Mesure des performances de la LED en horticulture
Comment mesure des performances de la LED en horticulture ? La LED, de par sa faible consommation, son importante durée de vie, son relativement faible dégagement de chaleur en comparaison des lampes au sodium haute pression ainsi que sa grande flexibilité spectrale, est également en plein développement pour le marché de l’horticulture.
Éclairage LED en horticulture
Quatre paramètres sont utilisés par les professionnels de l’éclairage pour caractériser l’usage des LED dans cette application particulière où le but est de maîtriser la croissance des végétaux que nous mangeons.
PAR : Photosynthetically Active Radiation (domaine de radiation photosynthétiquement actif)
- [1] K.J. McCree “The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants Agricultural Meteorology“ Volume 9, 1971–1972, Pages 191-216
Les plantes utilisent principalement la lumière présente dans le domaine de longueur d’onde entre 400 et 700 nanomètres. Le PAR (domaine de radiation photo-synthétiquement actif) illustré ci-dessus (en vert) n’est pas un métrique de mesure mais définit la fenêtre de lumière requise pour que la photosynthèse puisse se faire. La quantité et la qualité de la lumière spectrale dans le PAR sont les métriques importants à considérer. La courbe de McCree (aussi appelée la courbe de sensibilité des plantes) représente quant à elle la réponse photosynthétique moyenne des plantes à l’énergie lumineuse. Tout horticulteur doit se poser trois questions quant il recherche des systèmes d’éclairage en horticulture :
- Quelle proportion du PAR le luminaire est-il en mesure de produire (Photosynthetic Photon Flux, voir ci-dessous) ?
- Quelle proportion instantanée du PAR du luminaire est disponible pour la plante (Photosynthetic Photon Flux Density, voir ci-dessous) ?
- Quelle quantité d’énergie totale est utilisée par le luminaire afin de rendre disponible le PAR pour la plante (efficacité photonique).
PPF : Photosynthetic Photon Flux (Flux de photons photosynthétiques)
Le PPF mesure la quantité du PAR qui est produite par un système lumineux. Cette mesure est faite en utilisant une sphère d’intégration qui capture et mesure essentiellement tous les photons émis par un système d’éclairage afin d’obtenir le spectre en émission de la source lumineuse.
L’unité utilisée pour exprimer le PPF est la micromole par seconde (µmol.s-1). C’est probablement la seconde plus importante méthode employée afin de mesurer un système d’éclairage horticole, même si la plupart des entreprises du domaine de l’éclairage ne listent pas ce métrique. Il est important de souligner que le PPF ne dit pas quelle proportion de la lumière mesurée arrive effectivement sur la plante, mais c’est un métrique important lorsque l’on souhaite calculer l’efficacité d’un système d’éclairage.
PPFD : Photosynthetic Photon Flux Density (Densité de flux de photons photosynthétiques)
Le PPFD mesure la quantité du PAR qui arrive effectivement sur la plante, ou comme un scientifique dirait : « le nombre de photons photo-synthétiquement actifs qui tombent sur une surface donnée à chaque seconde ». Le PPFD est un « point » de mesure à un endroit spécifique sur la canopée des plantes. Il est mesuré en micromoles par mètre-carré et par secondes (µmol.m-2.s-1). Il est le produit du PPF fois l’illuminance. Afin de mesurer la véritable intensité de lumière d’une lampe au-dessus d´une surface cultivée donnée (par exemple 1 m x 1 m), il est important de le calculer en prenant la moyenne de plusieurs mesures de PPFD à une hauteur définie.
Les entreprises du domaine de l’éclairage qui ne publient que le PPFD à un point central d’une surface cultivée tendent à surestimer la véritable intensité de lumière d’une installation. Une unique mesure ne donne qu’une information partielle car les luminaires en horticulture délivrent en général une lumière plus intense au centre de la surface illuminée, avec des niveaux de lumière qui diminuent lorsque les mesures sont faites de plus en plus en direction des extrémités de la surface couverte.
PSS : Phytochrome Photostationary State (état photo-stationnaire phytochromique)
En biochimie, l’état photo-stationnaire d’une réaction photochimique réversible est la composition à l´équilibre chimique sous un type spécifique d´irradiation. C’est une propriété d’importance particulière pour les composés photochromiques. Elle est souvent utilisée comme mesure de leur efficacité pratique et usuellement donnée comme un ratio ou un pourcentage. Un ratio de 0 correspond ainsi à une cinétique de réaction photochimique allant totalement dans le sens des produits de réaction. Un ratio de 1 correspond quant à lui à une cinétique de réaction photochimique allant totalement dans le sens des réactifs (réaction inverse).
La position de l’état photo-stationnaire est principalement fonction des paramètres d’irradiation, du spectre en absorption des espèces chimiques et du rendement des réactions photochimiques.
- [2] Mayank Anand Gururani, Markkandan Ganesan, Pill-SoonSong, “Photo-biotechnology as a tool to improve agronomic traits in crops.” Biotechnology Advances, Dec 2014
Les phytochromes sont des photorécepteurs présents dans tout organisme végétal. Ils interviennent dans la synthèse de la chlorophylle mais commandent aussi plusieurs mécanismes importants dans la croissance des végétaux. Le ratio entre la forme Pr (rouge) et la forme Pfr (rouge lointain) évolue de façon réversible avec la longueur d’onde d’irradiation. Le ratio entre les deux permet de déclencher au niveau de la plante des effets tels que la germination, la tolérance à la lumière, la floraison en horticulture.
Dans le détail, le PSS (Phytochrome Photostationary State) est défini comme le ratio entre la quantité de la forme Pfr sur la quantité totale des deux formes.
Conclusion
Nous avons vu au cours de cet article sur de l’éclairage en horticulture que même si le point de départ des champs d’application de la technologie LED est toujours le même : le spectre lumineux, les différentes méthodes permettant d´en mesurer l´utilité pour chacune des branches de cette industrie sont quant à elles diverses et variées.
Les mesures quantifiables montrent l’utilité d’un spectre adapté à la croissance des végétaux, pour améliorer
- le rendement énergétique des luminaires et/ou celui des surfaces cultivées,
- le nombre de récoltes,
- les qualités des végétaux (plantes, fleurs, fruits et légumes) cultivés sous serre.
Mais bien entendu, d´autres indices, non décrits dans cet article existent ou sont en cours de développement, par exemple dans les domaines de l’affichage (téléviseurs, moniteurs, écrans de publicités) ou dans celui de la communication par la lumière (LiFi).
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Bonjour.
Ton article est intéressant, merci. Aurais-tu sous la main, les coordonnées d’un fabricant/distributeur de matériel d’éclairage pour équiper une serre ?
Merci d’avance et … Bonne année !
Thierry W.