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Paramètres d’un substrat hydroponique

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Paramètres physiques substrat hydroponiqueLe substrat dans un système de culture hydroponique n’a pas la même importance que le sol dans une culture en pleine terre: dans ce dernier cas, la « terre » à un rôle de garde-manger (l’eau et les différents minéraux ) et de support pour les plantes. Le substrat hydroponique fait uniquement office de support.

Ils doivent cependant remplir plusieurs paramètres chimiques, physiques et mécaniques et biologiques pour être utiliser en hydro :

Paramètres chimiques:

Le premier paramètre chimique à prendre en compte dans le choix d’un substrat est le pH.

Le pH est une évaluation de l’acidité ou de la basicité. Le pH est la concentration en ions H3O+ dans une solution..

La formule chimique permet de mieux se rendre compte de l’importance de cette caractéristiques chimique. pH= -log10 [H30+]

où [H30+] est la concentration en ion hydronium dans une solution.

Le logarithme exprime une puissance de 10. Donc un substrat comme la fibre de coco de pH 6 est 10 fois plus acide qu’un substrat de pH=7 (comme la perlite), 100 fois plus acide que la vermiculite à pH =8 et jusqu’à 1000 fois plus acide que la laine de roche non tamponnées à pH =9

Le pH est important en horticulture car il détermine la disponibilité et l’assimilation des ions nutritifs

Notez que le pH se note avec un p minuscule et H majuscule.

Réactions substrat/solution nutritive:

Les matériaux utilisés comme substrat doivent réagir le moins possible avec la solution nutritive. En effet, il existe des réactions d’échanges de minéraux suite à la dégradation des substrats par les micro organismes (champignons, bactéries).

D’autre éléments peuvent se retrouver dans la solution nutritive suite à une solubilisation de certains minéraux sous forme d’ions: C’est le cas du « relargargage » du sel de mer (NaCl) contenu dans la fibre de coco de qualité inférieure (mauvais rinçage à l’eau douce). Les ions sodium (Na+) peuvent atteindre une concentration excessive pour les plantes dans la solution nutritive.

Les réactions les plus problématique concernent la précipitation de minéraux, comme le calcium et le phosphore.

La capacité d’échange cationique d’un substrat (notée CEC, l’unité est « l’équivalent ou milliéquivalent » en meq de NH4+/100g de substrat) traduit le nombre de cations du substrat échangeable avec ceux de la solution nutritive.

Cette caractéristique chimique est importante dans la gestion d’une culture hors-sol. La CEC participe à la fixation d’éléments nutritifs, donc elle est à prendre en compte dans la fertilisation des plantes: Les ions calcium, magnésium, potassium peuvent être échangés ou retenu par le substrat. On rappelle que ces éléments sont essentielle dans la nutrition des plantes

Un substrat à faible CEC, nécessite de fréquents apports d’engrais, alors qu’un support de culture à CEC élevée permet de les espacer. Enfin, ce dernier support absorbera les pics d’éléments nutritifs où de pH (inertie chimique) alors que le premier substrat à faible CEC ne peut s’opposer à ces variations

Paramètres physiques:

Les propriétés physiques qui intéressent le cultivateurs en système hydroponique est le rapport entre la phase solide du matériaux et de l’espace des vides : de la découle la notion de porosité

La porosité est le volume des espaces vides dans le substrat divisé par le volume de matériaux apparent. S’ils sont ouvert les« vides » participent à la rétention d’air et d’eau pour les plantes. S’il sont « fermés » les espaces vides contribuent à la « légèreté » du substrat, mais ne retiennent pas l’eau et l’air pour les plantes.

La notion de disponibilité en eau: découle en partie de la porosité du substrat.

Le potentiel hydrique, noté pF, est l’expression des forces que la plante doit développer pour extraire l’eau du substrat en fonction de sa teneur en eau.

Quand le substrat est gorgé d’eau (on appelle capacité au champ, c’est pF1 ) la plante mobilise peu d’énergie.
A l’inverse quand le support de culture devient plus sec, la plante va mobiliser plus d’énergie pour extraire l’eau du substrat. On déclenche en hydroponie l’irrigation à pF2. (pF2 est le point d’humidité où l’eau est facilement utilisable)

Les pores contenus dans les matériaux contribuent au stockage de l’air dans le substrat (l’air contient 21% d’oxygène). Les racines se développent mieux dans des substrat avec une grande quantité d’oxygène: Ce gaz participent aux fonctionnement des racines qui se développeront facilement dans un substrat aérée (ou les échanges d’air avec l’atmosphère sont plus aisé).

Des racines qui colonisent uniquement les périphéries du substrat traduit une aération insuffisante et donc un manque d’oxygène. L’asphyxie provient généralement d’un arrosage excessif, où la partie liquide prend la place de la partie gazeuse. Lorsque la plante a « extrait » tout l’oxygène disponible dans le substrat, l’activité racinaire va diminuer et le prélèvement des minéraux va être réduite ou stopper.

Le renouvellement de l’oxygène contenu dans le substrat est assuré par le changement cyclique de l’air contenu dans celui par un autre volume d’air après la saturation de sa phase gazeuse par la solution nutritive et le drainage de l’eau excédentaire. (P. Morard) D’où l’intérêt de ne pas noyer le substrat et de préférer les apports précis de solution nutritive. Ainsi on limite le risque d’asphyxie des racines et l’aération des racines est toujours optimale.

La porosité du substrat qui détermine l’aération du système racinaires diminue généralement avec le temps de culture: les racines colonisent le matériaux réduisant les « espaces de vides ».

Cette réduction de porosité est aussi lié à une dégradation des propriétés mécaniques des substrats: la dégradation du matériaux va induire uin tassement du substrat: les pores vont se refermer (réduisant la porosité) et les racines vont avoir de plus en plus de mal à s’étendre à cause du manque d’oxygène.

On peut difficilement aborder la question de l’oxygénation de la solution nutritive sans évoquer brièvement les conditions d’aération du support de culture.

-L’aération du support de culture.

La phase gazeuse du substrat participe à l’aération du système racinaire.

La quantité d’air contenu dans le support de culture est inversement proportionnel à la teneur en eau de celui-ci: En clair, plus un substrat est humide, moins il contient d’air, et donc d’oxygène. Et c’est l’alternance de ces cycles de « sécheresse et d’humidité » qui responsable du renouvellement de l’air contenu dans le substrat comme nous le verrons plus loin.

L’horticulteur a donc intérêt à ne pas noyer complètement son substrat lors des irrigations pour garantir une bonne teneur en air dans le substrat . ( tout en respectant les 20 à 30% de drainage pour éviter l’accumulation de sels dans le support de culture. )

La quantité d’air contenu dans le substrat est difficile à évaluer car elle dépend de plusieurs facteurs qui sont modifiés au cour de la culture:

– Les caractéristiques mécaniques et physiques sont généralement modifiées et on note une diminution de l’aération avec la réduction des « pores » retenant l’eau et qui se ferment sous le poids de la culture. On ne rencontre pas ce genre de soucis avec des substrats comme les billes d’argiles expansées ou la pouzzolane.

– La colonisation du support de culture par les racines entraîne une diminution de la porosité et donc de l’aération.

– La présence de champignons auxiliaire de culture (du genre trichoderma par exemple ) impliquent une diminution de la teneur en oxygène à cause de leur respiration.

– La teneur en air dans le substrat varient aussi en fonction de sa hauteur: plus la couche de substrat est épaisse, moins la partie inférieur (la base) contiendra d’oxygène.:

A volume égal un substrat contenu dans un pot peu profond mais large contient plus d’oxygène que ce même substrat dans un pot étroit et profond. (D’autant plus que la plante dépense plus d’énergie pour extraire l’eau du substrat dans ce dernier cas…)

L’aération du support de culture est essentiel pour le maintien d’une teneur en oxygène permettant une bonne respiration du système racinaire.

En effet, comme nous l’avons souligné au début de cette partie, les racines des plantes cultivées « excrètent » du CO2, qui, s’il n’est pas éliminé par des phénomènes de diffusion entre l’atmosphère du substrat et celle de l’air, s’accumule dans le support de culture et peut atteindre des teneurs toxiques (Le CO2 devient toxique quand il représente entre 2 et 5% de l’atmosphère du substrat, ces valeurs dépendent de la nature des végétaux-D.Soltner-Les bases de la production végétales, tome I-p81).

La vitesse d’évacuation du CO2 d’un substrat est d’autant plus rapide que la porosité du support de culture est grande. La diffusion des gaz contenus dans le substrat dans l’atmosphère de l’espace de culture est donc meilleur avec des support de cultures présentant une structure aéré.

L’évacuation de l’éthylène (qui est l’hormone du stress, ce qui cause la mort des cellules des racines) est nécessaire pour le maintien d’un système racinaire « actifs »; cela passe aussi par l’aération du support de culture.

Le phénomène de diffusion entre deux volumes de gaz comme l’atmosphère du substrat et celle de l’air s’explique par un « équilibrage » des teneurs en différents gaz (CO2, O2, N2) entre les deux volumes de gaz.

On peut illustrer ce phénomène de dissusion des gaz d’une façon simpliste, en prenant l’exemple d’un parfum que l’on pulvérise sur soit et qui, au cour de la journée se retrouve dans l’air. Au fur et à mesure de la journée, la concentration en molécules odorante du parfum diminue car elle sont toujours plus « diluées » dans la masse d’air.

Paramètres mécaniques :

Ce paramètre est important pour tout cultivateurs mais l’est d’autant plus ceux qui réalisent des cycles de cultures assez long (comme pour la Tomate) et ceux souhaitant réutiliser les substrats.

Le substrat doit garder sa structure et résister aux tassements sinon les propriétés physiques risque d’être impactées (réduction de la porosité, diminution de la teneur en eau).

La perlite ou la vermiculite présentent une excellente porosité. Mais ces matériaux ne supportent pas de grandes contraintes de poids (délitement des feuillet de vermiculite, destruction des grains de perlite). Pour cette raison, ces matériaux ne doivent pas être utilisés seuls mais en association avec d’autres matériaux plus stable d’un point de vue mécanique.

Pour revenir aux propriétés mécaniques de la perlite et la vermiculite, ces substrats ne résistent pas aux poids d’un pieds de Concombre de 7 mois mais sont parfaits pour les semis (poids plume) car ils garantissent une excellente oxygénation.

La fibre de coco, la laine de roche ont de bonnes aptitudes à la résistance mécaniques ce qui permet de les utiliser pour deux cultures au moins (après stérilisation). La pouzzolane, les billes d’argiles expansées quant à elles sont réutilisable à l’infinie (en théorie) grâce à leurs grandes résistances aux tassements et à la dégradation de leurs structure.

Paramètres biologiques:

Enfin, un critère important à retenir pour constituer un bon support de culture est l’absence d’agents pathogènes (qui provoque où peut provoquer directement ou indirectement une maladie).

Ces pathogènes peuvent être des nématodes, des champignons (Fusarium, Pythium), des bactéries (Erwinia, Xanthomonas) ou virus (TMV ou CMV). La présence de ces pathogènes dans les supports de culture obtenu par un traitement thermique est quasi nulle: c’est le cas de la laine de roche, de la perlite/vermiculite, l’argile expansée.

Certains micro-organismes sont introduit dans le substrat des micro-organismes qui vont interagir avec les plantes cultivées en diminuant les risques de dégâts par les pathogènes ou en améliorant la nutrition des plantes, notamment le prélèvement d’eau et d’éléments minéraux. (Cf éléments non fertilisant introduit dans la solution nutritive, page…)

Source :
Hydrobox Team
Prof Gilberto

Hydrobox.com, Growshop.

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