1. Principe technique : Les lampes LED pour plantes ont un problème de « froid » et de « chaud ».
Les principaux avantages des lampes LED pour plantes sont qu’elles sont très précises en termes de couleur et consomment moins d’énergie. Les plantes utilisent principalement la lumière rouge (620 à 680 nm) et la lumière bleue (430 à 460 nm) pour la photosynthèse. Les lumières LED, quant à elles, concentrent l’énergie sur la région du pic d’absorption des plantes en utilisant une puce de lumière rouge (660 nm) et une puce de lumière bleue (460 nm). Les LED sont beaucoup plus efficaces pour convertir la lumière en électricité que les lampes HPS, qui ne font que 30 % du travail. Pour cette raison, on l’appelle « source de lumière froide ». Sa température de surface est normalement inférieure à 50 degrés et lorsqu'elle est proche des lames (20 à 50 cm), elle ne les brûle pas. Le taux de consommation d'énergie lumineuse atteint 95 %, bien que les lampes HPS n'en consomment que 35 %.
Le terme « source de lumière froide », en revanche, peut donner l’impression que gérer sa chaleur est plus compliqué qu’il ne l’est en réalité. Même si les LED ne dégagent pas beaucoup de chaleur directement, elles dégagent néanmoins environ 20 % de chaleur perdue lorsqu'elles transforment l'énergie électrique en lumière. Par exemple, une lampe LED de 12 watts a une puissance d’environ 10 watts, et environ 8 watts seraient transformés en chaleur. Si la conception de dissipation thermique n'est pas assez bonne (par exemple, si pas assez d'aluminium est utilisé ou si la conductivité thermique est faible), la température de surface de la lampe peut dépasser 65 degrés, ce qui entraînerait une accumulation de chaleur dans certaines zones et réduirait la durée de vie et la stabilité de la source lumineuse. De plus, les propriétés « froides » des LED peuvent aggraver les pertes de chaleur dans les serres en hiver, lorsque les températures sont basses dans le nord. Cela signifie qu’il faut davantage de chauffage pour maintenir la température des cultures en croissance.
2. Utilisation pratique : un plan pour que les LED et HPS fonctionnent ensemble pour fournir une lumière supplémentaire
En réponse à la difficulté « froide » des LED, l'industrie a étudié un moyen de faire fonctionner ensemble les lampes LED et HPS pour fournir une lumière supplémentaire, ce qui a conduit à des améliorations à la fois de l'éclairage et de la température. Dans les serres du nord, la chaleur produite par les lampes HPS constitue un « boost clé ». La chaleur qu'elles dégagent lorsqu'elles sont allumées peut augmenter la température à l'intérieur de la serre tout en dégageant une lumière supplémentaire, ce qui réduit la quantité d'énergie nécessaire au chauffage. Les lumières LED consomment globalement moins d’énergie, ce qui réduit les coûts. Par exemple, dans une serre à Shouguang, Shandong, qui cultive des tomates, l'utilisation de lampes LED et HPS pour un éclairage supplémentaire a réduit le cycle de croissance de 5 à 7 jours, augmenté le rendement de 15 à 20 %, augmenté la teneur en sucre du fruit de 1 à 2 points de pourcentage et rendu la couleur plus brillante. Lors de la culture des fraises, la chaleur du HPS et la lumière rouge et bleue exacte des LED peuvent augmenter le taux de nouaison des fruits de plus de 20 %, le poids moyen des fruits de 10 % et le temps nécessaire pour que les fruits mûrissent, ce qui les rend plus faciles à cueillir et à vendre.
La validité scientifique de cette méthode collaborative repose sur son adéquation précise aux exigences des cultures. Les lumières LED peuvent modifier le spectre : les légumes à feuilles ont besoin de 30 % de lumière bleue pour produire de la chlorophylle, les fleurs et les fruits ont besoin de 70 % de lumière rouge pour accélérer l'accumulation de glucides, et les plantes médicinales ont besoin de 10 % de lumière ultraviolette pour augmenter la teneur en métabolites secondaires. Le supplément de chaleur des lampes HPS est destiné à fonctionner pendant les hivers froids du nord, où les lumières LED seules pourraient ne pas être assez chaudes. Par exemple, l’usine intégrée de stockage de lumière située dans le désert d’Ulan Buh, en Mongolie intérieure, utilise une combinaison de LED et de pompe à chaleur géothermique pour stocker 42 kilogrammes de dioxyde de carbone par mètre carré chaque année et économiser 40 % sur les dépenses énergétiques.
3. Contrôler la température : une autre manière d’améliorer l’éclairage des plantes à LED
Même lorsque l'aide de l'éclairage HPS n'est pas nécessaire, les éclairages d'usine à LED peuvent toujours obtenir un contrôle parfait de la température grâce à des améliorations technologiques. Les principaux éléments de sa stratégie sont :
Amélioration de la conception pour la dissipation thermique : la température de surface de la lampe est maintenue en dessous de 50 degrés grâce à l'utilisation de matériaux présentant une excellente conductivité thermique (tels que des substrats en cuivre) et des structures d'ailettes de dissipation thermique. Par exemple, le système Philips GrowWise utilise la technologie de refroidissement liquide pour prolonger la durée de vie des puces LED de 50 000 heures et réduire les effets du rayonnement thermique sur les cultures.
Une façon intelligente de contrôler les lumières : grâce à des capteurs et à la technologie IoT, il modifie automatiquement l'intensité et le rapport spectral de la lumière en fonction du stade de croissance des cultures et de la température ambiante. La « Lampe LED pour la culture de tissus à spectre réglable » fabriquée par l'Université agricole de Nanjing, par exemple, surveille la température à l'intérieur de la serre en temps réel via une plate-forme cloud. Il réduit automatiquement la quantité de lumière bleue lorsque la température descend en dessous de 15 degrés (le taux d'absorption de la lumière bleue diminue à mesure que la température baisse) et augmente la quantité de lumière rouge et rouge lointain (730 nm) pour aider les cultures à exprimer des gènes résistants au froid-.
Disposition d'éclairage par couches : Dans une ferme verticale, des bandes lumineuses LED sont placées au-dessus de chaque support de culture, et l'espace entre les couches n'est que de 0,8 mètre. Le contrôle de la température en couches permet de tirer le meilleur parti de la zone. Par exemple, la couche supérieure de la chambre de culture intelligente de Phalaenopsis de la ferme Yuntai à Lianyungang utilise une lumière rouge de haute intensité (800 μ mol/m ²/s) pour encourager la floraison, tandis que la couche inférieure utilise une lumière bleue de faible intensité (300 μ mol/m ²/s) pour faire pousser des semis. Un système de climatisation maintient la température de chaque couche à 25 degrés et 20 degrés, respectivement. Cela raccourcit le cycle de floraison de 15 jours.
