Micro-siestes pour les plantes: allumer et éteindre les lumières peut économiser de l'énergie sans nuire aux récoltes agricoles en intérieur

Micro-siestes pour les plantes: allumer et éteindre les lumières peut économiser de l'énergie sans nuire aux récoltes agricoles en intérieur
Des impulsions lumineuses suivies de périodes d'obscurité prolongées pourraient contribuer à rendre la production agricole intérieure plus durable. DutchScenery / Shutterstock.com

Une arrivée nocturne à l'aéroport d'Amsterdam-Schiphol vous transporte au-dessus de la lueur rose vif des serres produisant des légumes. Cultiver des cultures sous lumière artificielle est prend de l'ampleur, en particulier dans les régions où les prix des produits peuvent être élevés pendant les saisons où la lumière du soleil est rare.

Pays-Bas est juste un pays qui a rapidement adopté agriculture à environnement contrôlé, où des cultures spécialisées de grande valeur telles que les herbes, la laitue et les tomates sont produites dans des serres illuminées toute l’année. Les avocats suggèrent ces bâtiments complètement clos - ou usines de plantes - pourrait être un moyen de réaffecter l’espace urbain, de réduire les distances parcourues en nourriture et de fournir des produits locaux aux citadins.

L’un des problèmes centraux de ce processus est la coût monétaire élevé de la fourniture de lumière artificielle, généralement via une combinaison de diodes électroluminescentes rouges et bleues. Coûts énergétiques dépasse parfois 25% de la dépense opérationnelle. Comment les producteurs, en particulier dans les pays en développement, rivaliser quand le soleil est libre? Une consommation d'énergie plus élevée se traduit également par davantage d'émissions de carbone, plutôt que par la réduction de l'empreinte carbone que peuvent produire des plantes cultivées de manière durable.

Je n'ai étudié l'influence de la lumière sur la croissance et le développement des plantes depuis plus de 30 ans. Je me suis récemment demandé: Plutôt que de faire pousser des plantes sous un cycle répété d'un jour de lumière et d'une nuit d'obscurité, que se passerait-il si la même lumière du jour était scindée en impulsions ne durant que quelques heures, minutes ou secondes?

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Les plantes d'intérieur ont besoin de beaucoup de lumière artificielle. josefkubes / Shutterstock.com

Courts éclats de lumière et d'obscurité

Alors mes collègues et moi conçu une expérience. Nous appliquons au total la quantité normale de lumière, mais nous la divisons en différentes périodes.

Bien sûr, les plantes dépendent de la lumière pour la photosynthèse, processus qui dans la nature utilise l'énergie du soleil pour fusionner le dioxyde de carbone et l'eau en sucres qui alimentent le métabolisme des plantes. La lumière dirige également la croissance et le développement par le biais de ses signaux diurnes et nocturnes, et des singeries avec ce flux d'informations pourraient avoir des résultats désastreux.


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En effet, casser quelque chose de bon en morceaux plus petits crée parfois de nouveaux problèmes. Imaginez à quel point vous seriez heureux de recevoir une facture 100 en dollars américains - mais pas aussi ravi des centimes équivalents en 10,000. Nous nous doutions que l'horloge interne d'une usine n'accepterait pas la même monnaie lumineuse si elle était divisée en petites coupures.

Et c'est exactement ce que nous démontré dans nos expériences. Les semis de chou frisé, de navet ou de betterave exposés à des cycles d'12 heures de lumière, 12 heures d'obscurité pendant quatre jours se développaient normalement, accumulant des pigments et grossissant. Lorsque nous avons réduit la fréquence des cycles lumière-obscurité à 6 heures, 3 heures, 1 heures ou 30 minutes, les plantes se sont révoltées. Nous avons fourni la même quantité de lumière, simplement appliquée en morceaux de tailles différentes, et les plantules n'ont pas apprécié le traitement.

La même quantité de lumière appliquée à des intervalles plus courts au cours de la journée a permis aux plantes de pousser davantage comme si elles étaient dans l'obscurité. Nous soupçonnons les impulsions lumineuses en conflit avec un horloge interne de l'usineet les semis n’avaient aucune idée de l’heure de la journée. Des tiges étirées plus hautes pour tenter de trouver plus de lumière et des processus tels que la production de pigments ont été suspendus.

Mais lorsque nous avons appliqué la lumière dans des rafales beaucoup, beaucoup plus courtes, il s'est produit quelque chose de remarquable. Les plantes cultivées avec des cycles d'activation / désactivation de cinq secondes semblaient être presque identiques à celles cultivées sous une période claire / sombre normale. C'est presque comme si l'horloge interne ne pouvait pas démarrer correctement lorsque le lever du soleil se lève toutes les cinq secondes, de sorte que les plantes ne semblent pas gênées par une journée de quelques secondes.

Au moment où nous nous préparions à publier, le collaborateur de premier cycle Paul Kusuma a découvert que notre découverte n’était pas si nouvelle. Nous avons vite compris que nous avions redécouvert quelque chose déjà connu depuis des années 88. Scientifiques au département américain de l'agriculture vu ce même phénomène dans 1931 quand ils ont cultivé des plantes sous des impulsions lumineuses de différentes durées. Leur travail chez les plantes matures correspond à ce que nous avons observé chez les plantules avec une similitude remarquable.

Micro-siestes pour les plantes: allumer et éteindre les lumières peut économiser de l'énergie sans nuire aux récoltes agricoles en intérieur
Une étude 1931 réalisée par Garner et Allard a suivi la croissance des fleurs de Yellow Cosmos sous des impulsions lumineuses de différentes durées.
J. Agri. Res. 42: Bibliothèque nationale de l'agriculture, Service de recherche agricole, US Department of Agriculture., CC BY-ND

Non seulement tout cela était-il un rechapage d'une vieille idée, mais des impulsions lumineuses n'économisaient aucune énergie. Allumer et éteindre cinq secondes consomme la même quantité d'énergie que les lumières allumées pendant des heures 12; les lumières sont toujours allumées pendant la moitié de la journée.

Mais qu'arriverait-il si nous prolongions la période sombre? Cinq secondes plus tard. Six secondes. Ou 10 secondes. Ou 20 secondes. Peut-être que 80 est à quelques secondes Ils n'ont pas essayé ça dans 1931.

Construire des temps d'arrêt supplémentaires

Il s'avère que les plantes ne sont pas gênées par un peu de temps mort. Après avoir appliqué de la lumière pendant cinq secondes pour activer la photosynthèse et des processus biologiques tels que l'accumulation de pigment, nous avons éteint la lumière pendant 10, ou parfois 20 secondes. Sous ces périodes sombres étendues, les semis ont grandi aussi bien qu’ils avaient quand les périodes claires et sombres étaient égales. Si cela pouvait être fait à l'échelle d'une ferme en intérieur, cela pourrait se traduire par une économie d'énergie significative, d'au moins 30% et peut-être plus.

Des travaux récents dans notre laboratoire, encore à paraître, ont montré que le même concept fonctionne dans les laitues en feuilles; ils ne s'inquiètent pas non plus d'un temps sombre prolongé entre les impulsions. Dans certains cas, les laitues sont vertes au lieu de pourpre et ont des feuilles plus grandes. Cela signifie qu'un producteur peut produire une diversité de produits et, avec un poids de produit commercialisable supérieur, en éteignant les lumières.

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Une variété de laitue a viré au violet lorsqu’une période sombre 10-second a été observée. Ils ressemblent à ceux cultivés avec une période sombre de cinq secondes, tout en utilisant 33% moins d’énergie. L'extension de la période d'obscurité à quelques secondes 20 a donné des plantes vertes avec plus de biomasse. J. Feng, K. Folta

Apprendre que les plantes peuvent être cultivées sous des éclats de lumière plutôt que sous un éclairage continu fournit un moyen de réduire potentiellement le budget énergétique coûteux de l'agriculture en intérieur. Plus de légumes frais pourraient être cultivés avec moins d'énergie, rendant le processus plus durable. Mes collègues et moi-même pensons que cette innovation pourrait à terme contribuer à générer de nouvelles affaires et à nourrir plus de personnes - et ce, avec un impact environnemental moindre.

Cet article a été mis à jour avec une légende corrigée sur la photographie des plantes cultivées en 1931.La Conversation

A propos de l'auteur

Kevin M. Folta, professeur de sciences horticoles et de biologie moléculaire et cellulaire des plantes, Université de la Floride

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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