La Michigan State University a ouvert son laboratoire d’éclairage à environnement contrôlé (CELL) en 2017. L’installation de recherche agricole verticale de 400 pieds carrés est utilisée pour étudier la production intérieure de cultures spécialisées de haute valeur, y compris les produits comestibles et les plantes ornementales avec des lampes de culture à LED.
«Les deux principales cultures que nous étudions sont les légumes-feuilles, y compris la laitue frisée rouge et verte, et les plants de floriculture, en particulier les semis», a déclaré le professeur d’horticulture Erik Runkle. «Nous sommes assez nouveaux dans le domaine des légumes-feuilles. Nous avons commencé à effectuer des recherches avec eux il y a environ trois ans, alors que nous travaillons sur l’éclairage intérieur des bouchons de floriculture depuis 2011. Ce qui a été intéressant, c’est de comparer et de contraster les réponses entre les différentes cultures. Il n’est pas surprenant qu’il y ait beaucoup plus de similitudes que de différences. »
Les recherches sur l’éclairage intérieur menées dans le laboratoire d’éclairage ne portent que sur des lampes de culture à LED. Les luminaires LED utilisés ont été conçus par OSRAM. Un produit LED OSRAM similaire est maintenant commercialisé sous le nom de Phytofy.
«Les appareils OSRAM que nous utilisons dans nos études fournissent sept gammes d’ondes différentes et chacune peut être contrôlée indépendamment», a déclaré Runkle. «Nous utilisons le luminaire OSRAM dans toutes nos études d’éclairage intérieur. Ce luminaire dispose d’un système d’éclairage sophistiqué qui nous permet de fournir un nombre infinitésimal de combinaisons d’intensités lumineuses et de différentes bandes d’ondes.
«Certaines des études menées pourraient concerner la production en serre, mais le plus souvent, les résultats de la recherche que nous apprenons à l’intérieur ne s’appliqueront pas aux serres. Dans les serres, nous complétons la lumière du soleil. Ce que nous avons constaté, c’est que le spectre lumineux a moins d’effet dans la serre car il y a toute la lumière du soleil de fond par rapport à la production en intérieur. La capacité de contrôler ces différents traits de croissance et de qualité est nettement plus grande avec un éclairage intérieur que dans une serre. »
Utiliser la lumière pour manipuler la croissance des plantes
Runkle a déclaré qu’en travaillant avec différentes cultures, la recherche sur l’éclairage intérieur en cours tente d’obtenir des caractéristiques de qualité très différentes.
«Les semis sont généralement cultivés de manière économique dans des serres», a-t-il déclaré. «Produire quelque chose à l’intérieur va coûter plus cher. Le défi et la raison pour laquelle nous examinons les plantes ornementales dans la production en intérieur est qu’il y a encore beaucoup de variabilité saisonnière.
«S’il y a une période de nébulosité prolongée ou une période de temps ensoleillé qui ne se produit normalement pas, ces conditions météorologiques imprévisibles peuvent entraîner des plantes qui finissent trop tôt ou trop tard. La culture de plantes à l’intérieur élimine un grand nombre de ces problèmes car les conditions environnementales peuvent être complètement contrôlées.
Runkle a déclaré que la recherche sur les légumes-feuilles examinera l’impact de la lumière sur différents attributs des plantes.
«Avec les légumes-feuilles, les producteurs sont plus préoccupés par les préférences des consommateurs pour la saveur et la texture, ainsi que le rendement et la biomasse des plantes», a-t-il déclaré. «En partie, la lumière peut être utilisée pour manipuler ces différents attributs. Avec les cultures floricoles, les producteurs essaient généralement de produire une petite plante compacte et, dans certains cas, essaient de développer des boutons floraux tôt. Dans d’autres cas, les producteurs essaient de retarder la floraison. »
Photos avec l’aimable autorisation d’Erik Runkle, Michigan St. Univ.
Runkle a déclaré qu’avec les cultures floricoles, l’accent était mis sur la floraison et les aspects de croissance pour la compacité.
«Beaucoup de temps peut être retiré de la production en éclairant les cultures comestibles et ornementales», a-t-il déclaré. «Pour les légumes-feuilles, le temps de production peut être divisé par deux par rapport aux grandes cultures. Pour les cultures floricoles, le temps de production peut être réduit d’une semaine ou deux selon la culture.
Un autre domaine de recherche que Runkle souhaite étudier est de déterminer comment la lumière interagit avec d’autres paramètres environnementaux, en particulier la température.
«À l’heure actuelle, nous nous concentrons sur l’éclairage et c’est ce que font aussi beaucoup de mes collègues», a-t-il déclaré. «Mais nous devons également tenir compte des effets de la température sur le taux de croissance des plantes. En manipulant la température et la lumière, nous pouvons probablement réduire le temps de production encore plus que ce que nous avons pu réaliser.
Les effets de différentes bandes d’ondes
La plupart des recherches sur la lumière de croissance à LED qui ont été effectuées avec des légumes-feuilles ont étudié les effets de la lumière rouge et bleue.
«Nous avons une assez bonne compréhension de l’interaction entre la lumière rouge et bleue et comment cela affecte les légumes-feuilles», a déclaré Runkle.
«Les deux gammes d’ondes pour lesquelles beaucoup moins d’informations ont été collectées sont vertes et bien rouges. Le travail le plus récent que nous avons effectué consiste à examiner ces deux gammes d’ondes dans des expériences indépendantes. Le rouge lointain est un peu plus prévisible et mieux connu. Nous en savons probablement le moins sur le feu vert. Notre groupe se concentre sur certaines de ces bandes d’ondes moins utilisées et essaie d’évaluer s’il y a un ajustement, un besoin ou un avantage à les inclure dans un luminaire par rapport à s’en tenir à un luminaire blanc ou à un luminaire rouge / bleu. »
Pour les cultures floricoles que Runkle étudie, l’accent est mis sur la collecte de plus de détails sur les avantages d’ajouter du rouge lointain au spectre lumineux.
«Nous savons qu’il y a des avantages au rouge lointain, mais combien de rouge doit être livré pour obtenir les avantages positifs, ce qui serait une floraison précoce sans l’inconvénient de l’extension de la croissance», a-t-il déclaré. «Il essaie vraiment de composer dans cette bande de fréquences, en particulier dans quelle mesure le rouge est nécessaire.
«L’une des choses que nous avons apprises, c’est que l’inclusion ou l’ajout de lumière rouge lointaine accélère la floraison de certaines plantes à jours longs. Ce que nous essayons de déterminer, c’est dans quelles cultures se produit la promotion rouge lointaine de la floraison et combien il faut pour accélérer la floraison. Nous avons également étudié dans quelle mesure la lumière rouge interagit avec d’autres bandes d’ondes, en particulier la lumière bleue, ainsi que comment elle interagit avec l’intensité lumineuse totale. »
Quantifier les différentes réponses de croissance
L’une des études menées par l’équipe de recherche de Runkle consiste à comparer les effets de différentes bandes d’ondes du spectre lumineux à des LED à lumière blanche.
«Certaines lampes led horticole blanches sont relativement peu coûteuses», dit-il. «Nous voulons déterminer s’il y a un avantage aux spectres personnalisés, ce qui en ferait probablement un produit plus cher. Les producteurs pourraient décider d’acheter des luminaires avec un spectre assez unique et de bénéficier de leurs avantages.
«Vaut-il le coût supplémentaire pour obtenir ces avantages? Nous n’avons pas de chiffres précis pour le moment, mais l’objectif est de pouvoir quantifier différentes réponses de croissance sous différents traitements de lumière. Les informations de nos recherches, ainsi que d’autres personnes travaillant dans la région, pourraient aider les producteurs à choisir entre une LED générale peu coûteuse pour produire des plantes moyennement bonnes ou dépenser plus en appareils pour produire des plantes qui fleurissent plus tôt ou ont d’autres attributs souhaitables. . »
Runkle a déclaré que certaines entreprises fabriquaient des luminaires personnalisables pour les producteurs.
«Le principal inconvénient de ces luminaires personnalisables est qu’ils sont souvent plus chers que les luminaires à spectre fixe», a-t-il déclaré. «Ensuite, la question pour les producteurs est de savoir si la capacité de personnaliser ou d’ajuster le spectre vaut le coût supplémentaire. C’est une question difficile à répondre à ce stade. Ça va être situationnel. J’ai vu des luminaires généraux commercialisés pour l’éclairage des plantes. Je n’ai pas encore vu d’appareils commercialisés pour des types de cultures spécifiques. »