一, Les bases de la photobiologie : comment les plantes « voient » la lumière LED
Les plantes peuvent voir la lumière grâce aux effets combinés du système pigmentaire photosynthétique et des pigments photosensibles. La chlorophylle a/b absorbe mieux la lumière à 660 nm de rouge et 450 nm de bleu, tandis que les caroténoïdes aident à 480 nm de bleu. Cette sélectivité spectrale naturelle permet à la technologie LED d’affecter la croissance des plantes en modifiant soigneusement les composants du spectre.
Le spectre des lumières LED ordinaires (LED blanches) est conçu pour la vue humaine, mais il contient toujours une lumière bleue (450 à 470 nm) et une lumière rouge (620 à 660 nm) dont les plantes ont besoin pour la photosynthèse. Des études indiquent qu'environ 18 à 25 % du flux de photons émis par les LED blanches se situe dans le spectre de rayonnement photosynthétique efficace pour les plantes (400 à 700 nm). Ce pourcentage est inférieur aux 80 à 90 % des lampes professionnelles pour plantes, mais il permet néanmoins de couvrir les besoins minimaux de lumière supplémentaire. Par exemple, lorsqu'il pleut ou lorsqu'il n'y a pas beaucoup de lumière à l'intérieur, des lampes LED ordinaires peuvent maintenir les plantes exposées à la lumière pendant 14 à 16 heures par jour. Cela raccourcit le cycle de vie des aliments verts comme la laitue de 15 à 20 %.
2, scénario d'application : la gamme de lumières LED typiques
1. À court-plus de lumière et de plantes avec des feuilles
Pour les plantes à feuilles, comme le jacquier et le chlorophytum comosum, des lumières LED ordinaires peuvent être utilisées comme sources de lumière à court terme. Des expériences ont démontré qu'irradier les plantes 6 heures par jour à une distance de 30 cm peut augmenter la teneur en chlorophylle de leurs feuilles de 12 à 15 %. Mais une utilisation prolongée (plus de trois mois) pourrait rendre les tiges trop longues et il faudrait les tailler régulièrement.
2. Cultiver des plants et des plantes herbacées
Lors de la fabrication de plantes herbacées comme des pousses et des herbes dans une usine, les lumières LED ordinaires et les films réfléchissants peuvent utiliser 80 % de l'énergie lumineuse. Une ferme familiale de Shenzhen a utilisé un plafonnier LED modifié (valeur PPFD d'environ 120 μ mol/m²/s), ce qui a augmenté le taux d'enracinement des plants de basilic de 65 % à la lumière naturelle à 92 %. Mais le taux de fructification des cultures fruitières (comme les tomates) n’a augmenté que de 8 %, ce qui est bien inférieur à l’augmentation de 35 % provoquée par l’éclairage professionnel des plantes.
3. Un éclairage de secours au fil des saisons
En hiver, des lumières LED ordinaires peuvent être utilisées pour éclairer les serres dans les régions nordiques. Des tests dans une base de légumes dans la province du Hebei ont montré que l'ajout régulier de lumières LED pendant 4 heures par jour, même lorsque le temps est très mauvais et qu'il y a moins de 4 heures de lumière, peut maintenir 78 % du rendement normal du concombre. Cependant, la teneur en vitamine C du fruit est inférieure de 19 % à celle du groupe d'éclairage d'appoint professionnel.
3, problèmes techniques : trois problèmes principaux avec les lumières LED ordinaires
1. Parties spectrales déséquilibrées
La lumière verte (500 à 570 nm) représente 40 à 50 % des lumières LED ordinaires, mais les plantes n’en absorbent que moins de 5 %. Cette « lumière inefficace » rend non seulement l’énergie lumineuse moins utile, mais elle peut également augmenter la température des feuilles de 2 à 3 degrés Celsius par effets thermiques. Pour résoudre ce problème, l’espacement des lampes doit être augmenté (de préférence 40 à 50 cm).
2. Pas assez d’intensité lumineuse
Les lampes professionnelles pour plantes peuvent avoir une valeur PPFD de 600 à 1 000 μ mol/m²/s, tandis que les lampes LED ordinaires n'ont qu'une valeur PPFD de 80 à 150 μ mol/m²/s à une distance de 30 cm. Pour les cultures qui ont besoin de beaucoup de lumière pour prospérer (comme les piments), les lumières LED ordinaires doivent rester allumées pendant plus de 12 heures pour produire le même effet que les lumières professionnelles pendant 6 heures. Cela consomme 2,3 fois plus d’énergie que les lampes professionnelles.
3. Pas de régulation dynamique
Pour que les plantes poussent, la qualité de la lumière doit changer entre la phase de croissance végétative (lorsque 60 % de lumière bleue est nécessaire) et la période de croissance reproductive (lorsque 70 % de lumière rouge est nécessaire). Les lumières LED normales ont un spectre fixe et ne peuvent pas modifier la qualité de la lumière de manière dynamique comme le peuvent les lumières professionnelles. Cela provoque un « léger inconfort de qualité » dans les cultures comme les tomates, ce qui signifie des tiges faibles pendant la période de croissance nutritionnelle et une différenciation insuffisante des boutons floraux pendant la période de croissance reproductive.
4, Plan d'optimisation : Un plan pour améliorer le fonctionnement des lumières LED ordinaires
1. Technologie pour changer le spectre
Une partie de la lumière verte peut être transformée en lumière rouge en appliquant de la poudre fluorescente sur la surface des perles LED. Il existe déjà des kits sur le marché qui peuvent remplacer les lumières LED ordinaires de manière à ce qu'elles aient 15 à 30 % de lumière rouge en plus et 18 % d'efficacité photosynthétique en plus. Par exemple, lors de la culture de plantes succulentes, les lumières LED personnalisées peuvent rendre les plantes 25 % plus compactes et les feuilles 12 % plus épaisses.
2. Mettre en place un système de réflexion
Lorsqu'il est utilisé avec des réflecteurs en feuille d'aluminium ou des revêtements réfléchissants diffus, le taux d'utilisation de l'énergie lumineuse peut passer de 35 % à 58 %. Un test en laboratoire à domicile à Hangzhou a révélé qu'après avoir utilisé un système réfléchissant dans une zone de plantation de 1 ㎡, la lumière supplémentaire des lumières LED ordinaires n'est que 68 % aussi bonne que celle des lumières professionnelles, mais elles ne coûtent que 1/5 de plus.
3. Module de contrôle intelligent
Un capteur photosensible externe et une minuterie peuvent modifier automatiquement la quantité de lumière et l'heure. Par exemple, si le niveau de lumière ambiante est inférieur à 2 000 lux, le système allume automatiquement la lumière d'appoint LED pendant la durée donnée pour éviter la suppression de la lumière due à une trop grande quantité de lumière.
5, Tendance du marché : comment les lumières LED régulières changent
À mesure que les usines s'installent dans les maisons, le remplacement des lampes LED classiques par des éléments « à base de plantes » est devenu une nouvelle mode. En 2024, des entreprises comme Xiaomi et Philips lanceront des « ampoules LED à spectre complet ». Ces ampoules utilisent une technologie de combinaison multi-puces pour couvrir toute la plage de 400 à 700 nm, ont une valeur PPFD de 200 μ mol/m²/s et coûtent 60 % de moins que les lampes professionnelles. Ce type de produit représente 32 % du marché du jardinage sur balcon et devrait représenter plus de 50 % d’ici 2025.
Dans le même temps, la conception modulaire est devenue une nouvelle idée importante. La « barre lumineuse de croissance des plantes » d'IKEA peut être facilement ajoutée aux lampes LED actuelles. Vous pouvez modifier le spectre et la luminosité de la lumière avec une application mobile, transformant immédiatement les lampes ordinaires en « lumières intelligentes pour plantes ». Cette approche de « transformation légère » facilite la création d’entreprises de production d’usines à domicile.
