L’agriculture en milieu contrôlé, et notamment la culture sous serre, est une des
réponses possibles aux besoins alimentaires d’une population mondiale en constante
croissance. Elle permet aussi d’optimiser les terres cultivables et d’éviter les pesticides souvent néfastes à l’Homme. Afin de s’affranchir des cycles des saisons et pouvoir avoir une production annuelle continue, l’éclairage artificiel a été introduit dans les serres. L’éclairage horticole a suivi l’évolution des technologies d’éclairage pour arriver aujourd’hui jusqu’à la LED. L’éclairage artificiel donne certes des résultats corrects mais il peut être amélioré tant au niveau de la quantité que de la qualité spectrale de lumière. De ce point de vue, les LEDs présentent deux grands avantages : la possibilité de recomposer un spectre idéal à partir de différentes longueurs d’ondes et de moduler l’intensité de la lumière en s’adaptant aux besoins appropriés à la plante et ce, en fonction du stade de sa croissance.
L’objectif de ce travail de thèse est de proposer un système d’éclairage optimal
pour la croissance des plantes en milieu contrôlé. Ainsi, sur la base du rendement
photosynthétique moyen des plantes, nous avons proposé un modèle de système
d’éclairage à LEDs optimal pour les plantes. Ce modèle est basé sur la combinaison
de plusieurs LEDs monochromes obtenues à partir de la décomposition de la courbe
RQE avec des fonctions de Pearson VII.
Nous avons appliqué ces résultats théoriques à la culture d’une algue bleue : la
spiruline Platensis. Le choix de cette plante-bactérie repose sur plusieurs critères : cycle de culture court, fort potentiel nutritionnel, applications en cosmétique et en médecine. Ainsi, nous avons pu étudier l’influence de paramètres de culture tels que l’intensité lumineuse, la température sur la croissance de cette microalgue. Par
ailleurs, nous avons mis en œuvre deux méthodes de quantification économiques et
basées sur la réflectance optique pour suivre la croissance de ce microorganisme. |
Controlled agriculture, especially greenhouse, is one of the possible solutions to the needs in food of a steadily growing world population. It enables as well, the optimization of arable lands and avoid the use of pesticides often harmful for humans. In order to do away with season cycles and to have uninterrupted annual yield, artificial lighting was introduced in the greenhouses. Horticultural lighting has followed the evolution of lighting technologies until the advent of LED. Artificial lighting certainly gives correct results, but it can be improved both in terms of quantity and spectral quality of light. From this point of view, LEDs have two main advantages: the possibility of reconstructing an ideal spectrum from different wavelengths and of modulating the intensity of the light by adapting to the needs appropriate to the plant, depending on the stage of its growth.
The aim of this thesis is to propose an optimal lighting system for the plant growth in a controlled environment. Thus, on the basis of the average photosynthetic yield of plants, we proposed an optimal model of LED lighting system for plants. This model is based on the combination of several monochrome LEDs obtained from the decomposition of the RQE curve with Pearson VII functions.
We applied these theoretical results to the culture of a blue alga: Spirulina Platensis. The choice of this plant-bacterium is based on several criteria: short culture cycle, strong nutritional potential, applications in cosmetics and medicine. Thus, we were able to study the influence of culture parameters such as luminous intensity, temperature on the growth of this microalgae. In addition, we have implemented two economic quantification methods based on optical reflectance to monitor the growth of this microorganism.
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