Aqu @teach : Tours en croissance

Les tours de croissance sont des tubes verticaux à travers lesquels l’eau riche en éléments nutritifs est diffusée par le haut, généralement à travers un émetteur goutte à goutte, créant ainsi une « pluie » à l’intérieur de la tour lorsqu’elle coule sur les racines des plantes qui sont suspendues dans l’air. Les tours, ou colonnes, peuvent être creuses ou remplies d’un substrat qui soutient les racines et facilite la dispersion de l’eau. Dans sa forme la plus simple, une tour en croissance peut être une section de tuyau en PVC avec des trous coupés dans les côtés. Dans leur étude comparative de la laitue cultivée dans un système de tours hydroponiques et dans un système de TNF horizontal conventionnel, Touliatos et al. 2016 ont constaté que le système de tours produisait 13,8 fois plus de cultures que le système horizontal, calculé comme un rapport de rendement à la surface occupée. Cependant, le poids frais moyen des laitues cultivées dans le système horizontal était significativement plus élevé que celui des laitues cultivées dans le système vertical. Bien que la productivité des cultures soit uniforme dans le système horizontal, le poids frais des pousses a diminué du sommet à la base de la tour, probablement en raison de gradients dans la disponibilité des nutriments et l’intensité lumineuse. Des gradients lumineux similaires ont été rapportés dans d’autres essais en serre utilisant des systèmes de tours hydroponiques (Liu et al. 2004 ; Ramírez‐Gómez et al. 2012 . Les fraises cultivées dans des tours verticales en PVC remplis de perlite à une densité de 32 plantes/m² ont produit un rendement commercialisable de 11,8 kg/m² ; cependant, le rendement par plante a été réduit de 40 g avec une diminution de 30 cm de la hauteur de la tour, en raison de conditions de lumière sous-optimales dans le sections inférieures de la tour (Durner 1999). Le diamètre des tours aura également un effet sur la croissance des plantes. Les valeurs de teneur en eau dans les tours hautes et étroites seront inférieures à celles des tours plus courtes et larges ayant un volume égal de milieu de croissance par unité de longueur, et les racines des plantes seront soumises à des variations de température quotidiennes plus importantes qui peuvent affecter l’absorption des nutriments et perturber le métabolisme des glucides dans la racine, entraînant une croissance inhibée (Heller et al. 2015).

Le système aéroponique Tower Farms (figure 1) est modulaire : une tour de trois mètres de haut pourrait cultiver 52 feuilles vertes, herbes ou cultures fruitières, soit 208 microverts. Chaque tour en PVC de qualité alimentaire est équipée d’une petite pompe de 50 W et d’une minuterie qui allume la pompe pendant 3 minutes et éteint pendant 12 minutes en cycle continu. Bien que techniquement chaque tour ait une empreinte de moins de 1 m², 2 m² par tour comprendraient suffisamment d’espace pour les tours, la station de dosage, l’espacement des allées et le banc de propagation. En Europe, le système Tower Farms est distribué par Ibiza Farm.

Figure 1 : Le système Tower Farm https://ibiza.farm/

Dans son enquête auprès des producteurs commerciaux d’aquaponie, Love et al. (2015) a noté que près d’un tiers de ces producteurs utilisaient des tours de culture. Cependant, les données comparatives sur les rendements des systèmes de tours aquaponiques et des systèmes aquaponiques horizontaux conventionnels font défaut. ZipGrow est une technologie hydroponique verticale conçue pour la production de cultures verticales à haute densité par Bright Agrotech, qui exploite un système aquaponique vertical de 400 tours à Laramie, Wyoming (Figure 2). Leur densité d’espacement est d’une tour par 0,7 m². La culture est plantée dans un canal qui court la longueur d’un côté de chaque tube carré rigide en PVC résistant aux UV. Les plantes poussent dans le propre milieu de culture breveté de l’entreprise appelé Matrix Media, qui est fabriqué à partir de bouteilles d’eau recyclées et d’un liant à l’oxyde de silicone. Le milieu de culture, qui est irrigué par le haut à l’aide de goutteurs, apporte de nombreux avantages au système aquaponique. Tout d’abord, il a une surface biologique extrêmement élevée d’environ 82-88 m²/m³, ce qui permet au système d’avoir des taux de nitrification très élevés et favorise une croissance saine des plantes. Deuxièmement, il a un rapport de vide de 91% en raison de sa nature fibreuse. Cette porosité élevée crée un environnement hautement aérobie pour les racines des plantes et l’enrichissement en oxygène de l’eau nutritive qui coule à travers la tour, et permet également des taux de percolation élevés. De plus, en raison de l’environnement aérobie, les solides peuvent se recueillir et se décomposer sur les milieux sans créer de microenvironnement anaérobie (Michael 2016). En Europe, le système ZipGrow est distribué par Rearmers. Une tour standard de 152 cm permet une filtration mécanique et biologique de 0,7 à 1,1 kg de poissons matures. Une densité de stockage comprise entre 12 kg et 15 kg par m³ est recommandée.

Figure 2 : Le système ZipGrow https://www.greenlifeplanet.net/product-page/zipgrow-tower

Comme indiqué ci-dessus, la plupart des systèmes de tour subissent beaucoup de pertes de lumière. Cela est particulièrement vrai pour les systèmes à 4 côtés, qui subissent une perte de lumière de près de 90 % de l’avant supérieur de la masse de la tour à l’arrière inférieure de la masse de la tour, même lorsqu’ils sont généreusement espacés. Cependant, lorsque les tours ZipGrow sont massées et gérées correctement, la perte de lumière est très faible, même à 0,5-0,8 mètre carré par tour. Il existe trois configurations qu’un producteur peut utiliser, selon ses installations et ses types de cultures : configuration en masse, configuration en ligne et allées en face. Les cultivateurs peuvent également conserver la lumière en utilisant la culture par convoyeur (Figure 3).

Figure 3 : Configurations et régimes de recadrage pour les tours ZipGrow https://info.brightagrotech.com/hubfs/blog-files/Infographics/ZipGrow_Tower_Spacing_Guide_ - Bright \ _Agrotech.pdf

Une tour ZipGrow de 1,5 mètre peut cultiver 8 à 10 plants de taille laitue ou 5 à 8 plants de la taille du basilic, selon la variété. Les configurations de masse des tours suspendues en rangées sur un rack sont généralement la meilleure option pour les producteurs commerciaux à la recherche de rendements élevés. Lorsque les tours sont massées et gérées correctement, 0,7 m² par tour est plus que suffisant pour obtenir de bonnes récoltes avec la lumière naturelle. 50 cm d’espace entre les rangées permet d’accéder aux tours. Les tours peuvent également être montées sur des murs (Figure 4).

Figure 4 : système ZipGrow mural < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Urban_Vertical_Farm_With_Woman_%26_Child.jpg >

Le système ZipGrow a été utilisé dans la GrowUp Box, une ferme aquaponique communautaire à conteneurs d’expédition avec une serre sur le toit dans le centre de Londres (Figure 5). La GrowUp Box a une empreinte de seulement 14 mètres carrés et peut produire plus de 435 kg de salades et d’herbes et 150 kg de poisson chaque année.

Figure 5 : GrowUp Box < https://www.timeout.com/london/things-to-do/growup-box-tours >

Aux États-Unis, NaturePonics a développé BooGardens (Figure 6), un système vertical utilisant le bambou cultivé en Indonésie et aux Philippines qui peut être utilisé pour des applications aquaponiques, hydroponiques ou aéroponiques résidentielles et commerciales. Le bambou récolté pour faire les tours regorge et peut être rérécolté trois ans plus tard, ce qui en fait le système de tours de croissance le plus durable actuellement sur le marché.

Figure 6 : Unité aquaponique commerciale BooGardens < http://www.natureponics.net/boo-gardens/ >

Une variante des tours de croissance est le système de pots empilés, comme celui produit par Verti-Gro pour la culture hydroponique. Les pots en EPS de cinq litres, qui offrent une isolation pour une meilleure croissance des racines, peuvent être empilés jusqu’à dix pots de hauteur, chaque pot offrant suffisamment d’espace pour quatre plantes. Les pots sont montés sur des plaques de rotation sur une colonne montante en PVC, ce qui signifie qu’ils peuvent être tournés facilement pour une réception uniforme de la lumière (Figure 7). Le système, breveté en 1994, a fait l’objet d’un certain nombre d’évaluations scientifiques. Les piles de 6 pots se sont avérées significativement plus performantes que les piles de 7 ou 8 pots, tant sur le plan de la biomasse, du rendement que de la qualité des fruits, parce que la composition de la solution nutritive a changé au fur et à mesure qu’elle a traversé la colonne et a eu une incidence négative sur la croissance des plantes dans la section inférieure (Al-Raisy et al. 2010). La lumière peut également être un problème : l’intensité de la lumière du soleil atteignant le couvert végétal au fond d’une tour de sept pots ne représentait que 10 % de celle qui atteignait le sommet, et les conditions de lumière sous-optimales dans les sections médiane et inférieure nuisaient à la croissance des fraisiers et au rendement des fruits. Les plantes de ces sections n’ont pas développé un nombre optimal de couronnes de branches et ont par la suite produit moins de fruits que les plantes de la section supérieure (Takeda 2000). La qualité des fruits est également influencée par la position des plantes sur la tour, les plantes du niveau supérieur ayant des solides solubles totaux (TSS) plus élevés et une acidité titrable inférieure à celles produites sur les niveaux inférieurs (Murthy et al., 2016). Une étude comparative de la production hydroponique de fraises à l’aide de cheminées de quatre pots Verti-Gro et de deux types de systèmes horizontaux a révélé que la faible intensité lumineuse à la base de la tour et le taux de photosynthèse plus faible qui en résulte ont entraîné une diminution du nombre de fruits, une diminution du poids des fruits et une diminution du marché fruits par rapport aux systèmes horizontaux. Les faibles niveaux lumineux provoquent la stérilité de l’étamine et la mauvaise qualité du pollen, et donc une réduction du taux de fertilisation, ce qui peut contribuer à une mauvaise production de fruits (Karimi et al.) (http://www.researchjournal.co.in/upload/assignments/9_366-372.pdf) 2013.

Les avantages de pouvoir cultiver de fortes densités de plantes dans les tours de croissance doivent être équilibrés avec la quantité d’espace nécessaire pour assurer une diffusion uniforme de la lumière ainsi que l’espace de rangées requis pour la gestion et l’entretien. La largeur des rangées doit s’assurer que les produits ne sont pas compromis par le déplacement d’articles tels que les chariots et les élévateurs à ciseaux. Les feux de croissance empêcheront les déplacements des gens et, par conséquent, ils doivent faire partie de la structure de croissance, ou être rétractables ou mobiles pour que les travailleurs puissent facilement entreprendre des tâches, ou les structures de plantation devront être mobiles et les lumières restent statiques.

Figure 7 : Système Verti-Gro https://www.vertigro.com/Verti-Gro-4-Tower-System-Automatic-p/vgk-16agp.htm

Les systèmes de pots empilés conviennent le mieux à la culture de plantes grandes et lourdes, comme les cultures fruitières. Grow with the Flow La ferme aquaponique de Denton, au Nebraska, utilise des tours faites à partir de pots empilés pour cultiver des tomates et des concombres, ainsi que des herbes (figure 8).

Figure 8 : Tours en croissance dans la serre aquaponique Grow with the Flow < https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vertical_Tower_Aquaponic_System.jpg >

*Copyright © Partenaires du projet Aqu @teach. Aqu @teach est un partenariat stratégique Erasmus+ dans l’enseignement supérieur (2017-2020) dirigé par l’Université de Greenwich, en collaboration avec l’Université des sciences appliquées de Zurich (Suisse), l’Université technique de Madrid (Espagne), l’Université de Ljubljana et le Centre biotechnique Naklo (Slovénie) . *