Rappels bibliographiques sur la culture hors sol et les substrats de culture

La terre est « le substrat » de base de notre planète en matière d’agriculture. Pour être plus précis, le sol ou terre arable est la couche terrestre superficielle qui est propre à la culture des plantes. D’ici un quart de siècle, la population mondiale augmentera de trois milliards d’habitants, dont 95% feront partie des pays en voie de développement, ce qui posera un problème de ressources si on ne trouve pas le moyen de doubler la production de nourritures de notre planète. L’état actuel de notre environnement et l’état de pollution de nos sols ne permettent plus d’envisager une augmentation de la production agricole à longue échéance. De plus les hommes n’ont pas tous eu la chance de s’installer dans des zones fertiles. La culture hors sol est la technique utilisant des substrats autres que la terre arable. Elle existe depuis la nuit des temps. Citons ici quelques exemples parmi les plus illustres et les plus anciens :
– Les jardins suspendus de Babylone, [1]
– Les potagers à la surface de l’eau cultivés par les Titicaca, peuples qui vivaient au bord de lacs de hautes montagnes du Pérou [2]
– Des sortes de radeaux faits de joncs et de roseaux recouverts d’une couche de limon dans les marécages proches de la future ville de Mexico sur lesquelles les agriculteurs Aztèques jardinaient [3]
– La technique des cultures sur gravier employée par les Chinois depuis des millénaires.
– La culture hors-sol que l’on connaît de nos jours est née au XIXe siècle en Allemagne par Knop et Sachs .Elle fut découverte dans le cadre de recherches réalisées afin de découvrir de quoi se nourrissaient les plantes. Aujourd’hui, la culture hors-sol est pratiquée en agriculture sur des millions d’hectares dans le monde. Un grand nombre des légumes frais comme la tomate, le concombre, la courgette, la laitue, le poivron, les piments, les épinards, les brocolis, les haricots, les carottes, les betteraves, les pommes de terre, les herbes aromatiques sont cultivés en serre en culture hors-sol. C’est également le cas de la majorité des fleurs coupées que l’on retrouve chez les fleuristes en Europe.

L’idée d’accueillir un potager sur son balcon, un jardin d’herbe aromatique dans sa cuisine, voir quelques plants de poivrons ou de piments rouges dans son salon peut intéresser et amuser les citadins épris de verdure. La culture hors-sol est une nouvelle technique alternative pour les végétaux qui peut être mise en place dans des exploitations horticoles ou potagers de toutes tailles. Elle pourrait palier au déficit alimentaire des populations urbaines les plus pauvres, constituer une réponse aux problèmes d’eau et de pollution que connaît notre planète, être au service des chercheurs qui utilisent cette technologie pour faire des études sur les végétaux.

L’argile calcinée est un des substrats utilisés en culture hors sol. Pour une culture à grande échelle, le coût de transport de ces matériaux de leur lieu de production (Europe ou Amérique) vers les pays d’Afrique n’est pas négligeable. Ce qui pourrait être un facteur bloquant de la vulgarisation de cette technique de culture. Le projet de recherche a pour objectifs :
– d’étudier la possibilité de produire un substrat en billes d’argile calcinée à partir de la montmorillonite.
– de voir le comportement du substrat en culture hors sol.

LA CULTURE HORS SOL

Pour que les végétaux poussent de manière optimale, ils ont besoin de lumière, d’une température stable et tempérée, d’une hygrométrie de l’air suffisante, d’une oxygénation satisfaisante des racines, et d’une nourriture adéquate en suffisance composée d’eau, de sels minéraux et d’oligoéléments.

Les plantes possèdent un métabolisme capable d’assimiler des aliments et de les éliminer sous forme de déchets, comme bon nombre d’êtres vivants. Etres vivants immobiles, les plantes assimilent leur nourriture sous forme d’eau minéralisée grâce à leurs racines, et l’énergie nécessaire pour métaboliser par la lumière. Dans la nature, c’est le sol qui joue le rôle de réservoir de sels nutritifs. Il est cependant très rare d’avoir un sol de qualité qui possède tous les éléments nécessaires à la vie des végétaux dans des proportions optimales .De plus, l’acidité adéquate est propre à chaque plante, chaque végétal, et peut largement varier en fonction du terrain, de la météo ou encore des saisons.

La culture hors sol est la technique utilisant des substrats autres que la terre arable. Les cultures se déroulent sans terre, se libérant ainsi des contraintes liées aux cultures terriennes classiques. Depuis son état initial, la culture hors-sol a connu une grande évolution et un grand perfectionnement de ces techniques. Une multitude de variantes de cette technologie ont vu le jour, et des applications leurs ont été trouvées.

L’hydroponie

L’hydroponie ou culture hydroponique (ou agriculture hors-sol), du grec ponos : effort et hydro : eau, est la culture de plantes réalisée sur substrat neutre et inerte (sable, pouzzolane, billes d’argile et autres).Le substrat est régulièrement irrigué d’un courant de solution qui apporte les sels minéraux et nutriments essentiels à la plante. Ce procédé a de nombreux avantages : moindre consommation d’eau, croissance contrôlée et rapide, moins d’attaque de nuisibles du sol, meilleure maîtrise de la précocité.

La culture hydroponique permet également une automatisation de la culture : température, éclairage, contrôle du pH et de la concentration en éléments nutritifs du liquide, et de la ventilation.

La culture hydroponique est très présente en horticulture et dans la culture forcée de certains légumes sous serre. Elle permet d’accélérer le processus de maturation des fruits et plusieurs récoltes par an.

Cette technique consiste à nourrir les racines des plantes qui se trouvent dans du substrat avec une solution nutritive. Ce principe permet à la plante d’avoir un meilleur accès à l’oxygène, à l’eau et à la nourriture. Le contrôle du pH de la solution ainsi que sa conductivité électrique permet de gérer le milieu par rapport aux besoins de chaque plante, et à chaque stade de sa vie. Grâce à ce principe, la plante est poussée au maximum de son potentiel génétique et elle produira de plus grosses fleurs, de plus gros fruits et, dans le cas des plantes médicinales, celles-ci verront une forte augmentation de la production de leur concentration en principe active.

Ce système sert de support à la plante tout au long du cycle de sa vie. Il est simple et d’entretien rapide.

L’aquiculture ou système sans substrat

Ce système sans substrat est une culture en eau profonde. C’est historiquement la méthode la plus ancienne qui correspond à l’utilisation des premières solutions nutritives, mise au point vers 1860 par Knop et Sachs.

Les racines sont plongées dans un milieu liquide, la solution nutritive étant contenue dans un bac de culture de taille variable (en général de matière plastique opaque). Le bac doit être peint en blanc à l’extérieur pour éviter l’échauffement du liquide à l’intérieur. Comme la solution nutritive est stagnante, la quantité d’oxygène est faible et généralement insuffisante pour le bon fonctionnement des racines. Pour éviter une asphyxie partielle (hypoxie), il est nécessaire d’enrichir régulièrement le milieu en oxygène en lui insufflant de l’air (à partir d’un compresseur, d’une turbine ou plus simplement d’une pompe à air pour aquarium) ou en rajoutant de l’H2O2 (eau oxygénée). Cette aération peut être continue, mais elle est le plus souvent discontinue, à intervalle régulier durant tout le cycle. Ce bullage d’air favorise également le brassage de la solution qui évite la précipitation des engrais ainsi que leur concentration autour des racines (ce qui peut provoquer le dessèchement des racines).

Pour compenser l’évapotranspiration et la faible évaporation, cette solution doit être régulièrement complétée avec de l’eau pure, car avec ce système, la plante ayant ses racines complètement plongées dans la solution, elle absorbe plus d’eau que de sels minéraux, ce qui peut faire varier le pH et l’échange cationique.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES SUR LA CULTURE HORS SOL ET LES SUBSTRATS DE CULTURE
I. LA CULTURE HORS SOL
I.1. L’hydroponie
I.2 L’aquiculture ou système sans substrat
I.3 Le NFT ou Nutrient film technique
I.4 L’aéroponie
I.5 L’ultraponie
II. LES SUBSTRATS DE CULTURE HORS SOL
II.1 Les modes d’utilisation courante des substrats
II.2 Les différents catégories de substrats
II.3 Les argiles cuites utilisées comme substrats
DEUXIEME PARTIE : LES MATERIELS ET METHODES DE PRODUCTION DE SUBSTRATS EN BILLES D’ARGILE CALCINEE, LES PRODUITS OBTENUS
I. PRODUCTION DES SUBSTRATS EN BILLES D’ARGILE CALCINEE
I.1 La matière première : L’argile
I.2 Les matériels de production
I.3 Le processus de production
II. CARACTERISATION DU SUBSTRAT OBTENU
II.1 Détermination des caractéristiques physiques du substrat
II.2 Détermination des caractéristiques chimiques du substrat
II.3 Détermination des caractéristiques biologique du substrat
TROISIEME PARTIE : ESSAI AGRONOMIQUE DE CULTURE HORS SOL SUR SUBSTRAT EN BILLES D’ARGILE CALCINEES DE LA MENTHA SPICATA
I. LA CULTURE HORS SOL SUR SUBSTRAT EN BILLES D’ARGILE CALCINEE
I.1 Les matériels pour la culture
I.2 La méthode de culture
II. RECYCLAGE ET DESINFECTION DU SUBSTRAT APRES LA CULTURE
DISCUSSIONS
I. METHODE DE PRODUCTION DU SUBSTRAT EN BILLES D’ARGILE CALCINEE
II PRESENTATION DU SUBSTRAT
III. PROCESSUS DE PRODUCTION
IV CARACTERISTIQUE PHYSIQUE : LE TENEUR EN AIR DU SUBSTRAT
V. CARACTERISTIQUE PHYSIQUE : LA TENEUR EN EAU DU SUBSTRAT
VI. CARACTERISTIQUE CHIMIQUE : LA CAPACITE D’ECHANGE CATIONIQUE
VII. COMPARAISON DE PRIX AVEC LES PRODUITS SIMILAIRES
VIII. COMPARAISON AVEC LE SUBSTRAT EN ARGILE EXPANSEE
IX UTILISATION EN CULTURE EN POT DU SUBSTRAT EN BILLES D’ARGILE CALCINEE
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXES

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