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Jun 01, 2023

Éclairage : La phase de conception

En raison de la tendance croissante à consommer des aliments produits localement et de la nécessité de faire face aux impacts négatifs du changement climatique, l'agriculture en environnement contrôlé (ACE) devient de plus en plus répandue.

En raison de la tendance croissante à consommer des aliments produits localement et de la nécessité de faire face aux impacts négatifs du changement climatique, l’agriculture en environnement contrôlé (ACE) devient de plus en plus populaire. Outre les serres traditionnelles à vitrage transparent, le nombre d'installations de production végétale « en intérieur » augmente rapidement. Ces installations intérieures dépendent à 100 % de la lumière électrique (source unique) pour subvenir aux besoins de leurs cultures, contrairement aux serres, où généralement plus de 70 % de la lumière est fournie par le soleil. Dans le but d’augmenter la production, les serres peuvent également utiliser un éclairage supplémentaire pour augmenter la quantité de lumière reçue par les plantes.

En ce qui concerne les luminaires horticoles, il existe de nombreuses options disponibles en termes de technologie, de facteur de forme et de sortie spectrale et d'intensité, mais tous les luminaires ne conviennent pas à une application particulière. Lorsque vous décidez d'une conception d'éclairage pour une serre traditionnelle ou une ferme intérieure, vous devez prendre en compte plusieurs éléments.

Bien qu'ils ne soient pas les deux seules sources de lumière électrique utilisées pour la production végétale, les luminaires au sodium haute pression (HPS) et à diodes électroluminescentes (DEL) sont les plus couramment utilisés et seront abordés dans cet article. La technologie HPS existe depuis plus longtemps et, même si elle est moins polyvalente ou moins efficace, elle reste la technologie dominante pour les applications d'éclairage supplémentaire. Cependant, les avantages de la technologie LED en font une alternative intéressante, surtout si l’on considère le potentiel d’économies d’énergie substantielles. Jusqu’à présent, l’un des principaux obstacles à une adoption plus large des luminaires LED était leur prix d’achat relativement élevé. Notez que nous parlons de luminaires LED spécialement conçus pour les applications horticoles et bénéficiant de garanties raisonnables du fabricant.

Les luminaires HPS nécessitent des ballasts de régulation de courant conçus pour faire fonctionner des ampoules d'environ 400, 600 ou 1 000 watts. Ce ballast consomme environ 10 % supplémentaires de la puissance de l'ampoule, mais il est nécessaire pour éviter une panne prématurée de l'ampoule. Traditionnellement, les ampoules HPS étaient conçues avec une base bosselée, mais sont également disponibles en version à double extrémité (généralement pour les puissances d'ampoule plus élevées). Ces ampoules à double extrémité nécessitent une conception de luminaire différente mais ont une efficacité de conversion légèrement supérieure. L'efficacité de conversion (environ 30 % pour les luminaires HPS en comparant l'énergie électrique consommée avec l'énergie lumineuse utile produite) est appelée efficacité et pour les applications horticoles, elle est exprimée avec les unités µmol/J (prononcé micromole par Joule).

Les luminaires LED nécessitent des pilotes qui fournissent les caractéristiques électriques correctes aux LED. Ces luminaires comportent généralement un certain nombre de LED montées sur un dissipateur thermique qui maintient la température de fonctionnement souhaitée. Des LED avec différentes sorties spectrales (c'est-à-dire des couleurs) peuvent être combinées pour concevoir une sortie spectrale fixe ou réglable. Certains luminaires ont également des capacités de gradation, permettant aux producteurs d'ajuster l'intensité lumineuse selon leurs besoins. En plus des avantages de pouvoir sélectionner un spectre optimal et d'évacuer facilement la chaleur du luminaire, de nombreux luminaires LED conçus pour les applications horticoles ont des efficacités (jusqu'à 3,5 µmol/J) qui dépassent largement l'efficacité du luminaire HPS le plus efficace. (avec un maximum à environ 2,0 µmol/J). Il faut donc moins d’électricité pour produire la même quantité de lumière. Pour des valeurs d'efficacité supplémentaires pour d'autres sources lumineuses utilisées pour les applications horticoles, voir le tableau 1.

La lumière n’est qu’un aspect de l’environnement en croissance qui doit être géré dans des environnements contrôlés, la chaleur étant un autre paramètre clé. Dans la production en serre, la chaleur produite par le système d’éclairage d’appoint est souvent utile car les périodes de faible luminosité correspondent souvent à des périodes de basse température (éclairage nocturne et hivernal). Cependant, dans une situation d'éclairage à source unique, l'éclairage électrique doit être appliqué tout au long de l'année et tout excès de chaleur devra être évacué en fonction de la qualité de l'isolation du bâtiment et des conditions climatiques extérieures.