Nous souhaitons remercier le professeur Mark Lefsrud de l'Université canadienne de MCGill ainsi que David Kuack (journaliste technique Freelance) et la société Hort Americas qui nous ont autorisé à reprendre une de leurs publications, nous ont fournit les photos de cet article, et ont accepté de répondre à nos questions. Big Up à eux tous !

Mark Lefsrud est  chercheur/professeur au département d'ingénierie des ressources naturelles. Il travaille actuellement sur la technologie des lampes LEDs horticole. Ses travaux sont trés novateurs et montrent le futur des lampes LEDs horticoles. 

Voici comment il présente ses recherches : "Nous devons aller vers une étude des lampes à très haute intensité afin de comprendre ce qu'il se passe pour les plantes. La NASA a fait un travail préliminaire de recherche sur les lampes LED à haute intensité, mais nous sommes allés plus loin". Selon lui la majorité des études sont faites sur des niveaux de 150 micromoles (μmol m-2 s-1). Si ça vous semble un terme barbare, vous pouvez lire notre rapide guide sur la lumiére horticole. Mais selon lui "Personne ne fait pousser des plantes à ce niveau de lumière, les lumières horticoles utilisées produisent 300 μmol m-2 s-1 ou plus. On est allez bien au dessus de cela avec des taux allant jusqu'à 5000 μmol m-2 s-1. les plantes ont commençé alors à répondre comme dans un environnement extérieur classique".
C'est à relativiser car on a déja trouvé des études scientifiques à 1000, 1500 μmol m-2 s-1. En revanche il n'a pas tort de dire qu'on est en général bien au dessus des 150 μmol m-2 s-1. Dans le maraîchage, des éclairages LEDs de 200 μmol m-2 s-1 sont utilisés, voire beaucoup plus dans la jardinage d'intérieur (750-1500 est un taux souvent atteint). En revanche 5000 μmol m-2 s-1 ou plus, c'est juste du jamais vu sur le marché...

Une petite photo du monsieur dans son laboratoire canadien :

La fausse croyance

Mark Lefsrud indique qu'une croyance dans ce domaine est complètement fausse :"La croyance commune est de dire que les plantes habituées à l'ombre ne peuvent gérer des niveaux de luminosité très élevés. Et qu'elles n'y arrivent pas autant que des plantes habituées aux environnements très ensoleillés. Par exemple, la laitue est considérée comme une plante demandant de l'ombre, et on pense que la tomate est une plante demandant du soleil". Selon les résultats de ses recherches, c'est l'inverse : les plantes habituées à l'ombre gèrent beaucoup mieux de très haut niveau de lumière que les plantes considérées pour des environnement ensoleillés". Il déclare "quand nous envoyons 5000 μmol m-2 s-1 sur ces deux-là, les plants de tomates stressent et peuvent facilement mourir. Nous n'avons pas observé de mort de laitues à ces niveaux élevés. Les laitues continuent à pousser comme si de rien n'était."

 Selon lui, il y a deux explications qui lui paraissent probables :

• Les plantes faites pour des environnements ensoleillés donnent des fruits plus succulents si elles ont des feuilles épaisses, qui permettent de mieux gérer ce haut niveau de lumière.
• Les plantes qui soit-disant demandent un environnement ombragé (type laitue) sont en fait des plantes capables de supporter de très haut niveau de luminosité quand un rayon de soleil perce la canopée des arbres et arrive directement sur la tête. Suite à cela elles repassent dans l'ombre et se préparent à un autre rayon de soleil de haute intensité. Ces plantes sont capables d'une meilleure adaptation aux fluctuations de la lumière à l'opposé des autres (type tomates) qui demandent un flux élevé et continu de lumière.

Lampes LEDs Haute intensité

Pour le chercheur, les cultivateurs n'ont juste jamais essayé de faire pousser ce type de plantes à des niveaux de lumière très élevés par méconnaissance. Ceux-ci pensent que les plantes n'y survivraient tout simplement pas.

Il avance également "Une autre raison est que nous n'avons jamais réussi à produire des niveaux de luminosité de 5000 μmol m-2 s-1 avec des lampes" et que "Cela serait-il vraiment intéressant financièrement de produire des végétaux à ce niveau d'intensité lumineuse ? Maintenant que l'on sait que nous pouvons atteindre ce niveau, allons voir ce que ça donne. En tant que scientifiques et chercheurs nous devons mettre en place ces niveaux super élevés d’intensité lumineuse. Actuellement on essaye de faire des chose aux alentours de 10000 μmol m-2 s-1."

"Nous avons dû fabriquer ces lampes nous mêmes, ou nous les faire fabriquer sur mesure pour atteindre ces niveaux de luminosité. C'est une des difficultés : être capable de produire des lampes atteignant ce niveau de puissance".

Le chercheur rappelle que la moitié de l'énergie qui passe dans une diode LED se transforme en lumière, l'autre moitié en chaleur qu'il faut gérer.

"Les lampes fournissant ce très haut niveau génèrent beaucoup de chaleur !" et "Nous avons dû utiliser un système de couverture pour les LEDS  5000 μmol m-2 s-1, en les équipant d'un refroidissement liquide". Il rajoute "la plupart des LEDs ne peuvent pas gérer ce niveau de chaleur. Au début, le fabricant nous a indiqué que ses LEDs ne supporteraient pas la chaleur générée. On nous a dit que les lampes tiendraient uniquement quelques secondes. Alors, on les a refroidit  à -20° avec un refroidissement liquide et on a été capable de les faire tenir pendant deux semaines."

Evidemment, notre ami chercheur nous indique que c'est le futur ! Ce genre de lampes sera disponibles sur le marché d'ici quelques années selon lui. On tient à relativiser cette déclaration qui nous parait un tantinet optimiste. Quand on voit le prix actuel des lampes LEDs horticoles, beaucoup d'eau peut encore "couler sous les ponts" avant d'avoir des lampes LEDs haute intensité avec un système de refroidissement liquide simple et demandant peu de maintenance. En comparaison, il a fallu environ 10-15 ans au marché informatique pour sortir le "watercooling" sur le marché grand public à des prix raisonnables.

Pour lui "Ce n'est pas seulement les réactions des plantes à ces niveaux de luminosité qui changent, c'est aussi la manière dont les lampes doivent être installées". Et c'est là que l'entretien devient très très intéressant pour les habitués de la culture intérieure car il rajoute "Les cultivateurs n'auront plus besoin de faire venir la lumière d'en haut. Le flux lumineux pourra aussi venir d'en bas ou des côtés. Les lampes pourront être montées sur des mats et être déplacées. Cela ouvre de grandes possibilités pour de multiples couvertures lumineuses se recouvrant les unes des autres." Il enfonce le clou par "Nous avons toujours pensé que les lampes doivent être placées au dessus des plantes comme le soleil. Nous avons fait beaucoup de recherches qui prouvent que les lampes placées en dessous des plantes sont tout aussi efficaces."

Maximiser la croissance des plantes

Une autre partie de ces recherches concernent la problématique de maximiser la croissance des plantes avec le moins de lumière possible. Autant les lampes LEDs haute intensité watercoolées nous paraissent un futur lointain, autant la partie de "comment faire plus avec moins" nous paraît beaucoup plus intéréssante et applicable potentiellement rapidement...

Voici ce que ce chercheur nous en dit : "Quels sont les spectres de couleur dans la lumiére qui produisent le plus d'effets sur la croissance des plantes avec le moins possible de puissance lumineuse ? On a choisi d'étudier la question avec de la laitue, des tomates et des pétunias et voir leurs réactions face à des spectres différents. On a essayé plusieurs spectres, on a vu les plantes pousser anormalement deux fois plus vite. On a identifié que les plantes croissent plus vite si on utilise un spectre qui s'éloigne de l'infra-rouge pour être plus dans le rouge. On pense qu'on peut produire des laitues deux fois plus vite avec ce spectre. Avec une laitue qui produit normalement 20 grammes de feuilles dans les deux premiéres semaines, on peut accélerer son développement et produire 40 grammes dans la même période. Théoriquement donc la vitesse de croissance peut être doublée. Les laitues sont beaucoup plus "agressives" que les tomates. On n'a pas encore de résultats fiables sur les tomates et les pétunias mais la recherche est en cours."

Selon lui leurs recherches se concentrent sur des petites parties du spectre lumineux largement ignoré. "D'un point de vue croissance, nous ne pensons pas que l'infra rouge soit utile, en revanche le rouge et quelques autres élements du spectre le sont énormément. On a remarqué que la meilleure croissance pour des tomates est avec un ration de rouge/bleu d'environ 8:1  à 10:1. Environ 640nm pour le rouge et 440nm pour le bleu. Plus on intensifiait le bleu, plus la production de fruits et de fleurs augmentait. On a aussi testé à de très haut niveau de rouge (19:1), et c'est là qu'on a constaté une croissance foliaire explosive, en revanche il y avait trés peu de fleurs/fruits".

Bon là, ça va à l'encontre de toute l'information diffusée depuis des années par les pépiniéristes. Il est clairement expliqué que le bleu est bon pour la croissance et le rouge pour la floraison. Hors ce "petit" Monsieur nous explique que ses recherches prouvent...l'inverse. Si quelqu'un a déja eu l'idée iconoclaste de faire une croissance en HPS (lampe avec un spectre rouge) et une floraison en MH (lampe avec un spectre bleu), merci de contacter en urgence la rédaction d'Hortinews. On est très curieux de connaître le résultat. Promis on essaiera de notre côté et on vous tient au courant !

Mark Lesfrud indique aussi que ses recherches ne sont pas allées assez loin pour déterminer quel niveau de rouge et de bleu doit être donné aux plantes durant le stade végétatif ou au démarrage de la floraison.

Voici une photo des tomates de son laboratoire sous des lampes LED haute intensité :

Il enfonce le clou en indiquant "Nous sommes particuliérement sûr que de très haut niveaux de rouge augmentent la croissance, et qu'après cela le cultivateur voudra passer à de trés haut niveau de bleu pour la floraison. Pour les tomates, 40 jours après avoir germées, les plantes doivent recevoir beaucoup plus de bleu. Il existe plusieurs documents scientifiques indiquant qu'un haut niveau de lumière bleue augmente la puissance de la floraison. On pense que la lumière bleue est très importante".