1. Le code scientifique de la photosynthèse : un dialogue quantique entre les plantes et la lumière
La chlorophylle et les caroténoïdes sont les pigments qui absorbent certaines longueurs d'onde de la lumière lors de la photosynthèse chez les plantes. La chlorophylle a/b absorbe le plus de lumière dans la plage de lumière rouge de 620 à 680 nm et dans la plage de lumière bleue de 430 à 460 nm. Les caroténoïdes aident à absorber la lumière dans la plage de lumière bleue - violette de 400 à 500 nm. Cette sélection naturelle provient de la façon dont le spectre solaire est réparti sur toute la surface de la Terre : la lumière rouge représente environ 42 % de la lumière visible et la lumière bleue environ 10 %. C’est exactement ce dont les plantes ont besoin pour capter la lumière.
Le système de perception lumineuse de la plante est composé de phytochrome et de cryptochrome. La lumière rouge (660 nm) modifie la forme du pigment photosensible Pr en Pfr, ce qui provoque des réactions physiologiques telles que la germination des graines et l'inhibition de l'allongement de la tige. La lumière rouge lointaine (730 nm) fait le contraire. Le cryptochrome contrôle l'ouverture et la fermeture des stomates, les rythmes circadiens et la production d'anthocyanes en détectant la lumière bleue (450 nm). Les plantes peuvent modifier leur façon de se développer en fonction de la quantité de lumière qu'elles reçoivent grâce à ce système de régulation de la lumière au niveau moléculaire.
L'analyse quantitative du PPFD (densité de flux de photons photosynthétiques) et du YPFD (densité de flux de photons à rendement) élucide la nature fondamentale de l'efficacité de l'éclairage. Un PPFD de 1 μ mol/m²/s signifie que chaque mètre carré reçoit 1 photon micromolaire par seconde. YPFD, quant à lui, montre dans quelle mesure l’énergie lumineuse est utilisée en tenant compte des contributions photosynthétiques des différentes longueurs d’onde. Lorsque la laitue est exposée à un spectre de lumière bleue de 40 %, elle contient 20 % de vitamine C en plus et des feuilles 15 % plus épaisses. Lorsque la lumière rouge représente 60 % de la lumière, la quantité de matière sèche augmente de 25 %.
2. La révolution agricole de la technologie LED : passer du laboratoire à l'usine (1) La révolution de la « formule lumineuse » dans les usines végétales01)(1)L'usine végétale de Yangling utilise un système de culture tridimensionnel avec des couches, et chaque couche possède son propre module de contrôle spectral. Un « repas léger et doux » avec 60 % de lumière bleue est utilisé pour aider les racines à pousser et les tiges à s'épaissir pendant le stade des semis. Pendant la période de croissance nutritionnelle, un « repas léger de satiété » de lumière rouge bleue 1:1 accélère l’accumulation de produits photosynthétiques. Pendant la période de croissance reproductive, la quantité de lumière rouge lointaine est augmentée pour contrôler le moment de la floraison et la qualité du fruit. Cette gestion spectrale dynamique permet à la laitue de produire 2 500 graines par jour sur 1 469 mètres carrés, soit 50 fois plus que les exploitations typiques.
(2) Moteur actionné par la lumière pour accélérer la reproduction
Grâce à la gestion de la photopériode, le centre technologique de Yangling du groupe Sinochem Syngenta en Chine est capable de cultiver cinq générations de maïs chaque année. La technologie LED de la serre intelligente imite la lumière du soleil tropicale, raccourcissant le cycle de reproduction de 120 jours à 48 jours. La méthode de régulation de la qualité de la lumière a rendu le pollen des épis de maïs mâles plus actif de 30 %, le taux de pollinisation des épis de maïs femelles de 25 % et le poids de 1 000 grains de 5 grammes par acre. Le système de contrôle environnemental IoT rend l’élevage 2,5 fois plus efficace que l’ancien mode sur le terrain.
(3) La « révolution de l'efficacité lumineuse » dans l'agriculture d'installation
La coopérative agricole Baoshihong du comté de Yanggao, province du Shanxi, montre que l'utilisation de lumières LED a augmenté le nombre de couches de fruits sur les plants de tomates de trois à cinq et le revenu annuel de chaque serre de 20 000 yuans. Les 700 yuans par saison pour l'électricité et les 2 000 yuans par saison pour les économies d'engrais ont conduit à d'importants gains économiques. Selon les données du marché, les légumes cultivés en usine qui utilisent une lumière d'appoint LED contiennent 18 % de vitamine C en plus, 22 % de nitrate en moins et 15 % de taux de produit en plus.
3. Avancées technologiques et améliorations de l’industrie : la croissance de l’éclairage agricole à LED
(1) Précision dans le spectre
En combinant de nombreuses puces, la technologie LED à spectre complet peut produire une sortie spectrale continue de 400 à 780 nm. Il est également 40 % plus efficace que les lampes fluorescentes classiques, avec une efficacité lumineuse de 2,8 μ mol/J. La ferme verticale de Qingdao utilise une conception spectrale exclusive qui réduit le temps nécessaire à la croissance de la laitue de 15 jours et la quantité d'énergie qu'elle utilise de 35 %.
(2) Une révolution dans l’efficacité énergétique
La puce LED de troisième génération augmente l'efficacité lumineuse à 3,2 μ mol/J. Il fonctionne avec un mécanisme de gradation intelligent pour vous fournir de la lumière lorsque vous en avez besoin. Les informations du parc de démonstration de Yangling démontrent que le contrôle dynamique de l'éclairage a réduit la consommation d'énergie par unité de production de 0,35 kWh/kg à 0,22 kWh/kg, ce qui se situe désormais au niveau avancé international.
(3) Intégration intelligente
Un système de connexion « engrais à eau à température légère » est né de la combinaison de l’IA et de l’Internet des objets. Le système de gestion intelligent de Lanjian Intelligent Technology Plant Factory collecte des données environnementales toutes les 30 secondes et les utilise pour optimiser l'intensité lumineuse, le rapport spectral et la concentration de CO₂. L'enquête a révélé que cette technique permettait à la laitue de pousser 18 % plus rapidement et de réduire de 40 % les ravageurs et les infections.
