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Les éléments minéraux dans la solution nutritive hydroponique

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Les minéraux dans la solution nutritive hydroponique, ou par opposition au « règne organique », nutrition inorganique des plantes.

 

solution nutritive hydroponique - minéraux

(Les molécules organiques sont des assemblages d’atomes diverses mais qui contiennent au moins du Carbone, (C), de l’hydrogène, (H), de l’oxygène (O) et l’azote organique (N). )

La nutrition organique Abordée dans la partie consacrée à la lumière, au CO2, bref, aux chapitres au intervient la photosynthèse, processus durant lequel est fixé les atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. (C, H et O)

La nutrition minérale touche le mode de prélèvement d’utilisation d’éléments minéraux par les plantes. comme les nitrates (NO3) les phosphates (H2PO4 et HPO4), les oligo-éléments etc….Ces minéraux sont prélevés sous formes d’ions principalement par les poils absorbants des racines. Cependant, nous verrons qu’une partie de ces éléments minéraux peut néanmoins entrer dans la plante par les parties aériennes. (fertilisation foliaire).

On a l’habitude de former 2 groupes de nutriments minéraux selon leur importance dans la matière végétale. (selon leurs consommation par la plante)

Les différents éléments minéraux prélevés par les plantes assurent plusieurs fonctions dans la plantes. Ils peuvent entrainer dans la composition de la matière végétale, c’est le cas de l’azote et du soufre (dans les protéines) ou participer aux réactions enzymatiques.. Mais dans tout les cas, ces minéraux sont essentiel pour le développement des végétaux. Un minéral n’est pas plus important qu’un autre dans la nutrition des plantes.( ils interagissent selon un équilibre déterminé par le stade de croissance et de développement).

L’horticulteur doit se contenter de fournir les éléments minéraux aux plantes selon leur besoins. Ceux-ci sont déterminés par des facteurs environnementaux (ou climatique): Par exemple pour le cas d’un concombre, une température élevé (24°C), une hygrométrie satisfaisante (65%), une teneur en CO2 dans l’air de 700ppm, un éclairement intense, l’absence de ravageurs…Bref, tout ces facteurs vont être favorable à la croissance des plantes qui demanderont une alimentation hydrique et minérale soutenu mais équilibrée. Trop d’azote est le pied de concombre développement une grosse masse foliaire favorable et peu de fruits….( Cela n’aurait pas été similaire si la température est fraiche, un air sec et pauvre en CO2, un éclairement insuffisant)

Mais les besoins en nutriments minéraux sont aussi déterminer par le stade de développement.

Ainsi le rapport K/N qui représente la masse de potassium disponible aux plantes divisé par la masse de l’azote) doit augmenter légèrement au fur et à mesure de la formation des fleurs et des fruits chez la Tomate. La teneur en phosphore dans la solution nutritive doit (légèrement) augmenter avec l’avancement de la floraison (a l’inverse du soufre)

Nous verrons dans un premier temps les minéraux que la plante consomme en grande quantité: ceux-ci sont appelé macro-éléments et sont au nombre de 6 : L’azote , le phosphore, le potassium, le calcium, le magnésium et le soufre. La teneur de ces minéraux dans la plante est de l’ordre du gramme par kilo de matière végétale fraiche.3,2g d’azote, 0,3g de phosphore, 1,5g de calcium…

Les végétaux ont besoin d’autres éléments minéraux mais en quantités nettement plus faible. Ils s’agit des oligo-éléments (du grec oligos, petit, peu nombreux) composé du fer, du manganèse, du zinc, du bore, du cuivre, du molybdène, du chlore et du nickel. Les oligo-éléments sont présent à faible concentration dans les plantes: quelques milligrammes par kilo de matière fraiche.!

Tout ces éléments doivent se retrouver dans la solution nutritive afin de répondre aux besoins nutritionnel des végétaux. L’absence ou le manque d’un élément minéral est visible sur la plante par des symptômes de carence, dont les manifestations les plus communes sont un jaunissement du feuillage (chlorose), le dessèchement et la mort des tissus ou la déformation des feuilles.

A l’inverse, l’excès d’un minéral peut engendrer des phénomènes de toxicité dont les manifestations sont visible aussi sur les plantes. Le surdosage d’engrais entraîne aussi des carences nutritives. Par exemple, un excès de potassium va limiter l’absorption du calcium. Ce sont les phénomènes d’antagonismes.

Quelques notions de chimie utile pour comprendre la fertilisation minérale et la fabrication de solution nutritive.

Il ne s’agit pas de faire ici un cour de chimie, mais seulement rappeler quelques notions utile pour la compréhension de cette partie consacré aux éléments chimiques intervenant dans la nutrition minérale des plantes.

notion d’ion::

Les éléments chimiques sont prélevés par les plantes sous formes d’ions dans la solution nutritive. Un ion est un atome ou groupement d’atomes chargés électriquement. L’ion est appelé anion s’il est chargé négativement ( comme les nitrates NO3) ou cation s’il porte une charge positive. (K+). De plus, ces ions peuvent être monovalent (NH4+), bivalent (Mg++) ou même trivalent (Fe+++)

La valence renseigne sur le nombre de liaison atomique d’un ion. Car ces ions peuvent s’associer entre eux grâce à ces liaisons, (liaisons covalentes) pour former une nouvelle entité : un sel (voir plus loin dissociation des sels)

Des ions de charges opposés s’attirent et peuvent même s’associer pour former une molécule stable insoluble: c’est le cas avec l’anion HPO4 et le cation Ca++ qui peut former un précipité (les éléments deviennent indisponible pour les plantes ). C’est pourquoi les engrais pour les cultures hydroponiques se présentent en (au moins) 2 parties: Une bouteille contient le calcium, l’autre bouteille contient le phosphore

Les ions présent dans la solution nutritive sont en compétition entre eux, ce qui les rends plus ou moins assimilable. Ce sont les phénomène d’antagonismes ou l’abondance d’un ion va réduire la disponibilité d’un autre. C’est souvent le cas avec des éléments chimique de même valence.

La dissociation des sels lors de la fabrication de la solution nutritive:

Les plantes utilisent les éléments nutritifs sont forme d’ions. Ceux ci sont apportés au moyen de sels. Un sel est une association de cations et d’anion constituant un produit neutre d’un point de vue électrique. Ils se présentent sous l’aspect de cristaux de couleurs et granulométrie différentes.

Lorsqu’on ajoute ces sels a l’eau lors de la fabrication d’engrais, on remarque une dissociation des éléments constituant les cristaux de sel. (L’eau agissant comme un solvant.).

Par exemple, le nitrate de potassium est un sel de formule KNO3 qui après dilution dans l’eau va donner une molécule de nitrate (NO3) et une autre de potassium (K+) que les radicelles des plantes vont pouvoir prélever.

Dans la pratique, les sels sont de solubilité variable, c’est à dire qu’une partie ne se dissociera pas et ne participera à la nutrition des plantes. De plus il peut y avoir d’autres éléments présents dans les sels et qui ne participent pas à la nutrition des plantes. Ces le cas avec le cadmium qui ne joue aucun rôle dans le monde végétale et qui est présent à très faible teneur dans les engrais phosphaté.

-des sels à la solution nutritive….

Un engrais complet pour culture hydroponique contient différents sels dont les entités chimiques qui les forment vont couvrir les besoins nutritionnels pour chaque élément : (macro-éléments et oligo-éléments, voir plus loin leur rôle).

Comme nous l’avons vu précédemment, la dissociation d’un sel dans l’eau donne 2 ions, un anion et un cation. correspondant à des élément nutritifs nécessaire pour la croissance et le développement des plantes.

Les principaux sels utilisés pour lors de la fabrication d’engrais sont le nitrate de potassium, nitrate de calcium, phosphate monopotassique, sulfate de magnésium et un lot de lot de sulfates. (sulfate de manganèse,de cuivre, de zinc).

Ces sels sont dilués une première fois pour donner une solution mère. C’est une solution nutritive avec une concentration très élevé en minéraux. Ce sont ces solutions mères qui se retrouvent dans les bouteilles d’engrais pour les cultures hydroponiques. Chaque formulation d’engrais se présentent dans 2 bouteilles (Engrais A+B), voire en trois parties. (afin de séparer le calcim des phosphates et sulfates qui précipiteraient s’ils étaient dans la même bouteille)

Le cultivateur n’a plus qu’à effectuer une dilution pour arriver aux concentrations en éléments répondant aux besoins des plantes : ni en excès, ni en défaut. Il faut suivre les recommandations du fabricant d’engrais (programme de nutrition minérale) et les adapter aux stades de croissance et développement ainsi qu’aux conditions propres à la cultures (gestion climatique).

Le fabricant d’engrais indique sur les contenants les dosages à suivre pour effectuer la solution nutritive. Les quantités d’engrais à apporter peuvent être exprimé en millilitre d’engrais par litre d’eau, ou par un taux de dilution

Par exemple, une dilution au 1:250 représente un volume d’engrais pour 250 volume d’eau, soit 1 litres d’engrais pour 250 litres d’eau , soit 4ml d’engrais par litre d’eau.

L’astuce pour calculer facilement le volume d’engrais nécessaire pour réaliser 1 litre de solution nutritive consiste à diviser par 1000 par le taux de dilution! ça marche aussi pour les additifs et produits phytosanitaires

Voici comment préparer une solution nutritive pour une culture hydroponique.

Pour un volume de 100 litres de solution nutritive.

Avec une formulation de type A+B (avec un taux de dilution de 1:200), le cultivateur doit doser les même volumes de nutriments, en commençant par diluer un volume d’engrais la bouteille A dans l’eau, à savoir 5 ml par litre d’eau, donc 500ml dans notre exemple. Il est préférable d’utiliser une eau à température ambiante (pas trop froide) pour permettre une bonne solubilisation des engrais. Après avoir homogénéisé le mélange (en brassant le tout), il faut ajouté le volume de solution B dans l’eau (même dose que la bouteille A, 500ml pour 100litre ) et puis brasser de nouveaux le tout.

C’est à ce moment qu’interviennent les testeurs: ( pH et EC-mètres ) pour s’assurer du bon niveau de pH, et une minéralisation adéquate de la solution à distribuer aux plantes. On débute par la mesure de l’électroconductivité du liquide nutritif. Si la valeur est trop élevé par rapport aux recommandations (il y a trop d’engrais), il faut rajouter de l’eau et brasser le mélange jusqu’à obtenir l’EC désirée. A l’inverse une minéralisation trop faible impose de rajouter des engrais dans la solution. Il faut procéder en ajoutant un petit volume de A, brasser, mélanger, touiller, compléter avec le même volume d’engrais de la bouteille B, mélanger et reprendre la mesure de l’électroconductivité de la solution nutritive jusqu’à parvenir à l’EC souhaité.

Les nutriments minéraux présentent une disponibilité variable en fonction du pH. ( pour les plantes)

Afin d’obtenir un pH permettant une bonne assimilation des nutriments, il faut maintenir la solution nutritive à un pH de 5,5 à 6,2 (selon les formulations d’engrais). Ce niveau d’acidité s’obtient en ajoutant de l’acide nitrique (ou de l’acide phosphorique ) par petites quantités dans la solution nutritive, jusqu’à arriver au niveau de pH désiré.

Inutile de rappeler que les acides (nitrique comme phosphorique) causent de graves brûlures sur la peau et qu’il faut les manipuler avec précaution. Si malgré des protections (gants lunettes) de l’acide parvient sur votre peau, il faut la rincer à grande eau.

Si le pH de la solution est descendu trop bas, l’ajout d’eau du réseau devrait le faire augmenter mais fera baisser l’EC (qu’il faudra remettre à la bonne valeur). Sinon, l’ajout de quelques gouttes d’une base, (pH Down) comme l’hydroxyde de potassium relève le pH de la solution nutritive.

Le liquide obtenu après cette seconde dilution, est maintenant avec teneur en nutriments adaptés aux stade de croissance des plantes, et avec un pH satisfaisant.

Cette solution, dilué, prête à être administrée aux plantes est appelée solution fille. (on utilisera le terme de solution nutritive pour désigner cette solution fille.)

Il est important d’adapter les apports de minéraux (engrais) aux besoins des plantes, et de suivre les recommandations du concepteur du programme nutritif. En effet, les engrais sont à utiliser à une certaines dilution et à un stade de croissance précis de la plante. Ainsi, la composition de la solution nutritive pour une culture de Tomate n’est pas la même en début qu’en fin de culture.

Il est toujours dangereux (pour les plantes et l’environnement) de surdoser les engrais, car bien souvent il arrive l’inverse de l’effet escompté: un cultivateurs qui a la main lourde volontairement avec les bouteilles d’engrais pour avoir des rendements élevés expose ses plantes à des concentrations toxiques de nutriments, des blocages d’autres nutriments, à une sensibilité accru aux pathogènes et aux stress. …bref rien qui profite à l’augmentation de rendement, ou de la qualité !

Bien des cultivateurs ont une vision naïve sur la nutrition des plantes. Ils font un rapprochement entre l’alimentation de l’homme et celles des végétaux, les racines étant les organes par lequel « mange les plantes », leurs bouche quoi….Ces cultivateurs peuvent penser que, comme pour les humains, plus une plante se nourrit, plus elle deviendra grosse et le rendement aussi…Voilà comment ces cultivateurs justifient les doses excessive d’engrais apportés aux plantes….sans se préoccuper de la crise de foie. (Et autres conséquence, notamment environnementales, les engrais sont polluant lorsqu’ils se retrouve dans la nature). Car si on reprend la comparaison, ce n’est pas en nourrissant un enfant avec des repas gargantuesques qu’il deviendra plus vite adulte.

Enfin, c’est par la la que l’on aurait du commencer, les minéraux contenu dans la solution nutritive et intervenant dans la nutrition des plantes ne représente que 10% de la masse sèche d’une plante. L’essentiel de la masse d’une plante (90%) est composé de molécules organiques issues de l’eau et de l’air.

De ce fait, la fertilisation carbonée se justifie pleinement et s’avère efficace (pour les plantes en C3, voir contrôle climatique CO2) pour augmenter le rendement, bien plus qu’en surdosant les engrais dans la solution nutritive…

Source :
Hydrobox Team
Prof Gilberto

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5 Commentaires

  1. Bonjour,
    Dans l’article, n’y-a-t-il pas une erreur ( ph up et non ph down il me semble …). Je me demande aussi s’il est préférable ou pas d’ajuster le ph avant l’ajout des engrais ? Le fait d’avoir une odeur d’ammoniaque est-il dû à un excès d’engrais ou mauvais équilibre ( EC pourtant correct), ou peut-être engrais périmé, bouteille mal rebouchée, endroit trop froid ou trop chaud? Merci pour ce tuto, un peu complexe pour moi mais qui apporte beaucoup d’informations très utiles.

  2. Salut JYM, alors pour répondre à ta question je pense qu’il est toujours préférable d’ajuster la solution nutritive après l’ajout des minéraux. Quand tu prépares ta solution nutritive il est possible que certains engrais que tu vas utiliser vont avoir un PH +/- acide c’est a dire que les produits vont peut être te baisser le PH ou te l’augmenter. Tu peux vérifier avant l’ajout et le réajuster par la suite si il est a changer mais pour s’éviter une manipulation double c’est mieux d’attendre d’avoir ajouter les engrais. Quand tu prépares ta solution prend l’eau du robinet, laisse la reposer 24H, puis tu ajoutes les minéraux et seulement à la fin tu régules le ph il faut que la solution soit entre 5.5 et 6.5 en fonction des différents stade de ta plante, un ph universel en Hydroponie se situe aux alentours de 5.8, c’est la que l’assimilation se fait le mieux.
    Pour répondre à ta deuxième question concernant l’odeur d’ammoniac dans ta bouteille, je pense que l’engrais est un peu frelaté surtout si tu dis que le bidon est gonflé. Ce n’est pas forcément mauvais pour la plante d’arroser avec ces engrais mais il faut quand même prendre des précautions car la formulation NPK annoncé n’est probablement plus la même (l’EC peut être bon mais les micro éléments dans le bidon ne correspondent plus forcément avec ce qui est annoncé sur l’étiquette, donc attention mieux vaut peut être en racheter une nouvelle…) Cela est du comme tu l’as dis à un bouchon mal refermé et à un endroit de stockage non idéal (chaleur, froid, variations thermiques ou encore exposition au soleil). Quand tu achète une bouteille d’engrais fait attention a la date de péremption (si il y en a une…ce n’est pas tout le temps le cas…). Un lieu de stockage idéal pour les engrais c’est tout simplement une étagère à l’abri de la lumière dans un endroit frais mais pas froid, il ne faut pas non plus oublier de les remuer de temps en temps afin de garder un mélange homogène dans les bidons.
    Bonne culture.

  3. Bonjour,
    J’ai un mur végétal, le système se rapproche de l’hydroponie.
    Les plantes poussent doucement. L’EC reste constante (1,2 environ).
    Mon engrais contient 4 fois plus d’ions nitrates que d’ions ammonium
    l’eau du robinet que j’utilise est à pH 8
    et pourtant le pH chute constamment, malgré l’ajout de pH up.

    Je n’arrive pas à stabiliser le pH, il descend régulièrement à moins de 4.
    Avez-vous une piste pour le stabiliser.

  4. Bonjour
    Je suis en train de mettre en place un système d’aquaponie.
    L’apport azoté est apporté par les nitrates produits par les poissons mais je souhaiterais apporter les compléments sous forme bio : Ca et P par la poudre d’os, K par la cendre fine de bois,oligoéléments par le purin d’ortie. Y at’il eu des expérimentations sur ces apports et dans quelles proportions ?
    Merci.

  5. bonjour a tous ,

    en réponse a jym , effectivemment j’ai repéré dans l’article qu’il est indiqué ph down au lieu de ph up …

    pour l’ajustement du ph , je prefere personnellement ajuster avant ajout d »engrais , et tenir compte du fait que certains engrais sont acides ou font baisser le ph , donc ne pas descendre trop bas le ph avant ajout d’engrais , de toute façon ce n’est pas grave car le ph va remonter tout seul les jours suivants …

    on peut aussi ajuster apres ajout d’engrais , mais je prefere dans ce cas diluer le ph down dans une petite quantité d’eau tiède avant de l’inclure dans la solution ( pour ne pas destabiliser enzymes , micro organismes , etc , s’il y en a … )

    pour ton odeur d’amoniaque , je pencherais tout comme fuji pour un engrais frelaté ! c’est tres fréquent …

    en soi c’est pas spécialement nocif de l’incorporer dans la solution , mais c’est plutot déconseillé , car la solution peut tourner , attirer des pathogènes ou encore des nuisibles … et de plus certains éléments contenus dans ta bouteille d’engrais auront disparus comme les vitamines , les chélates ( les chélates sont TRES sensibles a la lumiere ! ) les oligos elements , les micro organismes , etc …

    comme fuji , je conseille de racheter une bouteille ! ( attention ou tu l’achete , certains growshop pas tres scrupuleux stockent tres mal les engrais et n’hesite pas a les vendre deja périmés , j’ai deja eu ce cas plusieurs fois … )

    pour le stockage , premierement suivre les conseils du fabriquant d’engrais , ensuite eviter les températures extremes , froid , chaud , et la lumiere … pour les chélates et oligo elements , ne pas laisser a la lumiere , pour les vitamines privilegier le frigo , pour les stimulants racinaires du genre roots excelurator de H&G de meme , frigo 😉 pour les bacteries et micro organismes , il faut faire attention a l’humidité et aux pipettes que tu trempe dans la bouteille ou la cuillere dans le pot ! elles doivent etre tres propres et tres seches ! sinon le bidon ou le pot va fermenter en 2 temps 3 mouvements …

    et comme l’a si bien conseillé fuji , remuer de temps a autre la bouteille ou le pot est une tres bonne initiative afin d’homogéniser le melange , pour ralentir la fermentation et les agglomérats et conserver l’engrais / additif le + longtemps possible …

    en réponse a stal ,

    il nous faudrais plus d’info sur ta culture , du genre substrat utilisé , détail du systeme , info sur ta ou tes plantes , info sur ton eau et sa provenance , détails de tes engrais additifs incorporés dans la solution , matériel utilisé pour les mesures calibrés ou non , etc …

    déja une chose que j’ai reperé , si ton eau est a 8 ph , et que ton ph tombe vers 4 , sa n’est pas bon d’utiliser du ph up pour remonter ton ph ! il serait préferable d’utiliser de l’eau pure pour remonter ton ph , quitte a ré-équilibrer l’EC par la suite 😉 …

    ensuite pour voir d’ou provient cette chute comme je t’ai dit il nous faudrait plus d’info … car une chute de ph peut provenir de plein de choses !

    morts de micro organismes si la soupe en contient , testeurs ph/ec mals calibrés , substrat mal tamponné , engrais non adaptés ou frelatés , eau de conduite non adaptée , de meme la plante peut provoquer cette baisse de ph avec sa croissance …

    il nous faut plus d’infos 😉

    bonne culture a tous , et vive l’hydroponie , longue vie aux plantes et fleurs de ce monde …

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