Pouponnières "maison" éclairées par des LEDs

documents disponibles dans ce domaine :

L'objectif principal de ce document porte sur l'utilisation de l'éclairage à LED pour les pouponnières “maison”.

Il ne vise donc pas à présenter les pouponnières d'une manière générale, même si le premier chapitre en est un résumé, destiné a situer le contexte de cette synthèse et à fixer la terminologie utilisée par la suite.

L'essentiel du document portera sur l'éclairage d'une pouponnière, en se concentrant majoritairement sur l'éclairage LED, et plus particulièrement sur la réalisation maison de cet éclairage plutôt que sur l'utilisation de produits complet LEDs du commerce. Ce document ne s'intéresse pas aux LED de première génération, mais uniquement i) aux LEDs relativement ou très récentes, dites souvent LED de puissance et LED de haute puissance et ii) aux montages multiled en bandes souples ou rigides avec des puissances réelles de 8 à 20 W par mètre.

Les parties les plus techniques (calculs, schémas) sont placés dans des pages annexes et seul un résumé est présent dans cette page. Il en va de même pour les différents retours d'expérience, seule une synthèse est présentée directement dans cette page, les présentations plus détaillées sont disponibles dans des pages annexes, accessibles par lien.

Afin de se faire une idée de ce qui est envisageable et d'entamer la lecture de ce long document, le lecteur qui le souhaite peut préférer commencer par la lecture des documents suivants qui présentent des exemples de réalisation :

• La PoupoLED à paruls de Vince - exemple illustré de réalisation
• la poupo de Khoreff, un exemple de poupo à base de capsispots
• la poupo de Dwarfy, exemple de poupo à base de capsispots

ATTENTION: une majorité des greffeurs qui utilisent comme PG soit solanum habrochaites, soit un PG F1 à ascendance solanum habrochaites (Arnold en est un exemple mais aussi une majorité des PG commerciaux) sous éclairage LED ont constaté un désordre grave de type intumescence (souvent appelé “pustule” ou “oedème” dans les suivis). Voir intumescence dans le Tomowiki.

Plusieurs années d'utilisation de PoupoLED, confirmés par plusieurs articles scientifiques montre que la majorité des plantes ont besoin d'UV-B et que ceci est particulièrement flagrant pour les PG à ascendance habrochaite et certains capsicums. La seule solution simple qui a fait ses preuves (au delà de faire bénéficier ses plants de plusieurs heures par jour de lumière solaire) est la suivante : compléter l'éclairage d'une poupoLED par une ou plusieurs ampoules CFL UV-B (prévues pour les reptiles en terrarium) de type 10.0. l'expérience a montré qu'une ou mieux deux CFL 13W de type 150 10.0 permettait de s'affranchir des problèmes d'intumescence sur ces PG et autres plantes particulièrement sensibles.

RECOMMANDATION	Il est indispensable pour les PG à ascendance “habrochaites” et fortement recommandé pour les autres plantes sous LED de prévoir d'ajouter au spectre une source suffisante d'UV-B

LECTURES	Cf. ci-après ce qu'a écrit Alain60 dans le forum le 29 mars 2021

les UV-B (315-280 nm) sont ceux nécessaires aux plantes pour assurer un bon développement

Je précise bien aux plantes et non pas seulement aux tomates, car en cherchant la littérature scientifique sur le sujet on trouves des études portant sur

les solanacées en général comme tomates

(Lang, S.P., Struckmeyer, B.E. & Tibbitts, T.W. 1983 Morphology and anatomy of intumescence development on tomato plants J. Amer. Soc. Hort. Sci. 108 266 271),

piments, Pomme de terre, et Aubergines (Eisa, H.M. & Dobrenz, A.K. 1971 Morphological and anatomical aspects of oedema in eggplants (Solanum melongena L.) J. Amer. Soc. Hort. Sci. 96 766 769)

mais aussi sur d'autres plantes par exemple les géraniums et pélargonium

(Balge, R.J., Struckmeyer, B.E. & Beck, G.E. 1969 Occurrence, severity and nature of oedema in Pelargonium hortorum Ait J. Amer. Soc. Hort. Sci. 94 181 183); cuphea ; Ipomea (Trotter, A. 1904 Intumeszenze fogliari di “Ipomoea batatas.” Ann. Bot. (Lond.) 1 362 364); …

et la liste bien entendu n'est pas exhaustive.

On trouve aussi des études qui cherchent à mettre en évidence des mécanismes mis en jeu comme (Morrow, R.C. & Tibbitts, T.W. 1988 Evidence for involvement of phytochrome in tumor development on plants Plant Physiol. 88 1110 1114).

Fin 2017, on trouve, à des prix très abordables, des spots LED de 30, 50 ou même 100W qui utilisent une alimentation en courant constant (donc avec pertes minimales à ce niveau) directement branchables sur le 230V DC. Pour ceux qui cherche une solution LED relativement économique et surtout ne nécessitant qu'un strict minimum de branchement électriques, c'est une option tout à fait envisageable.

Les premiers tests semblent concluants avec les conclusions suivantes:

• pour une utilisation en pouponnière (spots en position horizontale au plafond de la poupo et éclairant vers le bas), il est impératif de prévoir une ventilation du radiateur/diffuseur (en alu, avec ailettes) situé au dos de ces spots.
• cette solution n'est envisageable que pour une pouponnière avec un seule étage (ou pour l'étage le plus haut) pour permettre une bonne ventilation du dos des spots
• il faut prévoir une assez grande hauteur de poupo (au moins 75 cm et si possible 85 cm ou plus) pour i) une relativement bonne homogénéité de l'éclairage et ii) une distance minimale >= 25/30 cm entre les spots et l'apex des plantes.
• pour des poupos de environ 50 à 60 cm de profondeur, les modèles 50W semblent les mieux adaptés (pour permettre d'éclairer suffisamment l'avant et l'arrière). Il faut prévoir un spot de 50 W pour chaque tranche de 35 à 45 cm de largeur (par exemple 3 spots pour une géométrie 114 * 57 cm dont 1 blanc chaud au centre et 2 blanc froid sur les côtés).

Pour plus de détails, voir le sujet de Alain60 qui se lance dans la construction d'une poupo avec ce type d'éclairage

- - -

on trouve également des DOB de 20, 30 ou 50W dites “ integrated smart IC driver” (DOB : Driver on Board) qui se connectent directement sur le secteur 230 V AC.

Du point de vue LED, ces COB sont très proches des COB de puissance devant être alimenté par driver en courant constant. La différence fondamentale est que le driver est intégré sur la platine du COB permettant de les connecter directement au secteur.

Les avantages et inconvénients par rapport aux COBs standard

• avantage : simplicité du branchement
• avantage : tarif; ces COBs à quelques € pièce présentent un tarif inapprochable (comparé au prix des COBs classique plus driver)
• équivalent : le besoin impératif de refroidissement actif, voir le document capsispot
• équivalent ou presque : le rendement du driver est de l'ordre de 87% – pas trop de perte à ce niveau ; comprarble aux drivers esternes
• inconvénient : le rendement annoncé est de l'ordre de 85 lm par W ce qui est correct sans plus (en quelques années d'utilisation la différence de rendement doit permettre d'amortir l'achat d'un driver autonome avec un COB standard offrant de l'ordre de 100 lm par W).
• inconvénient : le courant délivré dans les LED par le driver intégré, en l'absence de condensateur, est très haché et provoque un scintillement des LED (à raison de 2 fois la fréquence du secteur soit 100Hz en Europe) qui le rend inadapté à l'éclairage domestique.
• inconvénient : le branchement direct du secteur avec comme isolant une seule fine couche de vernis/peinture, n'est pas très rassurant pour la sécurité. Il devient indispensable de bien mettre à la terre tout le châssis et de protéger l'éclairage avec un disjoncteur différentiel 30 mA.

Avertissement : ce genre de montage doit être réservé aux personnes très soigneuses et expérimentées en montage électrique.

- - -

Une pouponnière doit tout d'abord être adaptée aux besoins de l'utilisateur

On peut en fonction de la taille des godets (les classiques 7cmx7cm arondi à 0.005m², ou les 8cm x 8cm arrondis à 0.065m² ) calculer la surface nécessaire à un nombre de plants

• Avec des godets 7×7 : 50 plants : 50 godets, soit 0.25 m² qui correspond à une poupo de 50cm x 50cm ou 1m x 25cm.
• Avec des godets 8×8 : 50 plants, soit ~ 0.33 m² (par exemple 1 m par 33cm)

Pour être à l'aise, on peut tabler sur une poupo de 0.5 m², ceci correspond à une poupo de 1m20 x 42cm soit une centaine de plants en godets de 7×7 ou 70 plants en godets 8×8.

Il est à noter qu'un meilleur rendement serait obtenu avec une poupo carrée de 70cmx70cm car elle minimise la surface des cotés, avec moins de pertes thermiques, idem pour l'éclairage. Par contre l'accès aux plants “du fond” est moins aisé, à chacun de définir ses priorités.

Au delà de 0.7 m² , il vaut mieux envisager de faire plusieurs étages avec des hauteurs différentes et/ou réglables.

• Ceci permet de cultiver des plants de taille différentes dans les meilleures conditions de croissance et d'éclairage.
• On peut aussi éviter le gaspillage en n'utilisant qu'un étage lorsque le besoin est moindre.

__

la hauteur de la pouponnière dépend i) de la taille des plants qui y seront placés et ii) du type d'éclairage envisagé qui impose une distance minimale entre l'apex des plants et les sources de lumières :

• avec des sources diffuses (tubes fluo, barres LED rigides avec de multiples petites LED) ce minimum est de l'ordre de 10 cm
• avec un petit nombre de sources puissantes et ponctuelles (par exemple des capsispots CPS50 ou CPS100), ce minimum est de l'ordre de 25/30 cm cm
• avec un éclairage intermédiaire (genre capsikits) le minimum est de l'ordre de 15/17 cm

Exemples d'estimations de hauteur interne minimale du caisson pour des plants pouvant aller jusqu'à 30 cm de haut

• avec des barres rigides : hauteur du panneau d'éclairage : ~ 10 cm ; hauteur des godets : ~ 11 cm ; hauteur sous godets ~5 cm ; hauteurs des plants : 30 cm ; distance LED / apex 10 cm =⇒ Hauteur minimale du caisson : ~ 55 cm
• avec des capsikits : Hauteur minimale du caisson : ~ 60 cm
• avec des capsispots CPS50 : Hauteur minimale du caisson : ~ 70 cm
• avec des capsispots CPS100 : Hauteur minimale du caisson : ~ 80 cm

__

Dans tous les cas, surtout si la pouponnière est installée dans une pièce froide, mais plus encore dans celui d'une pouponnière “à étages”, il est important de placer sur le plancher de la poupo (de chacun de ses étages) un lit de sable humide de quelques centimètres d'épaisseur. les bénéfices qui en résultent sont :

• cette masse de sable sert de ballast thermique en évitant des variations trop brutales de température entre les phases d'éclairage et celle de “noir”.
• ce sable humide, permet de maintenir une hygrométrie relative suffisante dans l'enceinte de la pouponnière. Pour une bonne photosynthèse, il est important que les stomates des plantules ne se ferment pas. Cela se produit cas quand il fait à la fois trop chaud et trop sec. La chaleur au niveau du feuillage est présente en raison du rayonnement de l'éclairage; elle est encore plus importante juste au dessus de l'éclairage ; il faut éviter que la ventilation nécessaire à l'évacuation de la chaleur ne conduise à un déficit hygrométrique ; il faut donc, apporter de l'humidité, si possible en fonction de la chaleur et de la lumière ; c'est exactement le rôle que joue ce lit de sable humide.
• ce lit de sable humide, en raison des calories consommées pour l'évaporation de l'eau qu'il contient, empêche le substrat (terreau dans les godets) de trop chauffer, ce qui est mauvais pour la croissance des plantules, mais est un risque non négligeable lorsque le plancher d'un étage est de fait le plafond de l'étage en dessous, zone où se concentre la chaleur dégagée par l'éclairage.

La structure de la pouponnière n'a pas d'influence notoire sur la croissance des plans - maison en pierre ou maison en paille -, peu importe pourvu que les conditions optimales de croissance puissent être atteintes, et facilement réglables.

Première exigence : bien que l'on puisse imaginer que la lumière de la pièce où est placée la pouponnière apporte un plus à la croissance des plants, il n'en est rien. Les pertes sont bien supérieures aux gains, donc il est impératif de prévoir un volume clos, bien isolé thermiquement, avec des parois réfléchissantes.

La seule exception, mais exception importante, est la suivante : la face arrière de la pouponnière est fermée par un panneau qui transmet la lumière (panneau en verre, plexiglass, ou polycarbonate) et ce panneau est placé contre une fenêtre bien exposée. Dance cas attention, avec une fenêtre orienté au sud, la chaleur générée par le soleil peut atteindre 300W par m² (en hiver ou début de printemps quand le soleil est assez bas), il est alors impératif de prévoir au moins un ventilateur extracteur d'air chaud car la température pourrait alors dépasser les 35°C dans le caisson et brûler rapidement les jeunes plants.

Exemple illustré :

Lors de la photo, la pouponnière en cours de finition et tests et portes ouvertes, n'est pas encore installée derrière la fenêtre. Depuis elle est contre une fenêtre orientée plein sud et un ventilateur “extracteur” > 80 mm (alimenté idéalement sous 5 ou 6 V) est indispensable en milieu de journée ensoleillée pour que la température ne dépasse pas 30°C.

__

Avec un caisson clos (hors évents d'entrée et d'évacuation d'air) il est possible de maîtriser la température, l'éclairage et l'hygrométrie avec le meilleur rendement et la stabilité requise.

Si le projet prévoit un système à étages, il est possible de récupérer une armoire métallique ou une étagère en bois, et l'aménager au mieux.

Dans le cas d'une pouponnière à étage, il est encore plus important de prévoir une forme d'isolation entre étages afin d'éviter que la chaleur dégagée par l'étage inférieur contribue à un échauffement trop important du substrat. En effet, si un substrat trop froid ralentit voire inhibe la croissance des racines, un substrat trop chaud n'est pas bon pour les plantes ; en outre comme il va sécher plus vite, il va imposer un arrosage plus fort et plus fréquent, avec un risque certain d'apparition d'œdèmes.

Le premier point est d'éviter la formation d'un piège à chaleur (poche d'air chaud) au dessus des LEDs de l'éclairage de chaque étage. On peut donc selon la température de la pièce évacuer cet air chaud à l'extérieur de la poupo (pièce tempérée), soit le faire circuler à l'étage au dessus (pièce froide)

En pièce froide, on peut résoudre le problème en recouvrant le “plancher” de chaque étage avec une couche de sable (environ 3 cm d'épaisseur) qui sert de ballast thermique (mais ne pas oublier de permettre cependant l'évacuation de l'air chaud au dessus des LEDs de l'étage en dessous.

En pièce tempérée, l'utilisation d'un bac de culture, surélevé par des cales, de quelques centimètres au dessus du plancher et permettant l'évacuation par les côtés, de l'air chaud juste au dessus du plancher s'est avéré une bonne solution.

Si le besoin est minimaliste, il est possible de fabriquer une pouponnière à très peu de frais, offrant d'excellents résultats.

Pendant cette phase de croissance, avec la lumière et la chaleur produite par l'éclairage, les besoins des plantes en eau sont significatifs et une hygrométrie importante est très souhaitable, alors que l'éclairage et le renouvellement de l'air contribuent à évacuer une bonne partie de l'humidité.

Pour autant on peut presque considérer la question de l'hygrométrie comme secondaire.

En effet, le terreau dans les godets doit être maintenu bien humide; en raison de la température et du nécessairement renouvellement de l'air dans la pouponnière un équilibre hygrométrique va s'établir naturellement (à un niveau relativement élevé).

Si en outre, voir plus loin, vous avez mis en place une couche de sable et que vous mainteniez ce sable humide, cela ralentit le dessèchement du terreau et contribue au maintien de l'hygrométrie souhaitable. La présence de ce sable humide, permet de moins arroser le substrat dans les godets et ainsi de diminuer les risques d'œdèmes (œdèmes qui sont la conséquence d'un éclatement des vaisseaux quand les stomates sont fermés et qu'un terreau trop chaud, trop riche en eau, provoque un afflux de sève trop important).

Il n'y a donc pas de disposition particulière à prendre, autre que de maintenir humide le terreau dans les godets et le sable.

En fonction des plantes cultivées on connait la température idéale pour leur germination (typiquement 23 à 25 °C pour les tomates, 25 à 29°C pour les piments et poivrons ou aubergines), pour la croissance une température entre 24 et 26°C semble idéale. Pendant la germination il est recommandé de maintenir la température constante.

Concernant la phase “post-germination”, les deux choses à retenir sont i) la moindre dépendance de la température idéale à la plante cultivée, et ii) l'importance que la température soit entre 7 et 10°C plus basse pendant les phases nuit (sans éclairage) que pendant les phases jours, en évitant toutefois les transitions trop brutales. En pratique comme il y aura souvent des plantes bien différentes on peut estimer qu'une température “jour” autour de 25 °C est un bon compromis.

Pour se prémunir des variations de températures trop brutales (éclairage/extinction des LEDs et/ou marche arrêt d'un câble chauffant), l'installation d'un ballast thermique dans la pouponnière est une solution idéale. La mise en place d'un lit de sable de quelques centimètres d'épaisseur au fond de la pouponnière permet à la fois d'assurer ce rôle de ballast thermique, mais aussi si ce sable est régulièrement humidifié de ballast hygrométrique. Dans le cas où on utilise un câble chauffant, il doit être placé dans ce lit de sable.

Avec les éclairages anciens, le problème était simple, la chaleur dégagée par l'éclairage était telle que le besoin principal était un besoin d'évacuer le surplus de chaleur, et la solution consistait à mettre en place une ventilation asservie à un thermostat : dès que la température dépassait la consigne (par exemple 26 °C) le ventilateur se mettait en route pour évacuer l'air chaud.

Avec l'utilisation des tubes fluos et plus encore des LEDs dont le dégagement de chaleur est bien plus faible, il devient bien moins évident qu'il y aura un surplus de chaleur à évacuer, au contraire le besoin s'inverse et il va parfois être nécessaire d'avoir un apport de chaleur pour maintenir la température voulue.

Quelque que soit la température de consigne, il est important de prévoir un renouvellement minimal de l'air dans la pouponnière, d'une part pour apporter l'oxygène et le gaz carbonique nécessaire à la plante et d'autre part pour éviter le développement de moisissures et champignons. Pour cela, avec les LEDs il n'y a pas besoin de ventilateur, il suffit de permettre une convection naturelle suffisante.

Il est donc essentiel de prévoir une arrivée d'air frais en bas de l'enceinte et une évacuation d'air chaud en haut.

Si la pouponnière doit être installée dans un local avec une température ambiante qui peut descendre en dessous de 15°C, il est important de prévoir un minimum d'isolation thermique afin que lors de “phases nuit” (sans éclairage) la température ne descende pas en dessous de 14/15°C (ou ne pas consommer trop en faisant fonctionner un câble chauffant en permanence ou presque).

Dans ces environnement très frais, il est possible que la chaleur dégagée par l'éclairage ne soit pas suffisante pour maintenir la température idéale souhaitée.

Deux approches sont alors envisageables (en fonction de la température ambiante):

• se contenter de la température provenant de la chaleur dégagée par l'éclairage et ajuster en réduisant plus ou moins (mais jamais en obstruant complètement) la prise d'air frais. C'est la méthode la plus économique il suffit d'un thermomètre de contrôle dans la pouponnière. Ce n'est pas dramatique si la température dans la pouponnière est de 2 ou 3 degré au dessous de la température idéale.
• installer un chauffage d'appoint pour tenir la consigne : la solution la plus simple est d'installer un tapis ou un câble chauffant de petite puissance, et d'asservir son fonctionnement par un thermostat. En pratique ce chauffage d'appoint est souvent déjà présent puisque il sert à la germination de graines exigeantes comme celle d'aubergines ou de piments.

En pratique le besoin va dépendre de la température ambiante de la pièce dans laquelle est située la pouponnière.

• Si elle est vraiment très froide, il est probable qu'il faudra la solution 2 avec chauffage d'appoint + régulation.
• dans de nombreux cas le solution minimaliste sera acceptable.

Comme pour la maîtrise de l'hygrométrie, la présence d'une couche de sable (maintenu humide) est très favorable à la maîtrise de la température. Son inertie sert de ballast thermique et évite les maxima et minima excessifs ainsi que les variations trop brutales de température entre les phases “éclairage” et les phases “nuit”.

La ventilation réponds à des besoins différents

• la maîtrise de la température : il faut permettre l'évacuation d'un éventuel surplus de chaleur produit par l'éclairage
• l'apport de CO² nécessaire à la photosynthèse lors des phases d'éclairage des plants
• l'existence d'un courant d'air dans la pouponnière est très favorable à la croissance des plants (croissance plus rapide, plants plus robustes)

Le problème est principalement celui du maintien de la température (à la fois pour les plants, mais aussi pour l'éclairage -rappelons que le rendement et la longévité des LED baise quand leur température de fonctionnement augmente-). Il sera donc indispensable de permettre à l'air chaud au dessus des LED de pouvoir s'évacuer.

Selon la température de la pièce et la technologie d'éclairage, les besoins peuvent être très différents (les barres rigide LED en raison de leurs résistances de régulation, dégagent au moins 2 fois plus de chaleur que les LED alimentées en courant constant).

Dans une pièce froide (genre sous sol, garage) il faut limiter les pertes de chaleur et une simple convection naturelle avec un évent haut (évacuation d'air chaud) situé au dessus de l'éclairage, et un évent bas (d'arrivée d'air frais) sera suffisant.

Cependant dans le cas d'une pièce vraiment froide et pour éviter de gaspiller l'énergie, notamment quand on doit utiliser un câble ou tapis chauffant, il sera très rentable de mettre en place un système de recyclage d'air chaud, qui à la fois

• renvoie la chaleur produite par l'éclairage au niveau des plants
• stoppe l'évacuation d'air chaud quand les LED sont éteintes.

Pour cela un système avec, en haut, un ventilateur extracteur, et en bas un ventilateur intracteur, reliés par une gaine de type gaine de VMC, fera l'affaire. Il permet de bien mieux éviter les chutes à des températures trop basses la nuit. Nota : cela ne dispensera pas de la mise en place, en bas de caisson, d'une arrivée d'air “neuf” (donc frais) pour apporter le CO² nécessaire (voir plus loin).

Dans ce cas, une simple ventilation par convection naturelle fera l'affaire, en adaptant la taille des évents haut et bas à la température de la pièce et à la chaleur produit par l'éclairage. L'idéal pour cet ajustement est de prévoir des évents de grande dimension, mais ajustables (partiellement obstruables).

La croissance des plantes par photosynthèse utilise le carbonne du CO² de l'air pour la production de la matière organique. Il est donc fondamental, hors tout problème de température, d'assurer un renouvellement régulier de l'air pour assurer un apport suffisant de CO² pendant la croissance des plantes. Dans tous les cas il faut prévoir, en bas du caisson un évent suffisant d'arrivée d'air “neuf” (et donc chargé en CO²) (et par conséquent, en haut de quoi évacuer l'air chaud appauvri en CO²). Si la convection naturelle est suffisante (avec des évents de taille appropriée) dans le cas des pièces froides, il est largement préférable d'avoir des évents plus petits avec au moins un ventilateur d'extraction qui ne fonctionne que pendant l'éclairage des LEDs (voir plus haut).

Les plantes grandissent plus vite et sont plus robustes lorsque elle sont soumises à une circulation d'air significative (cf par exemple, les résultats sous serres à ouvertures latérales automatiques attestés par plusieurs professionnels).

Un autre effet bénéfique dans nos pouponnières, en l'absence de vent) est que ce brassage de l'air va permettre de mieux renouveler l'air au contacts des feuilles (appauvri en CO² par la photosynthèse) et donc sensiblement accélérer la croissance.

Au delà de la germination et de la toute première croissance (qui n'en souffrent pas, au contraire) il devient important d'assurer un brassage de l'air significatif dans le caisson de la pouponnière.  La mise en place d'un (au moins un) ventilateur de brassage est plus que vivement recommandée.

Un ventilateur alimenté en 12V du type de ceux que l'on trouve dans les PC nous parait la meilleure solution.

Des essais en laboratoire ont démontré (pour les tomates en particulier) qu'il y avait un gain de croissance et de vigueur en poussant jusqu'à 16 h d'éclairage par jour (au delà, effet bien plus faible, voire négatif car le cycle de la plante n'est plus respecté), mais vraiment peu de différences entre 14 et 16 heures.

Le propos de cette étude étant de développer des solutions performantes et surtout économes, nous conseillons donc un éclairage de 13 à 15 heures par jour, alimenté via un minuteur ou une prise programmable.

Pour éviter le stress du passage trop brutal lumière / noir, certains jardiniers recommandent, à défaut de pouvoir diminuer l'intensité de l'éclairement de jouer avec le programmateur en éteignant la lumière 1/4 d'heure pendant la pénultième heure d'éclairement, puis 2 fois 1/4 d'heure pendant la dernière.

La lumière se transforme en chaleur au contact d'une surface absorbante. Au contraire, si elle est réfléchie, elle continue sa route et peut être captée par les plantes.

Rouleau de mylar métallisé

Le confinement de la lumière est primordial dans une pouponnière : Tout ce qui peut contribuer à réfléchir la lumière (murs, plafond, sol) aura un effet bénéfique, décisif sur la croissance de vos plants.

On sait qu'il ne sert à rien de chauffer une pièce ouverte ou mal isolée, c'est exactement pareil pour l'éclairage.

Le strict minimum est que ces parois soient d'un blanc brillant (le blanc est la couleur qui absorbe le moins de lumière! en fait, on voit une surface blanche parce que l'ensemble des couleurs sont réfléchies et non pas absorbées par cette surface); environ 80% de la lumière reçue est réfléchie. On obtient de meilleurs résultats (> 90%) avec les surfaces métallisées (genre feuille d'aluminium brillant, couverture de survie…)

Le mylar (nom commercial) est un film plastique très fin et résistant, qui peut être métallisé afin d'obtenir un effet réfléchissant de très bonne qualité.

La puissance lumineuse émise par une source “se dilue” dans l'espace qui le sépare de son récepteur (les feuilles)

Il faut savoir que le rayonnement de la source lumineuse se disperse en fonction de l'angle de diffusion, perdant ainsi sa puissance d'éclairement selon le carré de la distance qui le sépare de son récepteur.

Si la lumière émise était indéfiniment réfléchie sans perte jusqu'à atteindre les feuilles, le problème serait plus simple : toute la lumière émise par la source serait reçue par les récepteurs (les feuilles). La distance entre la source lumineuse et les plantes n'aurait alors aucune importance.

Malheureusement le rayonnement qui n'est pas capté directement par les feuilles va subir différentes pertes i) par les réflexions qui ne sont jamais parfaites, et ii) surtout parce que une partie importante va finir par être absorbé par le terreau des godets.

Il est impossible de développer des calculs précis de pertes et de distance, mais la logique nous permet de comprendre qu'il y a un grand intérêt à rapprocher la source lumineuse de la surface des feuilles.

• Les lampes horticoles chauffant beaucoup ne permettent pas cette proximité (plants grillés)
• Les tubes néons chauffant très peu permettent de bien se rapprocher des feuilles.
• Les éclairages LED à base de nombreuses LEDs peu puissantes autorisent une proximité de l'éclairage à ~ 3 cm du feuillage sans risque de brûlures, alors qu'avec des LEDs de puissance (typiquement 10W ou plus) il convient d'écarter le haut des plantes des LEDs d'au moins 15/20 cm et parfois bien plus.

Ainsi, il sera nécessaire de prévoir un plafonnier à hauteur réglable, si l'on veut améliorer le rendement de l'éclairage et réduire au maximum le filage des plants. Inversement, si l'éclairage est fixe, on peut obtenir le même résultat en rehaussant les plants pour les rapprocher de l'éclairage.

Nota : Le manque de lumière n'est pas la seule cause du filage des plants. La température ambiante de la pouponnière accélère la croissance et contribue au filage. Si cette température ne baisse pas suffisamment pendant la période “nocturne” la plante continue sa croissance dans l'obscurité et a tendance à filer. Pensez y, la lumière ne fait pas tout !

Eléments constituant d'une ampoule LED type “épi de mais” 30 W, 165 Led type SMD 5050

Une LED ( Light Emitting Diode - en anglais ) est un composant électronique qui émet de la lumière lorsqu'il est parcouru par un courant électrique.

La couleur de la diode dépend du matériau utilisé dans le composant; depuis 1990 et la création de la LED bleue, on a rapidement vu évoluer ces composants pour s'adapter aux besoins d'éclairage avec des couleurs allant du blanc chaud “Warm white” (tirant plutôt sur le jaune) au blanc froid “Cool white” (tirant sur le bleu).

Les développements incessants dans la recherche de la performance ont déjà permis d'atteindre un rendement lumineux égal ou supérieur aux meilleurs tubes néons (> 100 lm/W ) dans le domaine visible (lumière blanche). En couleur blanche avec un spectre uniforme, le rendement théorique pourrait aller jusqu'à 250 lm / W , il atteint déjà 130 lm/W avec les modèles de LED les plus performants (mais souvent les plus chers) et plus de 150 lm / W en laboratoire.

Grace à son excellent rendement, la LED chauffe très peu, a une durée de vie 20000 à 50000 heures selon sa qualité ou l'intensité à laquelle elle est soumise, bien mieux qu'une lampe classique (1000 à 2000 h).

C'est donc un composant qui peut apporter de gros avantages dans l'éclairage d'une pouponnière.

Le bon éclairement d'une pouponnière est principalement caractérisé par la couleur et la puissance de l'éclairage ( voir paragraphes suivants ) néanmoins, au vu du développement rapide des LEDs “High Power” qui vont de 10 à 20, 30, 50 et maintenant 100 W pour un même composant, il nous semble opportun de privilégier une plus grande quantité de Leds de puissance modérée à de grosses sources ponctuelles.

Non seulement, la lumière est mieux diffusée sur l'ensemble de la surface à éclairer, mais en plus les dissipations thermiques sont plus faibles pour chacune et ne nécessitent pas de coûteux “radiateurs” dédiés.

Les LEDs de forte puissance nécessitent un système de refroidissement, sous peine de diminuer fortement leurs performances et leur durée de vie, de plus leur rendement n'est pas toujours aussi bon que les LEDs de puissance moyenne.

En comparant la courbe de sensibilité de l'œil humain en fonction de la longueur d'onde (qui est à la base des mesures en lux / lumens) et la courbe d'absorption des longueurs d'onde pour la photosynthèse (appelé PAR pour Photosynthesic Active Radiation), il devient évident que lumens (ou lux) ne sont pas du tout adaptés à quantifier la lumière “utile” reçue par les plantes.

Par définition un luxmètre “normal” sera conçu pour fournir une mesure fidèle à la sensibilité de l'œil humain.

On remarque que le maximum de sensibilité d'un luxmètre se situe dans la bande vert / jaune, et que la sensibilité est faible à très faible pour le violet bleu et le rouge.

Or cette bande vert /jaune est justement celle qui est la moins utile à la croissance des plantes, et qui est également la moins présente dans le spectre de lumière émise par une source blanc froid.

A titre d'exemple, des mesures réalisées en 2019 avec un spectromètre PARmètre “professionnel, sur des DOB 20W en spectre 3500K et “Full Spectrum ont donné les ratios suivants de lux pour un PPFD de 1 µmol·m^-2·s^-1

– soit 3,5 fois moins de lux en FS pour une énergie lumineuse reçue égale. ne vous étonner pas si vos mesures en lux sont faibles quand il y a une proportion significative de “Full Spectrum (essentiellement bleu + rouge) dans votre éclairage.

Conclusion : une valeur de mesure d'éclairement au luxmètre d'un éclairage autre que blanc moyen est en soi inutilisable pour quantifier réellement la lumière utile reçue par une plante pour sa croissance.

Cela n'enlève pas toute justification à l'utilisation d'un luxmètre pour un éclairage “blanc froid” ou “blanc froid + blanc chaud”, mais son utilité se limitera à permettre :

• de vérifier l'uniformité de l'éclairage sur la surface éclairée
• de permettre de comparer quantitativement différentes sources qui émettent avec le même spectre (ou des spectres très voisins).

De même pour un spectre de lumière donné, les lumens permettront de comparer l'intensité émise par deux sources de puissance différentes, mais pas de mesurer l'énergie lumineuse utile reçue par les plantes.

A titre d'exemple, il a été prouvé (McCREE) que les longueurs d'onde 450 nm (bleu royal) et 600 à 650 nm (rouge cerise) sont les plus efficaces pour la photosynthèse, sensiblement plus que le 555 nm (vert). Dans les mesures photométriques, ces deux couleurs importantes ne sont prises en compte que 15 fois moins que le vert. La présence de ces 2 longueurs d'onde dans le spectre sera important pour les plantes mais resteront très peu prises en compte par les mesures en lumen ou lux.

Les scientifiques utilisent comme unité la µmol·m^-2·s^-1 pour mesurer l'intensité d'un éclairement (PPF : lumière émise, PPFD : lumière reçue) la quantité de photons reçus par m² et par seconde). Cette unité est également appelé le µE ou micro Enstein).

Les agronomes utilisent plutôt le DLI (Daily Light Integral) qui somme la quantité d'énergie lumineuse reçue par les plantes en une journée. C'est l'intégrale sur 24h du PPFD. Il se mesure en mol·m^-2.

Le problème avec les LEDs (comme avec les autres types de sources) est de faire le lien entre les informations qui nous sont accessibles (les lumens ou Watts) et le nombre de µmol·m-2·s-1  qui font pousser les plantes.

Voici quelques données prises sur Internet pour aider à appréhender cette dernière unité. Pour des conversions précises il faudrait aborder des notions de physique quantique… les tomates l'ignorent et s'en accommodent très bien.

Intensité de lumière (PPFD) et énergie totale par jour pour 16 h d'éclairage (DLI)

On peut essayer de combiner les valeurs précédentes avec le tableau empirique suivant pour une poupoponnière avec parois réfléchissantes. Les valeurs pour les tubes sont des moyennes de mesures relevées sur internet, donc raisonnablement fiables, celles pour les LEDs récentes sont bien plus des “supputations”, sur la base de nos tous premiers retours d'expérience Les Watts/m² sont les valeurs d'énergie “compteur” en tenant compte des pertes dans les équipements standards (transformateurs, ballasts, … ) indispensables pour faire fonctionner ces éclairages .

– Lu dans l'autre sens pour une énergie lumineuse à peu près équivalente pour les plantes, il suffit de 120W de LED haut de gamme, là où il faut ~160W de LED premier prix et 200W de tube fluo.

Équivalences approximatives PPFD et mesures en lux usuelles –uniquement pour des spectre blancpas trop différent de la lumière naturelle.

Ces valeurs donnent des ordres de grandeurs avec des équipements standards.

Voir Discussion sur le rendement lumineux sur Wikipedia – attention, très “matheux”

Il est maintenant avéré que l'évolution du rendement lumineux des diodes “Led” qui a suivi depuis les années 2000 une croissance constante, et avec l'invention de la diode bleue, s'est taillée une large part de marché dans le domaine de l'éclairage, est maintenant supérieur à tout autre système d'éclairage, la difficulté restant d'alimenter les LEDs pour un rendement optimal -ce qui n'est pas toujours à portée de tout un chacun-.

Rien ne sert de faire des tableaux précis puisqu'ils seront à coup sûr obsolètes dans quelques mois, mais les meilleurs néons sont maintenant dépassés par les Led de dernière génération.

De plus, la production à grande échelle des Led réduit drastiquement les coûts de fabrication.

Il faut rester humbles sur les résultats à attendre, puisque ce rendement (mesuré en Lumens par Watt dans la partie visible à l'œil) n'est peut être pas aussi bon (mais peut être meilleur) concernant son efficacité sur les plantes, qui n'utilisent pas tout le spectre lumineux pour la photosynthèse.

Ainsi, il est possible (comme pour les néons horticoles) de disposer de sources Led “blanc froid” (env. 6500K) qui conviennent très bien à l'éclairage des plantes en croissance.

On peut objectivement dire qu'à l'heure actuelle l'éclairage LED peut déjà être plus économique à l'achat et plus économique à l'usage, et que ses performances ne feront que croître d'année en année, d'ou l'importance de s'y intéresser dès maintenant, car le prix de l'électricité suit une courbe inverse …

Voir “Etude économique comparative”

Quelques chiffres destinés à permettre les comparaisons en monochrome blanc froid :

• les meilleurs tubes fluo (T5) offrent (neufs) un rendement de 80 à 90 Lm/W, auquel il faut ajouter environ 12% à 15 % de pertes dans ballast et starter, et donc en rendement réel moyen proche de 75 lm/W compteur . On considère qu'ils perdent environ 10% à 15% de rendement après une saison de culture en pouponnière et doivent être remplacé tous les 3 à 4 ans.
• les tubes fluo (T8) offrent un rendement de 60 à 70 lm par W, et donc un rendement réel (avec starter et ballast) proche de 55 lm/W compteur. Ils perdent environ 15 à 20 % par saison et doivent être remplacé tous les 2 ans.
• les CFL (lampes fluo compactes) sont, en moyenne, proches des T5 avec des chiffres légèrement en dessous.
• Les LED premier prix (récentes) prêtes à l'emploi (régulation par résistances) sur une alimentation 12V DC (courant continu) simple sont en moyenne à un niveau comparable à celui des tubes T5 standard.
• Les LED premier prix avec une alimentation “ad_hoc” (en courant constant) permettent un rendement réel dans la zone 80 à 90 lm/W compteur.
• Les LED de qualité (nettement plus onéreuses) avec une alimentation en courant constant permettent de dépasser (un peu) un rendement réel de 100 lm par W compteur.
• Comparativement, les ampoules classiques à filament (à incandescence) ont un rendement d'environ 15 Lm/W (une misère !)

Une lumière trop directe présente de nombreux inconvénients par rapport à une lumière diffuse dont :

• risque de photo inhibition en cas de lumière trop violente
• transpiration plus forte : besoin d'eau plus important
• moins bon éclairement des feuilles basses : croissance non équilibrée des différentes parties de la plante
• réduction du rendement photosynthétique

Il est essentiel d'assurer une lumière diffuse. Cela peut être obtenu, en plus des réflexions par les parois de la pouponnière, par le nombre de sources (LED) et leur répartition au dessus des plantes ou dans le cas d'un petit nombre de LED par un réflecteur diffuseur. A retenir : il est préférable, sauf a devoir faire des pouponnières très hautes pour y placer les LED, de choisir un éclairage avec plusieurs sources réparties sur toute la surface de la pouponnière qu'un éclairage de même puissance avec uniquement 1 ou un petit nombre de sources.

Les industriels de la culture sous éclairage artificiel utilisent

• des mesures de l'énergie lumineuse reçues par les plantes (mesures radiométriques et non pas photométriques ; ces dernières servant à mesurer la lumière telle que perçue par l'œil humain)
• leur connaissance des capacités d'absorption des différentes variétés de plantes à différents stades de leur croissance
• leur connaissance de l'efficacité pour la photosynthèse de chacune de longueurs d'onde (couleur)

pour en déduire l'éclairage à mettre en place et comment l'utiliser.

Ils se gardent bien de donner “publier” ces informations.

Avec les LED et la capacité de jouer sur le spectre, les possibilités sont quasiment sans limites. Il existe de nombreuses travaux et études scientifiques qui abordent le problème car, à leur échelle les enjeux de rendement productif et de rendement énergétique sont énormes. Comme ces études abordent à la fois les aspects physiques de l'énergie lumineuse (les photons) et la biologie avec les réactions des différentes cellules des plantes à la lumière, elles sont très difficilement accessible au commun des mortels. De plus les résultats obtenus ne sont pas facilement généralisables puisque cela change (un peu) avec chaque variété de plante et aux différents stades de croissance des plantes.

Enfin, il s'agit encore de domaine de recherche et les résultats ne font pas tous l'unanimité ou parfois sont remis en cause quelques années plus tard.

La page Spectre de la lumière produite par des LED et son efficacité tente d'aborder les considérations relatives à l'énergie lumineuse nécessaire et utile à la croissance des plantes et comment les LED peuvent répondre à ce besoin, à partir des résultats généralement admis. Le sujet est complexe et la lecture de cette page -pourtant simplificatrice- n'est recommandée que pour ceux qui s'intéressent à cette problématique en vue de rechercher le spectre le plus efficace.

Il y a quelques années sur la base des principaux résultats montrant que les photons des bandes bleues et rouges du spectre étaient ceux qui étaient le plus absorbé par les plantes, de nombreux éclairages ont été conçus par un mix de LEDs bleues et rouges (dans des proportions variables) en vue d'optimiser l'énergie électrique.

Depuis, des travaux ont démontré :

• que bien que ceux deux bandes soient au niveau de chaque photon, celles qui apportaient le plus à la photosynthèse, un spectre large pouvait donner de meilleurs résultats. A ce niveau 1 + 1 ne fait pas toujours 2, l'effet global de plusieurs longueurs d'ondes différentes est dans certain cas, sensiblement supérieur à la somme de chacun (effet Emerson).
• il a également été prouvé, que dans certaines limites, en quelques jours les plantes s'adaptaient à l'éclairement qui leur était fourni. Un exemple relativement simple en est la faculté d'inverser les proportions de chlorophylle A et B selon le spectre fournis.

En bref, aujourd'hui le consensus semble se faire sur l'avantage d'un spectre large (en gros une lumière blanche composée, dans des proportions variables, des différentes couleurs) qui permet d'obtenir, à énergie égale, de meilleurs résultats que des système d'éclairage avec seulement 2 ou 3 couleurs.

Le consensus se fait également sur le fait qu'une lumière plus froide (proportion importante de bleu par rapport au rouge) est favorable à la croissance végétative, alors que la phase floraison fructification est favorisée par un spectre a vec une plus forte proportion de rouge.

A notre niveau de jardinier amateur et pour une pouponnière, concernés avant tout par les premières semaines de croissance végétative, le plus simple et le plus raisonnable est de partir sur une base d'éclairage blanc froid (entièrement ou majoritairement).

La couleur “blanc neutre”, “blanc jour” qui se trouve dans la plage de 4000°K à 5200°K (teinte blanche à très légèrement bleuté), est plus agréable pour notre œil mais moins efficace pour la croissance des plants.

C'est d'ailleurs ce qui est le plus comparable avec l'utilisation de tubes fluorescent ou ampoules CFL dites “blanc froid” (en général entre 6 000 et 6 500K).

Le spectre de ces éclairages “blanc froid” est un spectre large-bande, avec en proportion un peu plus de rouge et de bleu (et moins de jaune vert) que la lumière solaire. C'est ce que retiendrons pour la suite de ce document. Ceci n'empêchera aucunement ceux qui ont le gout de l'expérimentation de tenter d'augmenter l'efficacité (rendement) de leur éclairage en y ajoutant des LED de couleur.

Retenons aussi que quel que soit le spectre (raisonnable), l'effet sur la croissance augmente avec l'intensité lumineuse reçue (jusqu'à un maximum pour chaque plante, quand elle n'est plus capable d'assimiler le CO² nécessaire à la photosynthèse.

Ce qui suit, quand il est question de lumens, sauf mention contraire explicite, prend en compte un spectre blanc froid (6 000 à 6 700K).

Evidemment la puissance dépendra directement de la surface à éclairer. Dans la suite les chiffres sont donnés pour une surface de 1 m². Chacun adaptera ensuite en fonction des dimensions de sa pouponnière.

Deux considérations principales interviennent alors pour le choix de la puissance d'éclairage à installer :

• le seuil minimal en dessous duquel les plantes ne reçoivent pas assez de lumière et “filent” (s'étirent en hauteur “à la recherche de la lumière”, c'est un des aspects de ce qui s'appelle le phototropisme), voire pire en cas de carence trop grave.
• le montant de la facture du fournisseur d'électricité.

Les industriels utilisent comme unités les µ.moles/s µ.moles/m²/s (basé sur la quantité de photons utilisables -pour la photosynthèse- émise par une source ou reçue par les plantes) pour leurs cultures. Pour la croissance de la majorité des plantes, la plage d'éclairement nécessaire se situe entre 100 et 400 µ.moles/m²/s, et pour les “légumes” (au sens large) de nos jardins cette plage se réduit à 150 / 300 µ.moles/m²/s.

Ils utilisent également comme unité de mesure de l'énergie “photons” que reçoivent les plantes pendant une journée, le DLI (Daily Light Intégral ou “intégrale”/somme de la lumière pendant une journée). Voici quelques valeurs de DLI optimum trouvées dans des articles scientifiques sur Internet (en moles/m²/J)

• Tomate / capsicum /concombre : DLI variant de ~ 8 / 10 (germination) à ~ 22 / 30 (production des fruits)
• Laitue : DLI ~ 14

Voir notamment : 

• Étude sur les besoins en DLI de diverses plantes de l'université de Purdue
• Eclairage des plantes -Bases théoriques et applications de l'université d'Arizona
• comparaison LED et HPS

L'équipement pour ces mesures (spectromètrie avec filtres pour la plage du PAR) est très onéreux (> 1000 €) et nous est donc inaccessible. Plus embêtant encore, ces valeurs ne sont généralement pas fournies par les fabricants des LEDs

Nous devons donc faire, pour les LED comme pour les tubes, avec ce qui nous est disponible les Watts (le compteur) et les lumens (généralement indiqués pour la lampe). Ces unités ne reflètent pas l'énergie reçue par les plantes, mais elle nous permettent d'établir quelques règles avec des données accessibles.

Les tubes ou ampoules CFL à peu près équivalentes sont largement utilisées depuis longtemps dans les pouponnières. Comme les spectres blanc froid des tubes fluo et des LED sont raisonnablement similaires (en première approche) on peut réutiliser l'expérience acquise avec ces tubes pour en déduire le mimimum d'éclairement à fournir dans une poupo.

Avec les tubes fluo 6500 K, il est généralement admis que pour un m² éclairé il faut environ 15 000 lumen au m² (par exemple 3 tubes T8 865 de 120 cm pour une surface de 120 cm * 50 cm) pour être dans des conditions correctes de culture et environ 12 000 lumens comme minimum. Cela représente une puissance électrique de environ 180 à 200 W au m². Avec les tubes fluorescent T5, la même puissance lumineuse est atteinte avec environ 20% moins de puissance électrique (soit environ 150 à 180 W au m²). Nota la lumière produite par les tubes T8 baisse de environ 20% par saison de culture, celle des tubes T5 baisse de ~12/15% par saison.

Comme la lumière des LED est très directive, elle permet d'économiser ~ 15% de perte de lumière par rapport aux tubes fluo, et elle réduit de ~ 5% les pertes par réflexions sur les parois. De plus le spectre des LED blanc froid, semble avoir une efficacité supérieure d'environ 10 à 15% (par rapport aux tubes fluo) pour la croissance des plantes.

Avec des LED à spectre blanc froid il apparaît raisonnable de se fixer comme minimum environ 50 PAR W par m² éclairé. Selon le type et le rendement des LEDs utilisés cela correspond à

• pour les meilleures LED (genre CREE XM-L2 avec un rendement >55%) de 90 à 100W (dans les LED)
• pour les “noname” chinoises (rendement estimé autour de 40/42%) de 125 à 150W par m² (dans les LED),
• donc 150 à 200W par m² pour les modèle à régulation par résistances (les barres rigides LED).

Exemple pour 0.6 m² éclairé (en tenant compte de 15% de perte entre lumière émise et lumière reçue) pour être un peu au dessus de ce minimum :

• 15 CREE XM-L2, alimentées en 1400 mA
• 3 COB 230V 30W
• 20 barres rigides de 50 cm à LEDs 8520 (à environ 8 ou 9 W la barre de 50 cm)

En augmentant la puissance installée on obtiendra de meilleurs résultats mais

• les plantules dans nos pouponnières sont jeunes et fragiles et ne supportent pas dans leurs premiers jours des éclairages trop puissants ; il pourrait s'avérer néfaste de dépasser 20 000 lumens par m² dans les 2 premières semaines (spectre blanc neutre à blanc froid). Plus tard, en augmentant progressivement l'éclairement, il a été démontré que les jeunes plants supportent sans problème et même profitent des éclairement nettement plus forts.
• toute puissance supplémentaire, tant qu'on ne les “brûle” pas est, certes, bénéfique au plantes mais beaucoup moins pour le porte-feuille du jardinier et pour les ressources de la planète. Cela vaut il le coup d'augmenter la puissance pour gagner quelque jours ? on peut en douter.
• enfin, si pour certains plants plus âgés, on souhaite un éclairement plus fort, d'une part étant plus hauts ils reçoivent plus de lumière, et d'autre part il est toujours possible soit de rapprocher un peu les LED des apex des plants, soit de surélever ces plants.

Il n'y a donc pas de véritable justification à augmenter (dans une pouponnière) la puissance du delà de 1,5 à 2 fois les minimum évoqués ci-dessus.

Avec les premiers,retours d'expérience des poupoLEDs avec éclairage constitué de barres rigides 7020 et 8520, il est possible pour ceux qui ne veulent pas se plonger dans les PPF/YPF en µ.moles/m²/s, de commencer à donner une règle empirique permettant d'évaluer le nombre de barres à installer pour une pouponnière de dimensions données.

En estimant le rendement de ces barres LED à ~ 36%, le DLI produit par une barre 7020 moyenne (I = 0,7A sous 12V) sera de 0,5 et celui par une barre moyenne 8520 (0,8A) sera de 0,57 mol (pour 15 heures d'éclairage quotidien et en tenant compte d'une perte d'environ 15% entre lumière émise et lumière reçue).

Sachant que pour une poupo la cible est un DLI entre 10 et 15 mol/m², on en déduit facilement qu'il faudra, par m² éclairé, au strict minimum 20 barres 7020 “moyennes” ou 18 barres 8520 “moyennes”.

Ayant constaté (de plus en plus fréquemment) que certaines barres de qualité médiocre pouvaient consommer nettement moins et fournir une énergie lumineuse de 25 à 33% inférieure (par exemple des barres 7020 à 0.55 A sous 12 V et des 8520 à 0.65 A), nous en arrivons aux recommandations suivantes :

barres 7020 : une barre tous les 7/8 cm

barres 8520 : une barre tous les 8/9 cm 

Par sécurité, il est donc prudent de partir sur la base d'une barre tous les 7 cm avec les 7020 et d'une barre tous les 8/9 cm pour les 8520.

Pour les calculs précis, vous pourrez vous référer à la partie “théorique” de l'article.

En pratique, il faut savoir que la plupart des LEDs basse et moyenne puissance fonctionnent avec une tension moyenne de 3V (entre 2.8 et 3.4 V). Attention les LED High Power peuvent exiger des tensions sensiblement plus élevées de 8 à 32V.

Contrairement à une ampoule classique, elles n'ont pas une résistance suffisante pour limiter leur consommation, autrement dit plus on les gave, plus elles en avalent … jusqu'à la mort, c'est radical.

On est donc contraint d'alimenter les diodes avec un système qui non seulement régule la tension d'alimentation (le plus souvent ~3V ou un multiple de 3V si les diodes sont branchées en série) mais aussi et surtout régule le débit de courant.

Les systèmes les plus basiques intègrent une ou des résistances dans les lignes d'alimentation, le défaut étant que l'énergie consommée dans ces résistances n'éclaire pas, elle est juste transformée en chaleur, d'où un rendement moindre.

Les alimentations spéciales LED intègrent des circuits électroniques complexes et performants pour la plupart, dans la mesure ou ils sont parfaitement adaptés au besoin. Nota : il existe des systèmes réglables en tension / intensité pour permettre une bonne adaptation au montage retenu pour les LEDs.

En pratique avec les LEDs il faut distinguer deux types de montage qui se différencient par leur exigence sur l'alimentation :

• Les LEDs seules et les montages haut de gamme (le plus souvent avec des LEDs de moyenne ou forte puissance sans résistance) exigent une alimentation en courant constant (typiquement dans la plage 350mA à 2000mA).
• Les montages économiques, qui incluent des résistances de protection (au prix d'une perte de rendement puisque une partie significative de l'énergie va se transformer en chaleur dans ces résistance), travaillent eux en tension constante (typiquement 12 V).

Les deux types d'alimentation sont bien différents. Pour ne pas risquer de “griller” les LEDs il est indispensable d'utiliser le type d'alimentation qui a été prévu pour le montage utilisé.

• Alimenter une LED avec une alimentation “lambda” peut la griller rapidement, il faut une alimentation régulée en courant.

Inversement : Il ne faut pas utiliser un driver LED avec une ampoule LED, un COB ou un tube à LED pour être alimenté en 230 V.

Le plus simple est d'utiliser les systèmes pratiquement prêts à l'emploi que dont les bandes “strips” autocollantes. Il sera possible pour tout débutant équipé (tout de même) d'un fer à souder de réaliser en très peu de temps un système efficace et économique, néanmoins nous allons voir ce qu'il est possible de trouver dans le commerce si l'on veut pousser un peu l'expérience:

Depuis la rédaction de ce document, diverses études et réalisations ont été réalisées.

Notre recommandation actuelle est de privilégier l'une des deux approches suivantes qui d'une part ont démontré leur efficacité et d'autre part bénéficient d'un rendement énergétique largement supérieur à celui de l'approche des rubans ou barres rigides (ci-après dans ce document).

Deux documents de ce wiki présentent les principes et exemples de réalisation :

• capsikit à base de paruls : CAPSIKIT_:_Conception_et_réalisation_de_panneaux_d'éclairage_LED
• capsispots : CAPSISPOT_:_Spot_LED_d'éclairage_de_plantes_par_COB_de_puissance_monté_sur_ventirad

La première approche convient pour les pouponnières de moyenne hauteur (typiquement entre 55 et 70 cm), la deuxième celle des pouponnière de plus grand hauteur (typiquement de 80 à 120 cm).

• Les LED sont pré-montées sur une bande d'aluminium de 1 mm d'épaisseur et de 50 cm ou 100 cm de longueur.
• Chaque bande rigide est munie de 2 fils de connexion pour son alimentation en 12 V.
• Les bandes comportent généralement 36 LED par longueur de 50 cm
• Les LED sont “câblées” série/parallèle avec chaque cellule comportant en série 3 LED + une résistance d'ajustement.
• la bande d'aluminium sert de dissipateur de chaleur

Les versions que nous avons testé sont des bandes rigides de LED 7020 qui présentent les caractéristiques suivantes par bande de 50 cm

• dans chaque cellule de 3 LED il y a une résistance de 39 Ohms
• lumière : ~ 850/1000 lumens (estimés) car chaque bande éclaire plus qu'un tube fluorescent 6500°K de 60 cm à 18 W nominal donné pour 1 000 à 1 100 lumens mais qui, en poupo, occasionnent plus de pertes puisque la lumière est émise tout autour du tube.
• électrique : consommation ~ 0,9 A sous 12 V, soit une puissance de ~ 11 W (en 12V continu), dont environ les 3/4 dans les LED et 1/4 dans les résistances, soit un peu moins de 15 W compteur (en raison du rendement de l'alimentation). A noter : en abaissant le tension à ~11,7 V l'intensité baisse à ~ 0,75 A (puissance ~8,8 W dont 6,6 dans les LED; c'est pour moi, par sécurité, la tension retenue).

Les chiffres étaient, au début de l'étude fin 2014, de simples conjectures. Diverses expérimentations en 2015 ont permis d'ajuster les valeurs présentées ci-dessous.

Dans une pouponnière bien conçue et réalisée :

• il faut fournir aux plantules un éclairement minimum équivalent à environ 10 000 à 12 000 lux de lumière solaire ;
• cela correspond, pour 14 h d'éclairement quotidien, à environ 8 000 à 10 000 lux d'une lumière dans un spectre “blanc froid” utile à la plante pour sa première croissance ; en estimant 20% de pertes de lumière dans la poupo, cela revient à fournir un minimum 10 000 à 12 500 lumens.
• avec un système d'éclairage LED bien pensé, non minimaliste, mais restant simple et économique sans chercher l'optimum et avec des composants qui ne sont pas “haut de panier”, il est sage de prévoir, pour les LEDs, environ 135 W par m² de surface éclairée. Avec des barres ou rubans LED dont l'intensité est régulé par résistances (consommant ~ 1/4 de l'énergie fournie) il convient d'ajouter 1/3 à ces chiffres, soit environ 180 W / m². Enfin, pour la consommation compteur, ne pas oublier les 20 à 25 % généralement perdu dans l'alimentation. On atteint donc les les 225 à 240 W compteur.
• avec un montage de qualité sans régulation par résistance, une alimentation en courant constant et en utilisant la dernière génération de LED monochromes on peut arriver à descendre à ~ 150 W compteur par m² (hors rendement de l'alimentation). Attention, pour que le système reste économique il faut être capable de concevoir et réaliser soit-même son alimentation (les drivers du marché en courant constant ont des tarifs dissuasifs).
• avec une montage optimal (alimentation spécialement conçue) et un mix de couleur bien étudié il est probable que l'on puisse descendre autour de 125 W / m² éclairé.

Attention: ces valeurs sont celles pour une pouponnière destinée à la première croissance des plantules ; pour une “chambre de culture”, outre un spectre avec plus de rouge, il est certain qu'il convient de prévoir nettement plus.

___________

Pour une explication plus détaillée de comment on arrive à ces chiffres, se reporter à : Eclairage à LED : puissance nécessaire

En bref :

• une étagère métallique (acier galvanisé) modulable 200 x 100 x 50 cm avec 4 étagères
• placée dans un “caisson” isolant en polystyrène 6 cm d'épaisseur
• une double porte fenêtre de récupération
• éclairage LED: 10 bandes rigides en aluminium de 50 cm (avec 36 LED 7020 chacune) par étage, alimentation en 12 Volts par 2 alimentation ATX de PC (récupération)
• câble chauffant pris dans une couche de sable par étage

Pour plus de détails, voir : PMAEL: PoupoLED de Lilithiah

________________________________

En très bref un petit résumé des questions que l'on peut se poser lors de la construction d'une pouponnière et du choix entre éclairage par LED ou par tubes fluo.

Les tubes fluo s'alimentent par simple branchement à une prise 220V : il ne peut y avoir plus simple.

Pour un éclairage à base de LED à l'unité : il faut i) installer (donc fabriquer pour plus compétents ou acquérir pour les autres) un alimentation spécifique, ii) monter et câbler les LEDs sur un support, selon un schéma spécifique à chaque installation.

Pour un éclairage à base de barres rigide : il faut installer une alimentation courant continu (en général 12 V) et relier chacune des barres à cette alimentation. La fixation des barres sur un support est triviale.

Avec les LED de puissance (> 3W) ou COB de très forte puissance (>=20W), il faut monter les LED sur un bon dissipateur thermique sous peine de les faire chauffer et de diminuer leur rendement et leur durée de vie.

Pour la même consommation électrique, selon le montage et l'alimentation les LED (sauf celles à régulation par résistances) permettent de procurer aux plantes une énergie lumineuse (exprimée en µmol/m²/s) supérieure de 30% à 100% à celle des tubes fluorescents. Pris dans l'autre sens, pour un même éclairage utile aux plantes, les LED actuelles vont conduire à une consommation électrique réduite de 20 à 50%.

Avec un éclairage par tubes fluo, il est important d'acquérir et installer un réflecteur, sinon, puisque la lumière est émise dans tous les directions, il y a des pertes très importantes. On peut s'en passer mais il faut accepter une perte de lumière de au moins 30%.

Avec les LED un réflecteur n'est pas nécessaire puisque naturellement la lumière est émise très majoritaire dans une direction donnée (angle habituel de 120° qui convient bien à nos poupos). Cependant avec les LEDs puissantes la même feuille d'aluminium peut jouer le rôle de dissipateur thermique et de réflecteur.

Les tubes fluorescents perdent de leur puissance avec les heures d'allumage. On considère qu'il est important de remplacer les tubes T8 tous les 2 ans et les tubes T5 tous les 3 ans avant qu'ils ne perdent > 30 à 35 % de leur puissance.

La durées de vie des LED (LED normales et sous réserve d'un montage correct) est de plusieurs dizaines de milliers d'heures. Cela dépassera certainement la durée de vie de votre pouponnière.

Préambule :

• Les tubes fluos récents (avec ballast électronique) consomment environ 20 à25 % de plus, en W compteur, que leur nominal (par exemple ~ 49 W pour un tube T5 39 W).
• les LEDs régulées par résistances avec alimentation en tension constante (typiquement 12 V) ne reçoivent qu'environ 60 % des Watts facturés (environ 25 % dans les résistance, après 25% de perte dans l'alimentation.
• les LEDS alimentées en courant constant reçoivent de 80 à 90% de l'énergie facturée.
• Dans une poupo avec parois réfléchissantes, on peut estimer la part utile de la lumière produite à 85% avec les LEDS, contre 80% avec les tubes installés dans un bon réflecteur et 65 à 70% sans réflecteur.
• le rendement lumineux des tubes (neufs) varie de 65 à 95 lumens / W (Watt reçu par le tube, pas Watt compteur cf. plus haut) ; celui des LEDs pour nos poupos, de 80 à 120 lm /W (W reçus par les LED)

En moyenne, pour un W d'électricité facturé, dans une poupo avec parois réfléchissantes on obtiendra pour les plantes, lux

1. 33 lx, pour un tube T8 standard, sans réflecteur
2. 40/45 lx, pour un tube T5 standard, sans réflecteur ou pour des LEDs alimentées en tension constante et régulées par résistance
3. 53 lx, pour un tube T5, haute-performance, installé dans un réflecteur
4. 60/80 lx, pour des LEDs alimentés en courant constant

En rendement réel de lux / W (donc sans tenir compte du spectre) , les LEDs selon le type d'alimentation sont donc en dessous (barre rigides) ou en dessus (capsikits ou capsispots) des tubes T5 les plus performants, installés dans un réflecteur de qualité.

En moyenne, pour une puissance d'éclairement typique poupo, voici quelques indications pour guider vos choix sur la base d'un amortissement sur 6 ans et d'une consommation pour 1 500 heures d'éclairage annuel.

• les tubes T8 : peu onéreux à l'achat, mais il faut remplacer les tubes tous les 2 ans. Le prix de revient annuel est de l'ordre 75 € le m² éclairé.
• les tubes T5 standards sont 20 à 25 % plus performants ; ils coûtent plus chers, mais durent 50% plus longtemps (remplacement tous les 3 ans). Le prix de revient annuel est un peu plus faible à ~ 65/70 € annuel.
• les tubes T5 haute performance dans un réflecteur, sont nettement plus performants ; l'acquisition est nettement plus onéreuse. Le prix de revient annuel est équivalent à ~ 65/70 € annuel.
• les barres LED pré-montées, (modèles testés à LED SMD 7020 ou 8520) donnent des résultats comparables aux tubes T5. Au niveau prix d'acquisition c'est soit beaucoup moins cher (entre 2,2 et 3€ le mètre en prenant du “chinois”) soit relativement onéreux (12 à 30€ le mètre chez les revendeurs spécialisés LED). Avec les premières le prix de revient annuel est d'environ 50/70 € par an (alimentation comprise). Compter 50% de plus si on paie les bandes très cher.
• Avec les LEDsou COBs à l'unité, le prix d'achat est également très variable selon que l'on prend des LEDs “no name” ou de grandes marques et que l'on achète ou construit soi-même son alimentation. Les prix de revient annuel varie de 30 à 80 €.

En bref,

• si on ne veut ou ne peut faire plus que mettre quelques vis et brancher une multiprise : choisir les tubes fluo T5.
• si on est doué en montages électriques et si l'on veut minimiser sa consommation électrique et avoir la solution la plus performante en éclairage: choisir les LED à l'unité et se fabriquer soi-même l'alimentation appropriée.
• entre les deux la solution “barres rigides de LED” permet d'avoir une solution relativement simple et performante, bien que non optimale en termes de rendement.

en anglais :

• led and led grow lights
• actes du symposium du 20 février 2015 

sur les LEDs pour la culture (Universités et agences/services US spécialisés).

Cette page a été consultée 4843 fois.