La Fertigation joue un rôle clé dans la croissance des plantes 

La bonne santé des plantes dépend d'un équilibre subtil de facteurs environnementaux. De l'absorption du CO2 dans l'air à l'accès aux bons nutriments dans le sol, chaque élément joue un rôle vital dans le développement des plantes.

La gestion de la fertigation - fusion de l'irrigation et de l'apport en nutriments - apparaît comme une solution cruciale pour obtenir une nutrition optimale des plantes. De multiples solutions existent dans l’agriculture moderne pour améliorer les processus biologiques des plantes et le Mixmaster développé par Orius s’attache à trouver des solutions concrètes aux enjeux liés à la nutrition et l’irrigation.

Quels sont les éléments nécessaires à la croissance des plantes ?

Les plantes ont besoin de divers facteurs environnementaux pour se développer et prospérer.

L'énergie

Pour croître et se développer, les plantes ont besoin d’énergie. Cette énergie est principalement fournie par le glucose (sucre), que les plantes synthétisent lors d’un phénomène appelé photosynthèse. Ce phénomène se produit lorsqu’elles absorbent du CO2 et de l'eau, et qu’elles reçoivent de la lumière : l'eau et le CO2 servent de matières premières à ce processus, tandis que la quantité et l'intensité de la lumière déterminent son occurrence et sa rapidité.

L'eau

L'eau joue plusieurs rôles essentiels dans la physiologie des plantes :

• Photosynthèse : comme mentionné précédemment, l'eau, au même titre que le CO2 et la lumière, est une matière première nécessaire pour la production d’énergie.
• Régulation thermique : l'eau aide à réguler la température des tissus végétaux.
• Soutien structurel : la pression de l'eau à l'intérieur des cellules végétales maintient leur forme et leur rigidité, garantissant ainsi la tenue de la plante.
• Transport des nutriments : l'eau facilite le transport des nutriments du sol jusqu'aux parties aériennes dans la plante.

La quantité d’eau apportée n’est pas le seul paramètre important : sa qualité joue également un rôle crucial. Des facteurs tels que la conductivité électrique (CE) et les niveaux de pH influencent la capacité des racines des plantes à absorber les nutriments disponibles dans l’eau, ce qui a une incidence sur leur croissance et leur vitalité globale.

Les nutriments

Tout comme les êtres humains, les plantes ont besoin d’éléments nutritifs essentiels (macronutriments), pour maintenir leur vitalité :

• L'azote (N) alimente la croissance des plantes et favorise la production d'un feuillage verdoyant.
• Le phosphore (P) stimule le développement des racines, la floraison et la fructification.
• Le potassium (K) facilite l'assimilation des nutriments et la circulation de la sève dans la plante.
• Le rôle du calcium (Ca) est double : il régule le transport des nutriments et soutient de nombreuses fonctions enzymatiques.
• Des éléments comme le magnésium (Mg) ou le soufre (S) sont également importants pour le processus de photosynthèse.

En outre, les oligoéléments (micronutriments), tels que le fer (Fe), le bore (B) et le manganèse (Mn), sont essentiels pour divers processus physiologiques qui garantissent un métabolisme et une croissance optimale des plantes.

Il est important de noter que le système racinaire de la plante ne capte et n'extrait du sol que les nutriments sous forme d'ions dissous dans l'eau.

Pourquoi la fertigation est-elle importante pour les plantes ?

La fertigation assure un apport optimal en eau et en nutriments, permettant ainsi aux plantes de croître sainement au cours de leurs différentes phases de développement (germination, floraison, etc.).

Cependant, dans certains environnements, l'eau du sol et de l'air, ainsi que les nutriments, peuvent être limités ou de mauvaise qualité. Cette limitation des ressources peut entraîner un stress hydrique ou des carences nutritionnelles chez les plantes, affectant leur vitalité et limitant ainsi leur développement. 

Il existe deux types de carences.

Les carences simples

Comme le montre la Figure 1, les carences simples résultent d'un manque en éléments nutritifs.

• Carence en potassium (K) : Feuilles flétries, brûlées ou tachées.
• Carences en azote (N) et en soufre (S) : Jaunissement anormal des feuilles (chlorose).
• Carence en phosphore (P) : Feuilles plus foncées, violacées.
• Carences en Magnésium (Mg), Manganèse (Mn) et Fer (Fe) : Décoloration jaune des tissus entre les nervures des feuilles (chlorose internervaire). 
• Carence en Bore (B) : Dépérissement des bourgeons.

Les carences induites

Les carences induites résultent d'un mauvais rapport entre les nutriments (par exemple, une absorption excessive de phosphore qui vient limiter l'absorption d'autres composés).

A quels défis en matière de nutrition végétale l’agriculture moderne doit-elle faire face ?

Dans le secteur agricole, le maintien de la fertilité de l'environnement de culture est essentiel pour répondre aux besoins nutritionnels des plantes. En agriculture conventionnelle par exemple, la gestion précise de la disponibilité des éléments nutritifs du sol reste complexe car elle dépend de nombreux facteurs :

• Activité biologique du sol : les micro-organismes présents dans le sol influencent la décomposition de la matière organique et la libération des éléments nutritifs sous une forme assimilable par les plantes.
• Composition du sol : la texture, la structure et la composition minérale influencent la capacité du sol à retenir les éléments nutritifs.
• Phénomène de lessivage : l'infiltration de l'eau dans les couches profondes du sol rend les macro et micronutriments inaccessibles aux plantes.
• Acidité du sol : elle affecte la solubilité des éléments nutritifs dans l'eau du sol, et donc leur biodisponibilité pour les plantes.

En réponse à ce défi, l'utilisation d'engrais joue un rôle crucial dans l'optimisation de la biodisponibilité des nutriments et le soutien d'une croissance saine des cultures.

Deux types d'engrais sont couramment utilisés :

• Les engrais organiques sont des dérivés de matières végétales, d'excréments d'animaux, d'eaux usées et de déchets alimentaires. Leurs éléments nutritifs ne sont généralement pas directement biodisponibles pour les plantes ; ils nécessitent d'abord une décomposition par l'activité biologique du sol (insectes, micro-organismes, etc.), avant d'être assimilables.
• Les engrais inorganiques - engrais minéraux - peuvent être produits à partir de matières extraites de gisements naturels ou obtenues par synthèse chimique. Ils contiennent quant à eux des éléments nutritifs directement biodisponibles pour les plantes.

Pourquoi les engrais doivent-ils être utilisés avec précision ?

La précision est essentielle pour prévenir la pollution

Appliquer les engrais dans des quantités appropriées permet de limiter leur impact sur la composition du sol.

En effet, même dans des conditions idéales, une part importante des engrais appliqués, qu'ils soient organiques ou inorganiques, est perdue, ce qui modifie la composition du sol et augmente le coût de l'agriculture.

À titre d'exemple, les plantes n'utilisent que 50 % des engrais azotés appliqués, en raison des facteurs et phénomènes présentés dans la Figure 2.

Par conséquent, une gestion imprécise de la fertilisation peut entraîner une pollution des sols et des eaux souterraines, principalement en raison des nitrates contenus ou produits par les engrais. 

Cette forme d'azote est soit produite au fil du temps par les micro-organismes du sol à partir d'engrais organiques, soit contenue directement dans les engrais inorganiques. Les nitrates sont transportés à travers les différentes couches du sol jusqu'aux nappes phréatiques, à cause des phénomènes de ruissellement et de lessivage (voir Figure 2). 

Selon le Service géologique national français (BRGM), bien que les niveaux de nitrates dans les eaux souterraines françaises se soient stabilisés depuis 2004, il est toujours important de les surveiller. Comme le stipulent la directive sur les eaux souterraines et la directive sur l'eau potable, les teneurs en nitrates dans les eaux souterraines ne doivent pas dépasser 50 mg/L afin de protéger la santé humaine et les ressources en eau. L'ingestion de ces composés peut entraîner la formation de composés nitrosés, qui favorisent le développement de certains cancers dans l’organisme. 

Les écosystèmes aquatiques - eaux souterraines ou eaux de surface - sont également affectés par des niveaux élevés en nitrates. Elles donnent lieu au phénomène d'eutrophisation. En effet, une surabondance de nutriments dans le milieu, induit un phénomène d'eutrophisation. Ce phénomène est caractérisé par une prolifération d'algues qui entraîne un appauvrissement en oxygène et un déséquilibre de l'écosystème (mortalité des poissons, etc.). 

Enfin, d'autres composés issus des engrais, comme les phosphates, polluent les sols et les eaux souterraines, mais dans une moindre mesure que les nitrates.

La précision est essentielle pour préserver les ressources

Certaines ressources nécessaires à la production d’engrais - en particulier les engrais inorganiques - deviennent de plus en plus rares au fil des années. Les réserves de roches phosphatées étant limitées, il est essentiel de veiller à ce que les matières extraites soient largement utilisées et recyclées dans la mesure du possible.  

La précision permet une croissance optimale des plantes

Un autre défi auquel fait face le secteur agricole est de veiller à ce que les plantes reçoivent les bons nutriments, dans les bonnes quantités, à chaque stade de leur développement. Cette tâche reste complexe dans la plupart des systèmes agricoles, car les besoins des plantes évoluent au cours du temps. 

Prenons l’exemple des cultures de blé : elles absorbent peu d'azote jusqu'au tallage (début de la formation de nouvelles tiges) et ont besoin d'une grande quantité de ce macronutriment entre le tallage et la floraison (voir Figure 3).

En agriculture conventionnelle, l'utilisation d'engrais organiques complique le contrôle de l'absorption des nutriments par les plantes. Comme précisé précédemment, les plantes ne peuvent absorber que les nutriments sous forme de composés ionisés dissous dans l'eau. Leur nutrition dépend donc de l'activité bactérienne du sol, qui minéralise les composés des engrais organiques.

Déterminer le temps nécessaire aux micro-organismes pour transformer ces composés en une forme assimilable pour les plantes est un véritable challenge. Ce processus peut s'étendre sur une période allant d'une semaine à plusieurs mois, en fonction des populations contenues dans le milieu de culture. Par ailleurs, il est difficile de déterminer si les composés deviennent biodisponibles au moment précis où la plante en a le plus besoin (voir Figure 3)..

L'hydroponie comme solution ?

Les cultures hydroponiques - cultures hors-sol dans lesquelles les nutriments sont apportés via l’irrigation - se présentent comme une solution aux défis cités précédemment. Il en existe plusieurs types, dont les plus connus sont les suivants :

• Les cultures sur substrat permettent aux plantes de pousser dans des milieux tels que de la mousse de culture ou du sable. Les plantes sont nourries avec une solution nutritive dans laquelle trempent leurs racines.
• L'aéroponie permet aux plantes de pousser suspendues dans l'air, nourries par un brouillard de solution nutritive vaporisé sur leurs racines.

Ces types de culture hors-sol permettent une utilisation efficace des ressources (eau, nutriments, engrais et zone de culture), mais nécessitent un contrôle strict et précis des paramètres de fertigation.

Cette gestion est généralement régie par des stations de dosage qui fournissent aux plantes des nutriments directement biodisponibles par l'intermédiaire d’un système d'irrigation par recirculation : Les nutriments injectés qui ne sont pas directement absorbés sont renvoyés dans le réservoir et réutilisés par la suite dans le réseau.

Ce système de circuit fermé permet de réduire de 95 à 98 % la quantité de ressources nécessaires pour fertiliser les cultures, ce qui les rend pleinement rentables et plus durables.

En outre, ces technologies permettent de contrôler certains paramètres qualitatifs (pH et électro-conductivité) à l'aide de sondes connectées au réservoir d'irrigation. Ainsi, les paramètres qui peuvent affecter l'absorption des nutriments et donc la vitalité des plantes peuvent être surveillés.

Cependant, comme indiqué précédemment, les besoins en nutriments des plantes varient au cours de leur croissance, par conséquent l'adaptation de leur nutrition à tout instant reste un défi majeur.

Pour répondre à ce besoin de précision et de personnalisation, Orius a développé le Mixmaster, un système de fertigation avancé pour l'hydroponie à recirculation.

Le Mixmaster : Une technologie de pointe au service de la biologie

Le Mixmaster est un système de dosage d'engrais intelligent, conçu pour la gestion de la fertigation en circuit fermé.

La personnalisation des recettes de nutriments - la gestion du ratio des différents éléments ajoutés au réservoir - est possible grâce au Mixmaster et à ses nombreuses pompes et injecteurs programmables.

Ainsi, en plus des solutions de base injectées dans la solution d'irrigation (hydro A & B, pH up & down), des éléments supplémentaires, tel que le silicate, l’H2O2 ou encore les micro et macronutriments, peuvent être introduits selon un calendrier prédéfini. 

De plus, l'utilisateur peut définir un objectif de concentration que le Mixmaster prendra en compte pour calculer automatiquement les volumes à injecter en fonction du niveau réel de la cuve.

Cette gestion de précision permet d'adapter la nutrition aux besoins de la plante à tout moment de son cycle de développement, assurant ainsi une croissance optimale des cultures.

Cette technologie est également compatible avec tous types de systèmes d’irrigation : le Mixmaster peut gérer efficacement des réservoirs allant de 50 litres à plus de 10 m³ tout en maintenant une précision de dosage de 2%.

Enfin, BiomeOS, le système d'exploitation créé par Orius, permet de piloter le Mixmaster en remplissant deux fonctions principales : D'une part, il sert d'interface de contrôle pour gérer tous les paramètres du programme de fertigation (recettes d'injection, etc.) ; d'autre part, il sert de plateforme de collecte de données (journaux d'injection, séries chronologiques, etc.) et d'alerte. Cette interface permet un contrôle précis, même à distance, de tous les aspects de la fertigation. 

Conclusion

Assurer le bon développement des plantes est un véritable défi dans tous types d'agriculture. Grâce au Mixmaster d'Orius, la fertigation est optimisée pour garantir aux plantes un apport en nutriments adapté à leurs besoins tout au long de leur cycle de développement.

Cependant, la gestion précise des apports nutritionnels ne suffit pas pour maîtriser totalement la croissance des plantes. La répartition et la circulation des éléments nutritifs au sein des différentes parties de la plante sont également importantes. Le calcium par exemple n’est pas remobilisable une fois absorbé. Il est donc nécessaire de jouer sur d'autres leviers fondamentaux, comme les paramètres climatiques (lumière, température, humidité) pour assurer une bonne répartition des micro et macro éléments dans la plante, dès leur absorption, et ainsi contrôler plus amplement la croissance végétale. 

Vous souhaitez en savoir plus ? Nous poursuivrons l'exploration des facteurs impliqués dans la croissance des plantes dans d'autres articles à venir.

Bibliographie

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