Agriculture hydroponique
''L'agriculture hydroponique peut produire en ville des produits savoureux, c’est de l’espace. Les toits sont des espaces urbains oubliés qui se prêtent parfaitement à cet usage», déclare Mike Yohay, le fondateur de CityScape Farms, une start-up de San Francisco qui travaille actuellement sur deux projets.
Testée et éprouvée dans le monde, notamment en Israël, à Singapour, en Australie ou au Japon, l’agriculture hydroponique, ou hors-sol, produit deux fois plus vite et requiert 20 % d’espace en moins que l’agriculture classique. Ellle consomme aussi 90 % moins d’eau et 75 % moins d’engrais. Les premières serres hydroponiques suspendues sont en construction à New York, une métropole qui importe pour 1 milliard de dollars de légumes par an. Gotham Greens est en train de convertir 1.115 mètres carrés de toits dans le quartier de Queens pour un budget de 1,4 million de dollars (0,98 million d’euros). Les serres seront alimentées par des panneaux solaires installés sur un toit voisin et par les récupérations d’eau de pluie. La start-up affirme que sa production annuelle de 30 tonnes de fruits et légumes biologiques démarrera dès cette année. La chaîne de supermarchés de produits biologiques Whole Foods s’est engagée à acheter 70 % de la production. Le reste sera vendu aux marchés des producteurs à travers la ville. Source : www.israelvalley.com
L’hydroponie ou culture hydroponique (ou agriculture hors-sol), du grec πονος (ponos, "le travail" ou "l'effort") et ὕδωρ (hudōr, “l'eau”), est la culture de plantes réalisée sur substrat neutre et inerte (de type sable, pouzzolane, billes d'argile, laine de roche etc.). Ce substrat est régulièrement irrigué d'un courant de solution qui apporte des sels minéraux et des nutriments essentiels à la plante.
La culture hydroponique est très présente en horticulture et dans la culture forcée de certains légumes sous serre. Cette technique de culture s'est développée pour aboutir aujourd'hui à l'aéroponie et sa variante l'ultraponie. Elle permet d'accélérer le processus de maturation des fruits grâce à un rythme nycthéméral plus rapide et permet plusieurs récoltes par an.
L'état sanitaire de ces cultures est contrôlé par des pesticides ou produits phytosanitaires.
Pour que les végétaux poussent de manière optimale, ils ont besoin de lumière (qu’elle soit naturelle ou artificielle), d’une température stable et tempérée, d’une hygrométrie de l’air suffisante ainsi que d’une oxygénation satisfaisante des racines, enfin d’une nourriture adéquate en suffisance composée d’eau, de sels minéraux et d’oligo-éléments.
Les plantes possèdent un métabolisme qui est capable d’assimiler des aliments et de les éliminer sous forme de déchets, comme bon nombre d’êtres du règne du vivant. Êtres vivants immobiles, les plantes assimilent leur nourriture sous forme d’eau minéralisée grâce à leurs racines, et l’énergie nécessaire pour métaboliser par la lumière. Dans la nature, c’est le sol qui joue le rôle de réservoir de sels nutritifs. Il est cependant très rare d’avoir un sol de qualité qui possède tous les éléments nécessaires à la vie des végétaux dans des proportions optimales ; de plus, l’acidité adéquate est propre à chaque plante et peut grandement varier en fonction du terrain, de la météo ou encore des saisons. Les cultures potagères et les cultures de fleurs, par exemple, nécessitent un pH se situant entre 5.5 et 6.5 (acide). Le sol possède de l’humus contenant des agents chélates, appelés aussi substances tampons, substances qui ont le pouvoir de garder l’acidité du sol à l’équilibre en absorbant des substances qui y sont en excédent, pour les libérer éventuellement lorsque les conditions varient. Dans le cas des cultures hors-sol, les cultures se déroulent sans terre, se libérant ainsi des contraintes liées aux cultures terriennes classiques.
La culture hors-sol est une nouvelle technique alternative de culture des végétaux qui peut être mise en place dans des exploitations horticoles de toutes tailles. Pouvant constituer, semble-t-il, une réponse aux problèmes d’eau et de pollution que connaît notre planète, être au service des chercheurs qui utilisent cette technologie pour faire des recherches sur les végétaux, que ce soit pour les plantes médicinales ou encore pour les micro-organismes embarqués dans les vaisseaux spatiaux.
Première apparition de culture hors-sol
Bien qu'il ne s'agisse pas réellement d'hydroponie, l'idée de culture hors-sol naturel apparaît avec les jardins suspendus de Babylone. Les peuples vivant au bord de lacs de hautes montagnes du Pérou comme le Titicaca, cultivaient leurs potagers à la surface de l’eau. Les Aztèques quant à eux s’établirent dans les marécages proches de la future ville de Mexico et conçurent des sortes de radeaux faits de joncs et de roseaux recouverts d’une couche de limon sur lesquelles les agriculteurs jardinaient, et qu’il est toujours possible de voir de nos jours. Les racines des plantes plongeaient dans l’eau des lacs : sans le savoir, ils étaient les précurseurs d’une espèce d’aquaculture primitive. Les Chinois emploient encore des techniques millénaires de culture sur gravier.
La culture hors-sol que l’on connaît de nos jours est née au xixe siècle en Allemagne. Elle fut découverte dans le cadre de recherches réalisées afin de découvrir de quoi se nourrissaient les plantes. Ce n’est qu’en 1930 que Gericke produisit le premier système hydroponique commercial aux États-Unis. Pendant la Seconde Guerre mondiale, des Américains cultivèrent des légumes hydroponiques dans les îles volcaniques du Pacifique pour assurer l’apport en vitamine nécessaire à la bonne santé de leurs troupes qui y étaient en garnison.
Depuis, des essais ont prouvé la viabilité de la technique, ainsi que son potentiel économique et environnemental.[réf. nécessaire]
Aujourd’hui, la culture hors-sol est pratiquée en agriculture sur des millions d’hectares dans le monde. Un grand nombre des légumes frais comme la tomate, le concombre, la courgette, la laitue, le poivron, les piments, les épinards, les brocolis, les haricots, les carottes, les betteraves, les pommes de terre, les herbes aromatiques, qui sont cultivés en serre sont issus de cultures hors-sol, et, c’est également le cas de la majorité des fleurs coupées que l’on retrouve chez les fleuristes.
Première recherche sur les engrais
C’est le Baron Justus von Liebig (1803-1873), professeur de chimie à l’université de Gießen, qui fut un des pionniers de la recherche dans le domaine de la chimie physiologique. Il fut le fondateur de la chimie agricole et forma un certain nombre des plus grands chimistes de son époque. En observant tout simplement une plante qu’il avait fait brûler, il conclut que les éléments présents dans les cendres, azote, phosphore et potasse, nourrissaient les plantes, et que celles-ci transformaient des matières minérales en provenance du sol et de l’atmosphère en matière organique. Grâce à cette découverte, il réussit ses premières expériences avec des engrais artificiels. Avant Liebig, les sols vierges étaient très fertiles et plein d’humus. On pensait que cette matière brune, pourrissante, était, à ses différents stades, la source principale d’alimentation des plantes. Liebig attaqua cette notion avec force.
En 1905, Fritz Haber, un chimiste allemand, découvrit un procédé permettant de transformer l'azote de l’air en ammoniaque liquide, constitué de 80 % d’azote. En 1915, il s’associa avec Karl Bosch, un ingénieur allemand, pour dresser les plans de la première usine d’ammoniaque synthétique du Reich, avec des conséquences historiques dramatiques.
Chaque guerre, au début du xxe siècle a été le terrain d’essais chimiques à grande échelle. À la fin de la seconde guerre mondiale, les principales mines d’ammoniaque durent trouver d’autres débouchés, c’est ainsi que des firmes comme DuPont, Dow Chemical, Monsanto, American Cyanamid avec les énormes profits réalisés durant la guerre, produisirent encore plus d’engrais minéraux.
Premières recherches sur les cultures hors-sol
Les débuts de la culture hors-sol remontent au xviie siècle. À cette période, on pensait encore que les plantes se formaient à partir de l’eau. Au début du xviiie siècle, John Woodward pensait que c’était la terre et non l’eau qui créait la plante, ceci suite à ses expériences de culture sans sol.
Ce n’est qu’en 1758 que Duhamel du Monceau eut l’idée de reprendre les études de la culture sans sol. Il fit germer des graines dans des éponges, pour plonger ensuite les racines des plantes dans une solution d’engrais. Il déduisit de ses expériences que la plante n’absorbait pas que de l’eau, mais aussi les minéraux qui y étaient dissous.
Toutes ces nouvelles découvertes amenèrent à faire de nouvelles recherches. Les premières recherches sur la culture hors-sol dite moderne, s’effectueront suite aux découvertes sur la nutrition minérale des végétaux, effectué par Justus von Liebig. Ces premières ébauches seront appelées hydroponique, ou hydroculture, mot qui vient du mot allemand Hydrokultur. Cette culture remplace désormais le sol traditionnel par une solution nutritive renouvelée régulièrement, et permet la culture d’un grand nombre de légumes ainsi que de certains fruits.
Suite à ces découvertes, les scientifiques ont réellement commencé à s’intéresser à ce sujet. Cependant, pour être exact, la découverte de cette technique doit être attribuée à deux chercheurs allemands Knop et Sachs, qui, en travaillant sur la fertilisation des plantes, ont mis en évidence le rôle de l’eau, de l’air, et du sol. Et c’est précisément en cherchant le rôle de chacun des éléments constituants le sol, qu’ils se sont aperçus que celui-ci pouvait être totalement reconstitué de façon artificielle. Simultanément et de manières indépendante, ils ont réussi à faire pousser des plantes sur des milieux entièrement liquides constitués d’eau et de sels minéraux.
Les cultures hors-sol se sont développées rapidement au détriment de l'environnement, car les rendements obtenus étaient supérieurs aux rendements des cultures normales, et les coûts et la peine au travail s’en voyaient fortement diminués.
Les différents substrats
On entend par substrat une substance inerte chimiquement (qui est incapable de réagir avec d’autres substances), qui remplace la terre, et qui est utilisé comme support de culture pour les plantes. Il doit protéger les racines de la lumière et leur permettre de respirer. Mais le substrat véhicule aussi la solution nutritive jusqu’aux racines des plantes.
Il existe plusieurs substrats, ainsi que plusieurs variantes d’utilisation :
Le substrat peut se placer en vrac dans des bacs.
Le substrat se trouve dans des enveloppes qui sont disposées horizontalement (souvent remplies de coco).
Le substrat est sous forme de pains entouré de film plastique opaque, et est disposé horizontalement, soit sur des tables, soit sur le sol (il s’agit de pains de laines de roches).
Le substrat est suspendu dans des sacs verticalement sous les serres (souvent remplis de perlite).
La perlite
Ce matériau a l’aspect de granulés de litière pour chat, de couleur blanche. C’est un sable siliceux d’origine volcanique contenant de l’eau qui est expansé industriellement par un traitement à la chaleur (1 200 °C). Il est composé de silice, d’alumine, d’oxyde de fer, d’oxyde de titane, de chaux, de magnésie, d’oxyde de sodium et de potasse. Il a une très grande capacité de rétention d’eau (4 à 5 fois son poids) son pH est de 7 à 7,2, et il s’utilise pour la culture sur substrat, pure ou mixte.
La vermiculite
Ce matériau a l’aspect de granulés. C’est un silicate d’alumine (mica) qui est expansé par un traitement à la chaleur. Il est composé de magnésie et d’alumine. Il est très léger et a une grande capacité de rétention d’eau (environ 350 L au m³), tout en assurant un bon drainage. Son pH est de 7 à 7,2.
Il est souvent utilisé dans des bacs ou des pots, pour la réalisation de semis, ou lors de l’enracinement des boutures.
avantages :
Il est très léger
Il a une très bonne capacité de rétention d’eau
Il est chimiquement inerte
Il est isolant
inconvénients :
Parfois très polluant quand le transport depuis des contrées lointaines de substrat de vermiculite se fait grâce à des énergies fossiles.
Son prix est très élevé
Il se dégrade facilement en poussière et se tasse
Il s’envole facilement car il est très léger
Il est difficile à désinfecter
Billes d’argile
Ce matériau ressemble à de petites boules brunes que l’on utilise pour recouvrir les pots de fleur, les granulés sont obtenus par un traitement de forte chaleur de l'argile. L’argile expansé possède un bon pouvoir isolant, ce qui est nécessaire pour protéger les racines des changements de température.
Il est composé de silice, d’alumine, d’oxydes de fer, et de soufre. Sa capacité de rétention en eau est de 15% en masse. Il est utilisé pour la culture en container, sur des systèmes de tables à marées, ou à une plus petite échelle dans des systèmes hydroponiques à flux continu. Contrairement à la laine de roche, les billes d’argile sont un substrat durable, sain, biologique et écologique.
Laine de roche
Ce matériau se trouve sous forme de pains ou de flocons, ressemblant à l’isolant que l’on utilise pour isoler les toits des maisons. La laine de roche est fabriquée industriellement à partir de roches volcaniques fondues et extrudées à plus de 1 500 °C, elle est ensuite rendue hydrophile par l’ajout d’une huile spéciale. Elle est composées de silice, d’alumine, d’oxyde de titane, de chaux, de magnésie, d’oxyde de manganèse, de potasse, d’oxyde de fer, et d’oxyde de sodium. La laine de roche n’est pas chimiquement inerte, elle peut libérer du calcium.
Fibres de coco
Ce matériau se trouve sous forme de pains ou sous forme brut à placer dans des bacs, ou des pots. La fibre de coco est fabriquée à partir de l’écorce de noix de coco râpée, puis traitée. Elle est de pH neutre, c’est un substrat inerte.
Avantages :
Le coco en sac s'utilise seul dans des pots comme la terre.
Il est réutilisable à condition d'être désinfecté entre chaque utilisation.
Il est très aéré et augmente la formation de micro-racines.
Sec, il est très léger.
Il a une forte capacité de rétention d'eau (10 fois son poids).
Il est assez bon marché compte-tenu du fait qu'il peut se réutiliser plusieurs fois.
Il est dénué de parasites au départ ou de maladie du sol.
Il a une faible inertie thermique.
Il est biodégradable en ce qui concerne le substrat.
Sécuritaire[évasif] et sans danger pour la santé.
Augmente les rendements.[réf. souhaitée]
Inconvénients :
Ce système est polluant car la production et le transport depuis des contrées lointaines de substrat de noix de coco se fait grâce à des énergies fossiles.
Il perd de sa porosité au cours de son utilisation.
Il demande des engrais adaptés beaucoup plus chers.
Hydroponie et pesticides
Les monocultures intensives sont vulnérables à la propagation rapide de pathogènes.
L'usage des pesticides en serre (milieu plus ou moins fermé) et dans les systèmes fermés d'irrigation ou de brumisation pose des problèmes particuliers de dosage et de qualité de l'air intérieur de la serre ou du liquide nutritif ;
Dans une serre agricole (hydroponique ou non, et même bien aérée), l'air peut ainsi être très concentré en pesticides, notamment dans les heures qui suivent l'épandage (s'il y a eu épandage de tels produits sur les plantes ou le sol ou fumigation). De plus, pour certains produits, la serre pourrait se comporter comme un réacteur photochimique. Respirer ces produits chimiques (ou mélanges de produits) a des effets sur la santé des travailleurs encore mal compris, éventuellement synergiques (effet combiné de pesticides entre eux, ou avec leurs molécules de dégradation ou de photo-dégradation, ou sensibilisation croisée avec l'exposition à la lumière, etc.).
Les teneurs de l'air en pesticide ou molécules de dégradation varient principalement selon le taux d'application et la volatilité (constante de Henry) du produit. On a ainsi montré1 en serre de culture hydroponique que les épandeurs respirent plus de chlorothalonil que de méthamidophos. La durée de présence dans l'air varie selon ce même paramètre, mais aussi selon la vitesse de dégradabilité des molécules (notamment à la lumière). Pour le Méthamidophos (très volatile), le pic de concentration dans l'air apparait environ 2 heures après l'application (27,5 μg/m3), en raison de sa forte volatilité, et jusqu'à 12 heures après l'application, une diminution rapide est enregistrée dans l'air (pour arriver à 0,45 μg/m3 6 jours après l'application)1. Le Chlorothalonil bien que moins volatile atteint 4,9 Ng/m3 après application, pour arriver à 0,15 μg/m3 à 6 jours après l'application1. Ces deux pesticides ont été mesurés dans l'eau de vidange du système hydroponique où les taux, élevés après l'application diminuent régulièrement en 3 jours environ. Dans un système hydroponique fermé, ces deux pesticides sont accumulés dans le milieu nutritif durant 24 heures puis "disparaissent" lentement en 3 jours environ1..
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Extrait de Wikipedia - [ clic ]
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