Les systèmes de production hors sol: Avec et sans substrat

Les différents systèmes de culture hors sol avec la présence ou l’absence de substrat.

Le terme culture hors sol s’applique à une dizaine de systèmes qui sont très différents les uns des autres. En général, ces systèmes sont classés en fonction de la présence ou de l’absence du substrat.

Les systèmes de cultures sans substrat

Ils peuvent être considérés comme plus simples puisqu’ils mettent directement en contact la solution nutritive étant le seul vecteur responsable de l’alimentation, ils évitent donc l’emploi d’un substrat et les contraintes qu’il occasionne (achat, mise en place, renouvellement …). De plus, ces techniques présentent un autre avantage puisque la désinfection éventuelle des installations est relativement facile. Par contre, ces systèmes doivent résoudre des difficultés d’alimentation en oxygène des racines: En fait, la solution nutritive ne contient pas assez d’oxygène dissous pour subvenir aux besoins racinaires, il est ainsi primordial de trouver un procédé technique pour l’enrichir. En fonction de ce paramètre, il existe 3 dispositifs différents :

L’Hydroponie: Historiquement, l’hydroponie représente la méthode la plus ancienne qui correspond à l’utilisation des premières solutions nutritives. Les racines des plantes plongent dans un milieu strictement liquide. La solution nutritive non circulante est contenue dans un bac de culture: Ce conteneur est en général un récipient en matière plastique opaque et il doit être extérieurement peint en blanc pour éviter l’échauffement du liquide intérieur. D’autre part, comme la solution nutritive est stagnante, la quantité d’oxygène est en général insuffisante pour obéir aux besoins des racines. Pour éviter un risque d’asphyxie, il est nécessaire d’enrichir régulièrement le milieu en oxygène (à partir d’un compresseur, d’une turbine, ou plus simplement d’une pompe à air d’aquarium). Cette aération peut être continue ou discontinue. Le volume de solution à prévoir par plante dépend de sa taille (1 litre à 1.5 litres par plante aux premiers stades de développement et 10 litres et plus pour les plantes en période de fructification ou de maturation des fruits). L’hydroponie est presque exclusivement destinée à la recherche car d’une part elle permet d’établir des bilans précis de la consommation hydrominérale des végétaux. D’autre part, elle est difficilement utilisable dans la pratique agricole puisqu’il n’existe pas de technologie simple, fiable ainsi qu’un bon marché qui permettent d’assurer une aération régulière d’un liquide.

Nutrient film technique (N.F.T): Conçue par l’anglais COOPER en 1979, c’est la seule technique sans substrat utilisée en horticulture. Du fait de la difficulté d’aérer un liquide stagnant, le principe de l’oxygénation repose sur la circulation du milieu nutritif sous une faible épaisseur d’ou le nom de NFT: La solution nutritive s’enrichit en oxygène dissous au cours de son lent déplacement par échange avec l’air, au niveau de la surface du film liquide. Cependant, les contraintes liées à l’oxygénation sont les mêmes: En effet, quand la température de l’eau augmente, la concentration en oxygène dissous diminue. L’écoulement de la solution nutritive s’effectue par ruissellement et les racines des plantes sont disposées dans une gouttière légèrement inclinée (pente d’environ 1 à 2%). En effet, le liquide nutritif est apporté à l’extrémité la plus élevée de la gouttière et les excédents sont récupérés à sa partie basse, collectés dans un bac puis de nouveau recyclés en tète de l’installation. Il s’agit donc d’un système entièrement fermé ou la solution nutritive est totalement recyclée. Ce mode d’apport de la solution nutritive présente un inconvénient: En effet, les plantes situées au bout du circuit de récupération reçoivent une alimentation appauvrie en oxygène et parfois en éléments minéraux. C’est pour cela certaines installations récentes en NFT sont souvent pourvues d’une alimentation individuelle de chaque plant tout au long de la gouttière en général à l’aide d’un capillaire.

L’Aéroponie: Elle représente l’évolution la plus récente des technologies de culture hors sol et c’est aussi le système le plus sophistiqué: Les racines sont alimentées par un brouillard nutritif obtenu par nébulisation de la solution nutritive dans une enceinte close. Deux types de systèmes peuvent être utilisés pour produire des aérosols:

• Un nébuliseur est installé directement au font de l’enceinte de culture et pulvérise la solution nutritive en fines gouttelettes
• La solution nutritive sous pression est injectée dans une buse qui la disperse sous forme de fines particules dans un conteneur clos

Cependant, l’aéroponique est vraisemblablement la technique du futur, son intérêt principal réside dans le fait que l’oxygénation du système racinaire ne représente pas un facteur potentiellement limitant, l’oxygène se trouve en permanence dans une atmosphère gazeuse saturée en eau. L’autre avantage de ce système réside dans le recyclage de la solution nutritive qui correspond à une évolution inéluctable des cultures hors sol. De plus, cette technique permet une désinfection rapide et facile des enceintes de culture.

Les systèmes de cultures avec substrat 

C’est la culture d’espèces végétales dans un milieu isolé du sol, par ailleurs, elle fait intervenir un substrat qui doit être normalement inerte. L’emploi d’un substrat peut poser des difficultés à cause de certains facteurs tels que: Le prix d’achat, la mise en place, le renouvellement et les problèmes éventuels liés à son élimination. Un autre désagrément qui provient du fait que ces substrats ne sont pas toujours totalement inertes: Ils peuvent donc parfois modifier la composition de la solution nutritive. Cependant, l’utilisation de ces systèmes est très répandue dans la pratique pour plusieurs raisons:

• L’utilisation d’un substrat est un moyen simple et efficace pour assurer l’oxygénation du système radiculaire. Le substrat est, par ailleurs, un milieu poreux dont les espaces lacunaires sont occupés par les fluides quand le support solide est irrigué par la phase liquide et lorsque l’irrigation cesse, le liquide s’écoule par gravité et est remplacé par un volume équivalent d’air, c’est cette alternance irrigation drainage qui assure le renouvellement de l’air et favorise donc l’apport de l’oxygène aux racines. Par contre, lorsque le substrat perd ses propriétés physiques et mécaniques, (dégradation et tassement) la porosité et la faculté d’oxygénation diminuent
• Le substrat permet l’ancrage du système racinaire, cela évite le tuteurage des espèces de petite taille et diminue la difficulté de celui des cultures à grand développement (tomate, concombre)
• Après l’irrigation et percolation, le support solide conserve une partie de la solution nutritive à la surface et à l’intérieur des particules (porosité ouverte) ce qui assure une certaine réserve hydrominérale

Pour les systèmes de cultures hors sol avec substrat, il existe deux moyens pour réaliser l’apport de la solution nutritive:

La sub-irrigation: La solution nutritive pénètre dans le substrat au niveau de sa partie inférieure, y demeure un certain temps puis elle est évacuée par gravité dans un réservoir. Après cette récupération, le cycle recommence à intervalles de temps variables.

La percolation: La solution nutritive est distribuée par irrigation discontinue à la surface supérieure du système et qui percole par la suite vers le bas du substrat. L’apport de cette solution se fait souvent par l’intermédiaire d’un goutteur ou d’un capillaire installé au pied de chaque plante. L’enveloppe du substrat est percée d’orifices à sa partie inférieure permettant une évacuation des excédents, ce système fonctionne donc à solution nutritive perdue. La percolation représente, par ailleurs, la technique hors sol la plus répandue actuellement en agriculture essentiellement pour la production de légumes frais (tomate, concombre) et de fleurs coupées (rosier, gerbera, œillet) et cela pour diverses raisons, en effet, la simplicité de sa mise en œuvre pèse beaucoup puisqu’elle nécessite un matériel de fertirrigation largement éprouvé dans le milieu agricole. En outre, elle évite tous les problèmes d’hydraulique liés à la récupération des percolas et elle peut fonctionner sans faire obligatoirement appel à des automatiques d’arrosages.