoT et automatisation basée sur des capteurs

La baisse des coûts des capteurs et de l’électronique a rendu possible la surveillance continue de la température, de l’humidité, de la lumière, des niveaux de pH et du volume de nutriments.

Bien que plus avancée, cette agriculture basée sur des capteurs permet de suivre et d'ajuster les conditions de croissance en temps réel pour garantir des rendements optimaux des cultures, renforçant ainsi les résultats du producteur.

Technologies basées sur l'IA

Comme mentionné, la culture hydroponique nécessite un niveau intense de surveillance du système d’eau, des maladies, des niveaux de nutriments, etc. À cette fin, l’IA est de plus en plus utilisée pour aider à optimiser les conditions environnementales existantes, notamment les niveaux de lumière, d’humidité et de nutriments.

L’IA permet également d’optimiser les investissements et de réduire les coûts en créant des plans de croissance personnalisés pour chaque type d’usine.

Il peut également utiliser la vision industrielle ou des tests biochimiques pour avertir de la présence d’agents pathogènes avant qu’un humain ne le puisse.

Enfin, avec l’essor des robots agricoles autonomes, nous pouvons imaginer un système hydroponique où la plantation, la taille, la récolte et le remplacement des plantes peuvent être effectués de manière entièrement automatique.

Nouvelles innovations agricoles

La culture hydroponique permet un contrôle direct sur les plantes, ce qui est impossible dans l'agriculture traditionnelle. Cela ouvre la porte à l’expérimentation de nouvelles façons d’augmenter la productivité des cultures au-delà de l’augmentation de l’accès à la lumière ou aux nutriments.

Par exemple, nous explorons une de ces options dans notre article «L’électricité devrait stimuler la croissance des cultures hydroponiques». Les chercheurs ont utilisé un substrat artificiel personnalisé, ou « sol conducteur/eSoil » composé de cellulose (le composant principal du papier) mélangée à un polymère conducteur appelé PEDOT (poly(3,4-éthylènedioxythiophène)).

De cette façon, ils pourraient exposer les semis à une basse tension continue, ce qui entraînerait une augmentation de 50 % du taux de croissance.

Source: PNAS

C'est un exemple de la façon dont les systèmes hydroponiques pourraient offrir des gains de productivité significatifs grâce à leur niveau de contrôle accru.

Construire une installation hydroponique

Lorsque vous envisagez de construire une installation hydroponique, la première question devrait être : pourquoi choisir la culture hydroponique plutôt que d’autres méthodes de culture ? Il peut y avoir plusieurs raisons :

• Économiser l’eau ou réduire la pollution.
• Pouvoir expérimenter de nouvelles méthodes de culture.
• Consommation domestique à petite échelle ou outils pédagogiques.
• Cultiver à grande échelle des cultures de haute qualité et à forte valeur ajoutée.

En fonction de la réponse, différents systèmes hydroponiques peuvent être choisis.

Une opération commerciale devra équilibrer les ressources disponibles avec les coûts de démarrage tout en cherchant à minimiser les coûts d'exploitation. La prise en compte des marchés et des marges locales sera extrêmement importante dans le choix des cultures. Le niveau d’automatisation et la maturité de la technologie utilisée doivent également être pris en compte.

Un système fait maison à petite échelle doit être adapté aux compétences techniques de ses concepteurs et utilisateurs, car une conception « optimisée » mais trop complexe risque de ne pas fonctionner correctement. Dans ce cas, des composants standard seront probablement une meilleure option.

Un système dédié à la résolution d’un problème spécifique, comme la pénurie d’eau, devra se concentrer sur cette mesure, surtout si elle rend d’autres éléments moins optimisés.

La culture hydroponique dans le cadre d’un système plus vaste, comme en combinaison avec l'aquaculture (aquaponie), devra être conçu en gardant à l'esprit les autres étapes et composants.

Conclusion

La culture hydroponique est une approche puissante des systèmes de culture, offrant des niveaux exceptionnels de contrôle sur les conditions de croissance. Ce sont généralement des systèmes très efficaces, offrant une utilisation optimisée des engrais et de l’eau. Cela en fait une méthode de culture idéale à l’échelle commerciale pour les cultures difficiles à cultiver ou les produits de grande valeur pour lesquels un timing, un goût, une composition, un aspect ou d’autres paramètres qualitatifs parfaits peuvent justifier un prix beaucoup plus élevé.

Grâce à sa densité et à sa productivité élevée, c’est également un bon système pour la production alimentaire à l’échelle domestique ou pour l’agriculture urbaine, où l’espace est souvent une contrainte.

Il s’agit cependant d’un système beaucoup plus complexe que l’agriculture ou le jardinage traditionnel. Cela le rend plus coûteux, plus technique à installer et à entretenir, et plus sujet à des problèmes uniques tels que la contamination par les algues et les maladies d'origine hydrique, qui doivent être gérés par des solutions dédiées. Dans certains cas, il sera tout aussi difficile pour les personnes ou les entreprises ne disposant pas des capacités techniques de gérer ces défis internes associés.

Dans l’ensemble, même s’il est peu probable qu’elle soit aussi rentable que les cultures cultivées en masse à bas prix en plein champ, la culture hydroponique peut être une bonne solution à des problèmes spécifiques ou une bonne méthode pour cultiver des produits locaux de haute qualité.