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L’oxygène dissout dans la solution nutritive hydroponique

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L’oxygène dans la solution nutritive hydroponique se dissout.

Le dioxygène O2 est un gaz composé de 2 atomes d’oxygène. Ce gaz s’est largement répandu a partir de 2,4 milliard d’années après l’apparition de micro-organismes appelées cyanobactéries. Ce sont les premiers êtres vivants captant l’énergie solaire et le CO2 en rejetant un déchet: le fameux dioxygène. (Souvenez vous de l’équation bilan de la photosynthèse.) Ce gaz qui s’est ensuite accumulé dans l’atmosphère a permis l’émergence de la vie hors des milieux aquatiques pour aboutir à la faune et la flore que nous connaissons aujourd’hui.

(source: Futura-science- article: « l’atmosphère s’est enrichie en oxygène plus tôt que prévu », par Jean-Luc Goudet le 28 septembre 2007.)

Pourquoi les plantes ont elles besoins d’oxygène pour l’activité racinaire?

D’abord, la plante ne consomme pas de l’oxygène mais du dioxygène O2 (qui est une molécule à 2 oxygène). Il se peut qu’on utilise le mot « oxygène » à la place…

– Les plantes, et plus précisément les racines ont besoin d’une certaine quantité de dioxygène (O2) pour prélever l’eau et les minéraux de la solution nutritive (Soltner)

En effet, l’absorption des minéraux par les racines requiert de l’énergie qui leurs est fourni grâce à la respiration. Et c’est durant ce processus que la plante va consommer le dioxygène dissous dans la solution nutritive, selon la réaction suivante

C6H12O6 + 6 O2 > 6CO2 + 6 H2O + 683 kcal

glucose dioxygène gaz carbonique eau énergie chimique

Comme on peut le remarquer dans cette « équation bilan », la respiration,aboutit à la formation de dioxyde de carbone qui est évacué dans le substrat par les racines. Ce CO2 à un rôle bénéfique puisqu’une partie réagit avec l’eau et devient de l’acide carbonique (H2CO3) qui solubilise certains minéraux, libérant ainsi des ions nutritifs pour les plantes (particulièrement les phosphates). A faible concentration donc, le CO2 n’est pas gênant pour les racines mais nous verrons par la suite qu’il existe des cas où la teneur en CO2 dans le substrat peut s’avérer toxique, ou induire une carence en oxygène.

La consommation de dioxygène par les plantes dépend de l’intensité de la respiration qui dépend de différents facteurs comme l’éclairement, la température de l’air, sa teneur en CO2…. L’horticulteur a donc intérêt de fournir aux plantes une solution nutritive avec la plus haute teneur possible en oxygène dissous (O.D) dans un support de culture aéré quand l’intensité de ces facteurs augmente (cf loin des facteurs limitant). De cette façon, les besoins en oxygène des plantes seront satisfaites et auront l’énergie nécessaire pour prélever l’eau et les minéraux du substrat.

Si la concentration en oxygène dans la solution nutritive venait diminuer (c’est l’hypoxie) , l’intensité de la respiration viendrai dans un premier temps à se réduire. Cette réduction d’oxygène se répercuterai par un ralentissement de la croissance de la plante.

Si enfin, l’oxygène est totalement absent du liquide nutritif (l’anoxie), la respiration cellulaire s’arrête et la production d’énergie se met presque en veille. Ce cas est bien rare en culture hors-sol, l’eau ayant une teneur suffisamment élevée.

(En effet, en absence d’oxygène les cellules arrête de respirer et se mettent à fermenter! Mais dans notre cas pas question de vin, ou de bière, car la plante ne demande que de l’énergie. Ce processus dont le rendement énergétique est bien inférieur à celui de la respiration, permet toutefois aux cellules des racines d’avoir une source d’énergie, même un chouïa.).

Les plantes nécessite aussi du dioxygène pour de nombreuses réactions chimique, comme la réduction des nitrates (NO3-) en ammoniac (NH3) qui aboutira à la fabrication d’acides aminés.(ce sont les « matériaux de bases » des protéines, molécules organiques. Ces protéines sont ensuite utilisées pour la création de cellules, d’enzymes, etc )

Facteurs influençant les besoins en oxygène par les plantes:

Comme nous l’avons vu précédemment, le besoin en oxygène dépend du mécanisme de respiration.

Celui-ci varie selon:

– La température du systèmes racinaire : lorsque la température au système racinaire augmente, la consommation en oxygène des cellules racinaires augmente aussi.

cf evolution de l’épuisement en O2 en fonction de la température du système racinaire de blé

Figure4,1 p 90 les cultures végétales hors-sol- p morard

– La respiration des racines étant en relation avec l’intensité de la photosynthèse (de la partie aérienne of course), (Morard p91) un éclairement intense va favoriser la respiration aux racines et donc accroître les besoins en oxygène. Cela provient des produits énergétiques supplémentaires issues de la photosynthèse qui vont être « brûler » lors de la respiration dans les cellules des racines; d’où une forte demande en O2.

Quels sont les facteurs qui influencent la teneur en oxygène dissous dans la solution nutritive?

La teneur en oxygène dissous dans un liquide varie selon plusieurs paramètres.

– La température:

La quantité de molécules de dioxygène diminue lorsque la température augmente. On comprend mieux pourquoi les longues journées chaudes de l’été vont être critique pour l’aération de la solution nutritive. Toute action du cultivateur permettant de réduire l’échauffement de la solution nutritive augmentera sa capacité à contenir de l’oxygène et sera bénéfique pour les plantes.

La température de la solution nutritive ne doit jamais excéder 20°C pour garantir une certaine teneur en oxygène dissous et limiter aussi le développement de pathogènes dans le liquide.

Concentration saturante en oxygène (mg/l) (Eau en présence d’air contenant 20.9 % d’oxygène sous une pression de 760 mm de mercure)

Concentration en chlorures mg/l

Température °C0

5 000

10 000

15 000

20 000

014.62

13.79

12.97

12.14

11.32

512.80

12.09

11.39

10.70

10.01

1011.33

10.73

10.13

9.55

8.98

1510.15

9.65

9.14

8.63

8.14

209.17

8.73

8.30

7.86

7.42

218.99

8.57

8.14

7.71

7.28

307.63

7.25

6.86

6.49

6.13

Source: http://www.cig.ensmp.fr/~hydro/MISC/phch/tbsatuo2.htm

– La salinité:

A l’instar de température, la concentration en oxygène dissous diminue quand la salinité augmente ; (cf tableau concentration saturante en oxygène d’un en fonction de la température et de la salinité).

– La pression atmosphérique. Même si ce facteur n’est pas celui qui influe le plus sur la teneur en oxygène d’un liquide, on s’est décidé à le mettre., La teneur en oxygène diminue dans le même sans que la pression atmosphérique, et ça, l’horticulteur ne peut pas y changer grand chose. Pour illustrer ce phénomène, on peut donner un exemple de l’eau d’un lac située en altitude et celle d’un lac situé au niveau de la mer: a température et salinité égale, l’eau du lac situé en altitude contiendra moins d’oxygène.

L’aération du support de culture joue un rôle important dans la fourniture en oxygène aux racines.

On peut caractériser l’aération d’un substrat comme le volume de sa phase gazeuse par rapport à son volume total.

L’aération du support de culture se caractérise aussi par la composition de l’air contenu dans le substrat: Si celle si est à peu près identique à la composition de l’air, elle montre cependant des variations dans le temps de la teneur en gaz à cause des micro-organismes dans le support de culture. (La respiration des micro-organismes impliquent une consommation de O2 et un dégagement de CO2). Ces variations peuvent être relativement élevées dans le sol, mais le sont beaucoup moins dans support de culture utilisés dans les systèmes hydroponiques du fait de leur grande porosité:les échanges gazeux avec l’atmosphère de l’espace de culture sont facilités car ils peuvent se réaliser par les faces latérales du substrat en contact avec les paroi du contenant en plus de la partie supérieur.

Le rôle du substrat de culture dans l’oxygénation de la solution nutritive.

Le support de culture participe à la solubilisation de l’oxygène dans la solution nutritive.

La solution nutritive qui est distribué au moyen de goutes à goutes s’étalent sur des billes d’argiles ou de la pouzzolane en formant un fin film de liquide. La grande surface de contact entre le liquide qui percole sur le substrat et l’atmosphère permet à l’oxygène de passer dans la solution nutritive.

 

Qu’impliquent un manque d’oxygène pour les plantes, et comment y remédier?

Observations et conséquences pour la plante:

Une mauvaise aération du système racinaire ou même l’asphyxie de celui-ci s’observe sur la culture:

– Les racines colonisent surtout les périphéries du substrat, beaucoup remontent vers la surface, qui est la zone la plus aérée du support de culture.

– Les feuilles sont légèrement flétris et jaunissent rapidement

– On note une mauvaise activité racinaire, les prélèvements d’eau et de nutriments diminues : on remarque une perte de vigueur ou des plantes qui « stagnent »

– Les plantes sont plus sensible aux pathologies racinaires comme le pythium (fusarium, verticilium, etc).

ce qu’il faut faire:

– Dans les systèmes gouttes à gouttes ou en table à marée, le manque d’oxygène vient surtout d’une irrigation excessive. Certains substrats retenant une grande quantité d’eau, comme la laine de roche ou la fibre de coco sont plus enclin à l’asphyxie racinaire.

Dans ce cas, il faut limiter les apports de solution nutritive en réduisant le débit des pompes et/ou en diminuant le nombre de cycles d’arrosage.

Il est préférable de faire des cycles multiples avec des arrosages léger plutôt qu’une seule grosse irrigation qui noie complètement le substrat.

En effet, le renouvellement de l’air contenu dans le substrat est réalisé lors de l’irrigation:

La solution nutritive sature le substrat en humidité et expulse ainsi l’air contenu dans le support de culture. Une fois l’irrigation terminé, l’excédent de solution nutritive s’écoule du substrat et la phase gazeuse est renouvelée. Les racines profitent d’un air avec une grande proportion d’oxygène (21%) qu’elles utiliseront et épuiseront jusqu’à ce qu’un nouveau cycle d’irrigation renouvelle la phase gazeuse du substrat.

– Le manque d’oxygène dans les systèmes N.F..T est rare mais peut toutefois subvenir. Ce problème intervient surtout lorsque la température de la solution nutritive est élevée et que la circulation du liquide à travers les gouttières se fait difficilement : un système racinaire bien dense, des gouttières étroites et/ou des pentes trop faibles et de faibles débits sont propices à la stagnation de la solution nutritive et à son épuisement en oxygène.

Dans ce cas précis il faudra agir si possible sur ce qui empêche la libre circulation de la solution nutritive: S’il n’est pas conseillé d’enlever les masses de racines faisant obstruction au flux de solution nutritive, il est plus simple (et moins stressant pour les plantes) d’augmenter l’inclinaison des gouttières pour trop faible afin d’évacuer au mieux le liquide nutritif par gravitation.

Les systèmes de cultures aéroponiques, par leur mode de distribution de la solution nutritive, sont conçu pou apporter un maximum d’oxygène dissous dans le liquide nutritif.( Un distributeur de solution nutritive qui fait un mélange intime air/solution nutritive qui la sature en oxygène) C’est pourquoi les situations de manque d’oxygène au racines sont rares pour ne pas dire impossible, même lorsque le dispositif de cultures fonctionne sans arrêt. (24/24h). C’est le point fort des dispositifs de cultures aéroponiques, la teneur d’oxygène aux racines n’est jamais limitant pour le développement des plantes.

Une pompe à air avec un diffuseur dans le réservoir de la solution nutritive peut-être un bon moyen pour élever sa teneur en oxygène dissous. Cette méthode qui assure en plus un léger brassage du liquide nutritif est valable pour les petites unités de culture (attention aux oreilles car le niveaux sonore d’une pompe augmente avec son débit…).. Le pompe à air doit avoir un bon débit pour augmenter la teneur en oxygène dans la solution nutritive et fournir le gaz nécessaire pour la respiration des plantes en production.

Le péroxyde d’hydrogène pour oxygéner la solution nutritive.

Il existe une méthode « chimique » pour augmenter la teneur en oxygène dans la soupe nutritive: c’est l’utilisation (avec précaution) de peroxyde d’hydrogène, ou plus simplement eau oxygénée de formule H2O2. Cette méthode est pour l’instant réservé aux cultivateurs amateurs de plantes non alimentaires.

Pourquoi « utilisation avec précaution »? Car ce liquide est extrêmement oxydant et peut occasionner de sérieuses brûlures lorsque ce produit est concentré (>17,5%) Le port de matériel de protection des mains et des yeux est vivement conseillé.(si vous lisez ce livre c’est qu’il vous en reste au moins un donc préservez les ou le !)

La molécule d’H2O2 va se dissocier en H2O (doit on rappeler que c’est une molécule d’eau) et une molécule de d’oxygène (O2)qui va participer à l’oxygénation du liquide.

Le dosage de l’H2O2 dans la solution nutritive dépend de la concentration en oxygène du péroxyde d’hydrogène: un produit à 35% nécessite un dosage à 0,5 à1ml par litre de solution nutritive.

Il convient de diluer d’abord la quantité de peroxyde dans 20 fois son volume d’eau avant de l’introduire dans la solution nutritive.

Exemple:

Pour oxygéner la solution nutritive contenue dans le réservoir de 100 litres d’un système hydroponique il faut entre 50 et 100ml de peroxydes d’hydrogène. Coupons la poire en 2, il en faut 75ml. Ensuite, le cultivateur fait une dilution dans 20 fois le volume en eau. Il obtient finalement 1500ml (soit 1,5l) de solution « oxygénante » qu’il versera dans son réservoir.

Le but pour l’horticulteur est d’arriver à une teneur élevée de dioxygène dans la solutions nutritive. Pas trop élevée non plus sinon c’est les radicelles qui sont oxydées!

Pour vérifier les dosages en H2O2 et surtout son effet sur l’oxygénation de la solution nutritive, le cultivateur dispose de tests chimiques où la concentration en dioxygène est appréciée par la couleur que prend une bandelette test une fois plongée dans la solution nutritive.

L’utilisation de peroxyde d’hydrogène n’est pas sans effets secondaires sur la solution nutritive et le substrat : comme c’est un puissant oxydant, le peroxyde d’hydrogène va tuer tout ou une partie des micro-organismes présent dans le substrat et la solution nutritive..Cela peut être profitable pour l’horticulteur quand il s’agit d’agents pathogènes des cultures.

Mais l’utilisation de H2O2 peut aussi détruire les micro-organismes bénéfiques introduit dans les supports de culture comme les champignons du genre Trichoderma ou Glomus. A dosage élevé, le peroxyde d’hydrogène va oxyder tout ce qui est organique dans la solution nutritive, comme les enzymes, les acides humiques et fulviques, les extraits d’algues que rajoutent parfois les cultivateurs. Dans ce cas, l’utilisation de peroxyde d’hydrogène dans la solution nutritive n’est pas conseillé.

Source :
Hydrobox Team
Prof Gilberto

Hydrobox.com, Growshop.

2 Commentaires

  1. bonjour,
    je suis producteur de courgette hors sol j utillise du peroxyde d hydrogène pour que le goute a goute ne ce bouche pas depuis un petit moment ,jais des courgettes de 5cm de long qui coule ,est que ça peut venir du peroxyde ?
    cordialement merci

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